一种光强度调制射频信号幅度测量电路及测量方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种光强度调制射频信号幅度测量电路及测量方法。
背景技术
随着现代光纤通信技术的发展，光纤通信技术已越来越多地应用到射频信号光纤传输领域。虽然目前大部分射频信号光纤传输系统对幅度一致性技术指标无要求，但是在某些特定的应用场合，如应用于测相、相控阵雷达等领域的多路射频信号光纤传输系统，由于经常涉及到国家的防务安全或者大型探测项目，因此对于多路射频信号的幅度一致性指标要求很严格。只有多路射频信号的幅度一致性指标控制在规定范围内，才能保证系统工作性能指标。
在工程应用时，由于温度变化等因素影响，光纤传输的射频信号幅度会发生漂移，因此只有快速地进行测量，才可能较客观反映射频信号在相同时刻的幅度一致性指标。如果测量时间很长，由于测量n通道射频信号的Tn时刻已比测量第1通道射频信号的T1时刻延迟了长时间，n通道射频信号在Tn时刻测量的幅度值相对于n通道射频信号在T1时刻测量的幅度值已发生较大变化，因此不能真实反映各个通道射频信号在同一时刻的幅度一致性指标，这对射频信号幅度一致性需求高的应用场合是不允许的。
为了完成所有待测的N通道射频信号的幅度测量，目前所采用的方式是把各个发射站的射频信号都回传到同一地点(如中心站)来实现。虽然在同一时刻完成所有待测的N通道射频信号的幅度值测量，其所得到的系统幅度一致性指标更为准确，但是鉴于目前矢量网络分析仪价格昂贵，且接入端口数目一般较少(1-4个)，因此难以一次完成所有待测的N通道射频信号的幅度值测量。为此，需要采用人工方式进行光路选择切换，通过分批测量的方式完成对所有N通道射频信号的幅度测量。即：首先将n通道射频光信号(n小于等于矢量网络分析仪的接入端口数目)接入到n通道光接收设备中进行光电转换，并将转换后的射频电信号送入到矢量网络分析仪进行幅度测量。然后将另外n通道射频光信号接入到光接收设备中进行光电转换，并将转换后的射频电信号送入到矢量网络分析仪进行幅度测量。以此类推，直至完成所有待测的N通道射频信号的幅度测量。然而，由于在测量过程中，射频光信号需要用短光纤(光纤跳线)通过光纤适配器接入到光接收设备上，而光纤适配器的插入损耗(IL)通常在0.2～0.5dB左右，且光纤适配器每次连接插入损耗都会变化，因此光接收设备所输出的射频电信号幅度也相应变化，变化值为2*ILdB。这势必会导致矢量网络分析仪所测得的幅度值出现误差，进而影响系统幅度一致性指标的测量精度。
发明内容
本发明所要解决的是现有多路射频信号光纤传输系统的幅度一致性测量方法存在速度慢和测量精度不高的问题，提供一种光强度调制射频信号幅度测量电路及测量方法。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种光强度调制射频信号幅度测量电路，其特征是，包括稳定光源、1：n光分路器、n+1个波分复用器、n：1光开关、射频光接收模块、射频幅度测量模块、光功率测量模块和控制计算模块；
稳定光源的输出端连接1：n光分路器的公共端，1：n光分路器的n个分光端分别连接n个波分复用器的透射端；n个波分复用器的反射端分别连接n路被测射频回传信号；n个波分复用器的公共端分别连接n：1光开关的n个输入端；n：1光开关的输出端连接第n+1个波分复用器的公共端；
第n+1个波分复用器的透射端连接光功率测量模块的输入端，光功率测量模块的输出端连接控制计算模块的插损测量端；
第n+1个波分复用器的反射端连接射频光接收模块的输入端，射频光接收模块的输出端连接射频幅度测量模块的输入端，射频幅度测量模块的输出端连接控制计算模块的幅度测量端；控制计算模块的控制端分别连接n：1光开关、射频幅度测量模块和光功率测量模块的控制端；
上述n为射频回传信号的路数。
作为改进，上述光强度调制射频信号幅度测量电路，还进一步包括可调光衰减器；可调光衰减器的输入端与第n+1个波分复用器的反射端连接，可调光衰减器的输出端与射频光接收模块的输入端连接；可调光衰减器的控制端与控制计算模块的控制端连接。
上述方案中，控制计算模块的通信端还与外部计算机连接。
上述方案中，n的取值范围为1～36。
上述电路所实现的一种光强度调制射频信号幅度测量方法，具体包括步骤如下：
步骤1、稳定光源发出稳定的光源信号至1：n光分路器的公共端，1：n光分路器将该稳定的光源信号平均分成n路光源信号分别送至n个波分复用器的透射端；n个波分复用器的反射端接收n路射频回传信号；第i个波分复用器将第i路光源信号和第i路射频回传信号复用为第i路复用光信号后送至n：1光开关第i个输入端；
步骤2、控制计算模块的控制端发出测量命令，该测量命令输入到n：1光开关的控制端，n：1光开关根据测量命令进行通道选择，并把选中通道i的复用光信号输出到第n+1个波分复用器，第n+1个波分复用器对该选中通道i的复用光信号进行解复用为光源信号和第i路射频回传信号；
第n+1个波分复用器的透射端将解复用所得到的光源信号送至光功率测量模块进行通道插损参考值的测量，光功率测量模块将测量出的第i路通道插损参考值Vbi送至控制计算模块；
第n+1个波分复用器的反射端将解复用所得到的第i路射频回传信号经由射频光接收模块送至射频幅度测量模块进行射频幅度测量值的测量，射频幅度测量模块将测量出第i路射频幅度测量值Vai送至控制计算模块；
步骤3、控制计算模块根据第i路通道插损参考值Vbi和第i路射频幅度测量值Vai计算第i路射频回传信号的真实值Vi，其中：
Vi(dB)＝Vai(dB)-2*Vbi(dB)；
步骤4、重复步骤2和3，由此得到n路射频回传信号的真实值；
步骤5、控制计算模块将每2路射频回传信号的真实值进行比较，以此计算光强度调制射频信号幅度的一致性，即当第j路射频回传信号的真实值与第k路射频回传信号的真实值的误差值在预设阈值时，则这两路射频回传信号满足一致性要求，否则不满足一致性要求；其中
ΔVj-k(dB)＝Vj(dB)-Vk(dB)；
其中，ΔVj-k为第j路射频回传信号的真实值与第k路射频回传信号的真实值的误差值，Vj为第j路射频回传信号的真实值，Vk为第k路射频回传信号的真实值；i,j,k＝1,2,…,n，j≠k，n为射频回传信号的路数。
作为改进，上述步骤2还进一步包括如下过程，第n+1个波分复用器的反射端将解复用所得到的第i路射频回传信号通过可变光衰减器后调节其衰减量后，再经由射频光接收模块送至射频幅度测量模块进行射频幅度测量值的测量。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、解决了测量链路中光开关切换损耗重复性不佳而导致的幅度测量误差大的问题，测量精度可达到0.1dB，为幅度一致性要求高的应用系统工程提供了幅度一致性测量的装置和方法；
2、解决了多路信号幅度一致性测量周期时间的问题，16路通道测量时间不大于5分钟；
3、本测量电路采用已有部件，易于实现，成本低；
4、本测量方法简便易行，便于推广应用。
附图说明
图1为一种光强度调制射频信号幅度测量电路的原理框图。
图2为一种光强度调制射频信号幅度测量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
一种光强度调制射频信号幅度测量电路，如图1所示，主要由稳定光源、1：16光分路器、17个波分复用器、16：1光开关、射频光接收模块、射频幅度测量模块、光功率测量模块和控制计算模块组成。
稳定光源的输出端连接1：16光分路器的公共端，1：16光分路器的16个分光端分别连接16个波分复用器的透射端，即1：16光分路器的第一分光端连接第一波分复用器的透射端，1：16光分路器的第二分光端连接第二波分复用器的透射端，依此类推，1：16光分路器的第十六分光端连接第十六波分复用器的透射端。16个波分复用器的反射端分别连接16路被测射频回传信号，即第一波分复用器的反射端连接第一路被测射频回传信号，第二波分复用器的反射端连接第二路被测射频回传信号，依此类推，第十六波分复用器的反射端连接第十六路被测射频回传信号。16个波分复用器的公共端分别连接16：1光开关的16个输入端，即第一波分复用器的公共端连接16：1光开关的第一输入端，第二波分复用器的公共端连接16：1光开关的第二输入端，依此类推，第十六波分复用器的公共端连接16：1光开关的第十六输入端。16：1光开关的输出端连接第十七波分复用器的公共端。第十七波分复用器的透射端连接光功率测量模块的输入端，光功率测量模块的输出端连接控制计算模块的插损测量端。第十七波分复用器的反射端连接射频光接收模块的输入端，射频光接收模块的输出端连接射频幅度测量模块的输入端，射频幅度测量模块的输出端连接控制计算模块的幅度测量端。控制计算模块的控制端分别连接16：1光开关、射频幅度测量模块和光功率测量模块的控制端。控制计算模块的通信端连接外部计算机。
为扩大本电路的应用场合，本发明优选实施例中，还在第十七波分复用器的反射端和接射频光接收模块的输入端之间额外串接一个可调光衰减器来调整插入损耗值，以扩大测量被测射频回传信号的功率范围。可调光衰减器的输入端与第十七波分复用器的反射端连接，可调光衰减器的输出端与射频光接收模块的输入端连接；可调光衰减器的控制端与控制计算模块的控制端连接。
在本实施例中，所述稳定光源的输出功率为+9～+11dBm，光功率稳定度为0.01dB/h，光波长为单模1610nm±1nm或与射频回传信号的光波长相差大于10nm。所述1：16光分路器为单模光分路器，16路输出光功率一致性优于0.2dB，插入损耗不大于15dB。所述17个波分复用器均为单模波分复用器，透射端到公共端、反射端到公共端的插入损耗不大于1dB，一致性优于0.2dB。所述16：1光开关为单模MEMS光开关，其插入损耗不大于1.5dB，重复性优1dB，串扰优于50dB，开关时间优于50ms。所述可调光衰减器为单模电控或手动光衰减器，插入损耗不大于1.5dB，最大衰减量20dB，光功率测量范围为-3～+10dBm。所述射频光接收模块的光功率接收范围-15～0dBm，工作频率5MHz～2.5GHz，输出阻抗50Ω，输出幅度-10dBm@0±1dBm光功率输入，幅度48h温度稳定性0.2dB。射频幅度测量模块输入阻抗50Ω，工作频率5MHz～2.5GHz，幅度-50～0dBm，幅度测量精度0.1dB，48h幅度温度稳定性0.05dB，AD采样位数12bit。所述光功率测量模块的光功率接收范围-20～0dBm，AD采样位数12bit，测量精度0.1dB，48h幅度温度稳定性0.05dB。
控制计算模块通过串口控制16：1光开关，选择1路通道输出，其16：1光开关通道切换编码为下表所示：
射频回传信号通过16：1光开关切换输入到测量电路进行测量时，由于光开关切换损耗重复性不佳，每次切换插入损耗都不相同，通过使用稳定光源作为基准信号，测量光开关每次切换时的插入损耗，然后用射频回传信号测量值再减去光开关插入损耗，即可得到射频回传信号的幅度值。同样方法测量16路射频回传信号，计算出它们的幅度差，得到幅度一致性指标，测量精度可达0.2dB。在进行幅度一致性测量时，先选取1路光功率最接近平均值的射频回传信号输入可调光衰减器，调节其衰减量，使调节后输出光功率在-8dBm±1dB内，然后测量所有通道的幅度值(在系统设计时，为保证系统指标，前端站射频回传信号传回中心站的光功率大小应该基本一致)。
上述系统所实现的一种光强度调制射频信号幅度测量方法，如图2所示，其具体包括步骤如下：
在系统应用中，前端站16路射频回传信号的光功率调整在-5～+10dBm范围内。幅度测量时，第一路射频回传信号光纤连接第一波分复用器的反射端，第二路射频回传信号光纤连接第二波分复用器的反射端，依次类推，第十六路射频回传信号光纤连接第十六波分复用器的反射端。控制计算模块的通信端连接计算机的网络接口。稳定光源发出稳定的光源信号至1：16光分路器的公共端，1：16光分路器将该稳定的光源信号平均分成16路光信号分别送至16个波分复用器的透射端。16个波分复用器分别将光源信号和射频回传信号进行复用后分别送至16：1光开关的输入端。
控制计算模块的控制端发出测量命令，该测量命令输入到16：1光开关控制端，16：1光开关根据命令进行通道选择，把选中通道i(i＝1～16)的光信号(为复用光信号，包含射频回传信号和稳定光源信号)输出到第十七波分复用器的公共端，第十七波分复用器对输入的光信号进行解复用。第十七波分复用器的透射端输出稳定光源信号，反射端输出射频回传信号。
第十七波分复用器透射端输出的稳定光源信号输入到光功率测量模块。光功率测量模块先通过光/电转换将稳定光源信号恢复成电信号，电信号再通过转换位数为12bit的A/D进行采样，得到的AD数据由输出口输出给控制计算模块进行处理。该AD数据为稳定光源信号经过1：16光分路器、第i个波分复用器(i＝1～16)、16：1光开关和第十七波分复用器传输后的光功率值，作为计算通道插损参考值Vbi。
第十七波分复用器输出的反射端输出的射频回传信号输入到可调光衰减器。可调光衰减器对射频回传信号进行衰减后送至射频光接收模块。射频光接收模块对衰减后的射频回传信号进行光电转换，恢复出电信号，射频信号经放大后输出到射频幅度测量模块。射频幅度测量模块对射频信号检波，然后再通过转换位数为12bit的A/D进行采样，得到的射频AD数据由输出口输出给控制计算模块进行处理。该射频AD数据为射频回传信号经过第i个波分复用器(i＝1～16)、16：1光开关、第十七波分复用器、可调光衰减器和射频光接收模块传输后的射频回传信号射频幅度测量值Vai。
鉴于射频回传信号射频测量值Vai不是射频回传信号真实的射频幅度值，控制计算模块需要根据光功率测量模块当前输出的通道插损参考值Vbi和射频幅度测量模块当前输出的射频幅度测量值Vai，计算第i路射频回传信号的真实值Vi，即：
Vi(dB)＝Vai(dB)-2*Vbi(dB)
控制计算模块控制端发出的测量命令至16：1光开关控制端去进行通道选择，选中通道i依次为1、2、直到16，同时测试16路射频回传信号的射频幅度测量值(Va1、Va2、…、Va16)和相应通道插损参考值(Vb1、V b2、…、V b16)，最后由控制计算模块进行计算出各路射频回传信号的真实值(V1、V2、…、V16)。
控制计算模块每2路射频回传信号的真实值进行比较，以此计算光强度调制射频信号幅度的一致性，即当第j路射频回传信号的真实值与第k路射频回传信号的真实值的误差值在预设阈值时，则这两路射频回传信号满足一致性要求，否则不满足一致性要求；其中
ΔVj-k(dB)＝Vj(dB)-Vk(dB)；
其中，ΔVj-k为第j路射频回传信号的真实值与第k路射频回传信号的真实值的误差值，Vj为第j路射频回传信号的真实值，Vk为第k路射频回传信号的真实值；j,k＝1,2,…,n，，j≠k，n为射频回传信号的路数。
在本实施例中，根据自已的需求，将第2-16路射频回传信号的真实值与第1路射频回传信号的真实值的误差值均在预设阈值时，则满足一致性要求，否则不满足一致性要求。其中：
ΔVj-1(dB)＝Vj(dB)-V1(dB)；
其中，ΔVj-1为第i路被测射频回传信号与第1路被测射频回传信号的幅度误差值，Vj为第i路射频回传信号的真实值，V1为第1路射频回传信号的真实值,j＝2,3,…,n，n为射频回传信号的路数。
控制计算模块将16路射频回传信号的真实值(V1、V2、…、V16)和最终的幅度一致性结果上报送至外部计算机。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。
