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摘要：随着互联网技术的不断发展，我国的网络设施建设更加完善，网络覆盖主要以光纤传输为主。设计了一种时钟稳相传输系统，从理论上分析了被动稳相的基本原理，并采用时钟源、激光器、探测器、波分复用器等光、电器件，搭建了时钟稳相传输系统模型，分析了系统各路时钟经光纤传输后的相位一致性，并提出了在工程应用中系统相位一致性的计算方法。
关键词：光纤稳相；时钟信号；光纤传输系统
引言：
随着光缆和传输资源逐渐丰富，使得光纤传输逐渐成为了信号的主要传输手段。信号在通过光纤传输系统进行传播的过程中，需要实现多个信号之间的支持和备份，确保信号的高质量稳定传播。在分布式雷达系统中，为获得理想的探测性能，发射站与接收站之间必须实现相位同步，保持系统的相参性能，因此需要统一分发时钟信号，并对其相位一致性具有较高要求。分布式雷达收发站之间常常距离几十到几百公里，传统的微波电缆在几十公里的链路上传输损耗极大，很难实现时钟信号的传输与同步；而光纤传输损耗低、抗干扰能力强，采用光传输时钟信号是实现雷达时钟信号远距离传输的有效方式。但光纤易受环境温度、机械振动的影响而产生相位变化，因此单纯利用光纤来传输时钟信号，其相位的稳定性和一致性无法保证。在对相参要求极其严格的分布式雷达系统中必须采用光纤稳相技术。本文利用被动式光纤稳相的方法实现了多路时钟信号的稳相传输。
1 光纤传输系统概述
1.1 光纤传输系统内涵
光纤也被称之为光导纤维，主要由玻璃材料组成，利用无机物和二氧化硅通过某种化学反应而制成。光纤传输系统在进行信号传输时，采用光波作为媒介，有着十分高的传播效率和传播质量，因此说这种信号传输方式有着非常好的品质。光纤主要由包层和纤芯组成，传输原理是光波通过玻璃折射的过程来实现传播，因为光波的折射率较高，且包层的反射率较低，所以能够实现高质量的光波传播。
1.2 光纤传输系统的主要构成
光纤当中的主要部分为石英纤维，能够根据折射情况来将光纤划分为单模光纤和多模光纤，多模光纤传输容量小于单模光纤。随着光纤技术在通信领域中的应用普及，已经成为了广播电视领域中的主要信号传输技术。光纤传输系统实际上就是以光波为载体、以光缆为媒介来实现信号的传输过程。光纤传输系统主要由光发射装置、光接收装置、中继器、耦合器以及连接器组成，下面将对光纤传输系统中的构成内容分别进行阐述：首先，光发射装置属于整个系统中的核心所在，该装置将电信号转化为光信号，其中包括了驱动设备、调制设备以及光源设备，实现光源信号与电视音频信号之间的相互转换，达到光信号调制与接受的最终目的。其次是光接收装置，该装置的主要作用在于将光信号转化为电信号，光接收装置主要由放大装置和检测装置组合而成，在完成信号转化之后，利用均衡装置和放大装置来实现电信号的二次放大，然后发送给用户方。第三是中继器，其主要作用在于放大光纤传输时遇到的扭曲畸变光信号，该装置中包括了光检测装置、光源以及再生电路等。如果在信号传输过程中因为受到干扰而导致内容失真，那么中继器可以对其进行修正处理，确保光信号达到标准要求，为信号传输质量提供保障[1]。最后是耦合器和连接器，光纤光缆长度或质量如果达不到要求，那么会对光纤信号的传输造成不利影响，为了确保光纤连接效果达到要求，需要利用耦合器和连接器，也就是说耦合器和连接器对于光纤连接效果的好坏有着重要的影响。
2 时钟信号稳相传输系统设计
系统工作流程为，中心站的时钟源通过电功分器分出n个时钟信号（ＲF1～ＲFn），然后分别送至A1～An进行放大、电/光变换，将时钟信号转换为光信号，n路已调制光信号通过多芯长距离光缆传输至B端（B1～Bn），在B端时钟光信号经光/电变换、放大后与三倍频信号进行混频滤波，得到n路与传输路径不相关的时钟信号（即光纤链路不受环境影响而产生相位抖动），最后将这些时钟信号分配给雷达天线阵列。本系统中采用了光/电和电/光变换，在电光转换的过程中，影响系统相位的因素除了光纤，激光器的光波长漂移也是影响系统相位的另一个重要因素。激光器光波长主要与内部LD芯片的温度有关，因此需要对激光器的光波长进行控制。由于激光器是半导体热敏器件，对温度和环境的变化十分敏感，为了保证激光器有稳定可靠的工作性能，必须采用自动温度（ATC）控制电路。激光器自身带有制冷器（TEC），它是一个利用帕尔贴效应来加热和制冷的半导体P－N结器件，在半导体通上电源后，电子先经过P型半导体吸收热量，到N型半导体处释放热量[2]。通过这种主动的方式将热量泵送，形成冷、热两端的温度差。当电流方向相反时，热量传递的方向也会相反，基于该原理可将半导体致冷器用于温度控制。当激光器的激光管（LD）工作于25℃左右时，TEC不工作；当LD工作温度升高时，ATC控制TEC开始制冷，使LD的温度恢复到25℃左右；当LD工作温度降低时，ATC控制TEC开始制热，使LD的温度恢复到25℃左右，从而实现自动温度控制的功能。
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图1 时钟信号稳相传输系统的主要原理
3 时钟稳相传输系统相位稳定性
为验证稳相系统的性能，本文根据图1搭建了一个测试验证系统：在A端，LD1激光器中心波长为1550nm，激光器的工作带宽为3GHz，传输链路使用长度为10km的单模光纤[3]。在B端，LD2激光器中心波长为1530nm，激光器的工作带宽为3GHz，使用的探测器（PD1、PD2）带宽为4GHz，响应度为0．85A/W，测试带宽为2．5GHz～3GHz。首先测试了没有采用被动稳相措施的时钟信号光纤传输系统的相位稳定性。在频点2.5GHz，相位漂移了41.63°，在频点3GHz，相位漂移了49.91°。然后测试采用了被动稳相措施后的时钟信号光纤传输系统的相位稳定性。在频点2.5GHz，相位漂移了3.07°，在频点3GHz，相位漂移了3.71°。最后，可得出本文设计的时钟稳相传输系统能够有效的改善光传输系统的相位稳定性。
4 时钟稳相传输系统相位一致性
根据以上分析，时钟稳相传输系统各通路的相位一致性只与初始相位相关。在实际工程应用中，相位稳定性不仅与光路相关，也与电/光转换、光/电转换、光纤链路及其它射频器件本身相位特性相关[4]。在信号传输的过程中会受到如环境温度、机械振动等光纤自身因素的影响，信号相位会随环境和时间变化产生一定波动。为验证这种影响，本文使用同一批次放大器、激光器、探测器、波分复用器搭建了两种被测组件。在800MHz频点相差0.66°，在6GHz频点相差6.22°。根据测试结果可知，即使是同一批次的器件组成的系统，相位一致性也会产生一定的波动。因此系统相位一致性的理论值一般要优于工程值。
结束语
总之，随着社会经济的发展和科学技术的进步，信号的覆盖范围大大增加，文化娱乐产业得到了飞速的发展。同时，人们对于传输信号的质量也有着更高的标准和要求。广电工程具有一定的复杂性和系统性，而光纤传输系统在其中起着十分重要的作用，能够对广播电视信号传播质量进行有效的保障。目本文分析了被动光纤稳相的内涵与构成，并提出了应用于雷达阵列的时钟信号远距离传输系统模型，根据理论模型推导出了该系统时钟信号的相位一致性计算方法，并通过试验系统验证了可行性。最后根据工程测试并结合理论分析提出了该系统在工程应用时相位一致性值的范围，对实际工程设计具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]李鹏，席虹标，陈国帅.基于PLL技术低相噪时钟信号光纤传输系统[J].大众科技，2020，22（05）：8-10+13.
[2]吴彭生，王凯.时钟本振信号混合光纤传输的相位噪声研究[J].科技创新导报，2020，17（13）：155-157.
[3]赵俊杰，刘田，王波，张文堃.基于光纤的分布式稳相传输技术[J].电子信息对抗技术，2019，34（02）：64-67.
[4]江永琛，王锦清，苟伟，虞林峰.基于光纤传输的1.5GHz信号的稳相系统设计与测试[J].时间频率学报，2017，40（03）：137-145.