基于光纤传输的延时系统设计

个光路的损耗由四部分决定：直调激光器的电光转换效率，光纤通路损耗，光电探测器的电光转换效率，以及输入输出阻抗比；可由（2）式表示：

ηTX为直调激光器的电光转换效率，根据测试得到的ηTX为0.075.ηRX为光电探测器的光电转换效率，根据测试得到的ηRX为0.65.Lop为光纤通路的损耗，包括以下几部分：光纤自身的传输损耗，光开关的插入损耗和各个光连接头的损耗；按最长光纤长度为22 495 m计算，最大的光纤传输损耗为4.5 dB（标准单模光纤的损耗系数为0.2 dB/km）；每个光开关的插入损耗为0.8 dB，共有10个光开关，因此光开关的总插入损耗为8 dB；每个光连接头的插入损耗为0.2 dB；光链路需经过的光连接头共有20个，因此光连接头引入的损耗为4 dB；这样整个光链路的损耗Lopt为4.5+8+4=16.5 dB.Rin和Rout分别为输入匹配阻抗和输出匹配阻抗，均为50Ω。根据以上分析，按照（2）式所计算的通过光路的射频信号的增益GdB为-42.7 dB.模拟雷达的回波信号的延迟衰减量LdB与模拟距离H的关系满足式（3）：

这样对于最低模拟距离50 m，延迟衰减量为-51 dB；对于最高模拟距离16 500 m，延迟衰减量为-126.5 dB；对雷达回波的模拟所需的延时衰减量范围为-51～-126.5 dB.此系统能够满足-51dB的最大衰减量的需求，并且可以通过同轴可调衰减器使得最终的输出射频信号衰减量可以在-48～-129.5 dB之间进行调节。

对于需求更小损耗的延时系统我们可以在光电探测器前增加一个光放大器，光放大器的输入功率选择一般为-25～-10 dBm，而光路损耗为16.5 dB，完全可以满足要求，且有一定富余量。为了降低光放大器的噪声系数，可在放大器内部增加ASE滤波器，从而将输出波长锁定在激光器的波长上。在系统传输的是模拟信号时，光放大器的输出光功率最好能保持在0 dBm以上，以使光接收机有较好的解调效果。放大器的输出既可以接光接收机，也可以与下一级设备级联。为了实现更小的损耗还可以在光电探测器后串联射频放大器。

对于长延时系统的研制，还需要考虑色散的影响，光传输的色度色散限制带宽可由以下公式（4）计算，其中Bc为色度色散限制带宽，△λ（nm）为谱线宽度，C（λ）（ps/nm.km）为光纤色度色散系数，对于L（km）为光纤长度。

由式（4）可知，为降低影响，要求激光器谱线（FWHM）尽量窄，光纤得色度色散系数尽量小。目前市面上有的激光器FWHM达到10MHz（8x10-5nm）。在光纤的选择上，比较常用的G.652光纤色散系数约为20ps/nm.km.据此可以算出波长为1550 nm的光信号在G.652光纤上传输165 km的色度色散限制带宽为：Bc=0.44x106/△λ。C（A）。L =0.44x106/8x10-5x20x165 （5）

=1.26x106 MHz因此，只要选择合适的激光器，则光纤色散不会对系统的性能指标造成影响。

在实际的延时系统研制过程中，我们还需要考虑由光-电转换，电-光转换以及信号输入和输出衰减器等组件带来的电信号延时，系统存在延迟零点H0（经测试该零点小于50 m）。则在此类延时系统的研制时，可以通过调整直调激光器和1x2光开关之间的光纤长度将该零点校准到50 m，其余光纤长度不变。这样调整之后，采用零点作为第一个延迟距离（即50 m），以后模拟距离均可达到精确模拟各整数距离点的技术要求。在具体的研制时，还应该注意，2x2光开关差分结构的延时为两个通路的差值，裁剪光纤时光纤环的长度L=L0+68.2 m，L0为短路通路的光纤长度。

信号在光纤中的传输模式主要由射线的入射角的差异来决定的，而射线的入射角往往由于光纤发生弯曲而发生改变，从而使射线的传输模式发生了变化。射线在光纤出现严重弯曲的时候，甚至会透出光纤造成能量的损失。一般来说光纤弯曲的半径越小，而发生的损耗则越大，反之耗损则会减小。在设计光纤环以及固定光纤接头时应尽量增大光纤的弯曲半径（一般不应小于3 cm）。

3系统验证

采用示波器法（选用美国TEK的DP070604示波器）对此延时系统的脉冲信号延时进行了验证，测试数据如表1所示。

选取1 000m点，测试10次，对系统的重复性进行了测试，数据如下：3 333.35 ns，3 333.34 ns，3 333.35ns，3 333.35 ns，3 333.34 ns，3 333.35 ns，3 333.34 ns，3333.34 ns，3 333.35 ns，3 333.34 ns由贝塞尔公式可得浏量结果重复性：

对应的模拟距离的重复性为5x10-4m.由表1数据可以看出由于工艺技术原因我们不能每次都得到想要的整数的模拟距离，但是由重复性测试数据可以看出，基于光纤传输的延时系统具有可靠性高和稳定性高的特点。