1 导言
因为微波通讯极易受气候影响(如大雾、风沙)，某微波通讯站提出使用光纤通讯技能来改造微波通讯体系，把最重要的体系时钟信号一高安稳的原子钟5 MHz正弦信号，经过光纤通讯体系传输。一般有两种完成方法：数字传输方法和模仿传输方法。选用数字传输方法，高速D／A和A／D转化器价格高，PCM调制占用的带宽较宽，因而体系本钱较高；而选用模仿传输方法，要求体系的载噪比高，非线性失真小，但体系本钱较低。所以模仿传输方法比较可取。
2 光纤模仿通讯体系
2．1 技能指标
选用光纤模仿通讯体系传输高安稳的原子钟5 MHz正弦信号需满意详细的技能指标要求如表1所示。频率安稳度有时域和频域两种表征方法。表1中的10 ms短期频率安稳度是时域频率安稳度，它用信号频率f的相对频偏在必定采样时刻r内的平均值的方差表明。一般选用无空隙双采样方差σr(τ)，即 Allan方差的方根值作为时域频率安稳度的一致表征量。实践丈量只能是有限的丈量次数m，它的估值表达式为：
一般按采样时刻τ的长短区别长时刻安稳度和短期安稳度。10 ms短期频率安稳度的采样时刻τ为10 ms。
依据实践测验状况，选用一般光纤模仿通讯设备传输原子钟5 MHz正弦信号，因为设备载噪比一般小于60 dB，非线性失真较大，光纤传输后原子钟的10 ms短期频率安稳度达不到技能指标要求，因而需研发专用光纤模仿通讯设备。
2．2 体系原理
光纤模仿通讯体系一般由光发送机、光接纳机以及光纤信道3部分组成。光发送机首要完成模仿电信号的输入，模仿调制激光器，电光转化后送人光纤。光接纳机完成从光纤接纳光信号，经光电转化，扩大滤波后康复模仿为电信号输出。光纤信道是光信号传输的介质载体，可长途传输光信号。
2．2．1 专用设备原理框图
专用光纤模仿通讯设备包含专用光发送机和专用光接纳机。其原理框图别离如图1，图2所示。此外，专用光发送机和专用光接纳机中所用到的供电电源均选用专门规划的低噪线性稳压电源。
2．2．2 频率安稳性剖析
完成模仿光纤体系，首要考虑参数有：载噪比、带宽和传输体系中的非线性引起的信号失真。因而，这也是影响原子钟5 MHz正弦信号10 ms短期频率安稳度的首要原因。原子钟5 MHz正弦信号是高安稳信号，10 ms短期频率安稳度达2×10-10，经模仿线性传输其基频频率不变，但受体系各种噪声搅扰，光器材的非线性失真及光纤线路上的反射、色散等要素影响，时钟频率信号相位改动，且发生谐波重量，终究导致时钟信号频率安稳度下降。因而，在光纤模仿通讯体系中，影响原子钟5 MHz正弦信号lO ms短期频率安稳度的首要要素有：激光发射模块中光源的安稳性、激光调制的非线性及电路噪声；PIN光勘探模块中的非线性和噪声；光纤连接器接头的光反射；光纤的色散；电子电路的非线性、噪声及电磁搅扰；输入输出的电信号因为阻抗不匹配而引起的反射。
当然，光纤的折射率会随温度改动而改动，但这是一个缓慢的进程，其对原子钟5 MHz正弦信号的10 ms短期频率安稳度的影响可忽略不计。
2．2．3 专用设备电路规划
为尽量削减光纤模仿通讯体系在传输高安稳原子钟5 MHz正弦信号进程中对其发生的劣化，应选用安稳牢靠，非线性失真小，低噪声的光器材和集成电路，并在专用光纤模仿通讯设备的电路规划中留意电子电路的非线性、噪声及电磁搅扰，然后尽量进步体系的载噪比和线性度。专用光发送机电路规划的重点是激光发射模块电路。图3为激光发射模块电路原理框图。
激光发射模块电路的首要特色为：光源的中心波长为1 310 nm，输出光功率大于4 mW，光谱宽度小于0_3 nm，边模按捺比大于30 dB，载噪比大于50 dB，二阶失真小于-61 dBc。三阶失真小于-65 dBc，平整度为±1 dB，带宽为45~750 MHz，光纤耦合反射小，还有预失真补偿、APC功率操控和ATC温度操控(带制冷器TEC)等辅佐电路，削减激光发射模块电路的非线性失真，下降噪声，安稳作业。
而专用光接纳机的电路规划的重点是规划原子钟信号的扩大、滤波和康复电路，图4为专用光接纳机电路原理图。
PIN光勘探器模块电路特色：作业波长为1 31O nm，呼应度大于0．85 A／W，暗电流小于5 nA，光反射损耗大于45 dB，频率呼应为40～880 MHz，二阶失真小于-70 dBc，三阶失真小于-80 dBc。平整度为±0．5 dB，低噪声、低失真，带FC／APC单模光纤连接器或尾纤输出。
除选用低噪声，阻抗匹配的前置扩大电路外，还添加晶体滤波器，其通频带仅几千赫兹，大大按捺了带外噪声及谐波重量，进步体系输出的原子钟信号的载噪比。
2．3 设备研发和实验比照
依据技能指标要求和设备原理框图规划电路，制造PCB印制板，规划机盒。研发样机后进行样机调试，并在实验室丈量样机技能指标，成果到达规划要求。然后进行实地实验。首要直接丈量原子钟，得到一组原子钟5 MHz正弦信号10 ms短期安稳度的数据。然后，在平等实验环境下(环境温度，传输间隔持平)别离由微波和光纤来传输原子钟5 MHz正弦信号，在这两种传输方法下进行丈量，得到原子钟5 MHz时钟信号10 ms短期安稳度的别的两组数据，表2为这3组丈量数据比照成果。
因为丈量进程存在随机误差，光纤传输丈量成果中有单个数据误差较大，如表2中的5．66×10-10，为不影响丈量成果，进行屡次丈量之后取数据平均值，这样得到的丈量数据比较真实可信。丈量数据比照得出结论，原子钟5 MHz正弦信号经光纤传输后，10 ms短期频率安稳度为3．36×10-10，小于5×10-10，满意技能指标要求。
3 结束语
光纤通讯是20世纪70年代面世的通讯新技能，到现在已进入全光通讯的新的发展阶段。使用它来传输高安稳的体系时钟信号，既经济实用，又安稳牢靠，特别适用于微波雷达通讯体系改造项目中。当然，为进一步进步时钟安稳性，延伸传输间隔，还需要进一步研讨。
