光纤频率传输中频率合成模块的设计与实现-电子科学与技术专业论文.docxVIP

上海交通大学 上海交通大学 万方数据 万方数据 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 III III 不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 IV IV 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 光纤频率传输中频率合成模块的设计与实现 摘 要 近年来原子钟技术发展迅速，目前商用化的铯原子钟天稳定度已经 达到了 10-16 的量级，现有的基于卫星的长距离频率传递技术，其频率 稳定度只能达到 10-15/天的水平，无法满足高稳定度频率对比的需求。 光纤传输具有带宽大、损耗小、抗干扰性强等优点，具备实现高稳定度 频率传递的巨大潜力，并引起了国内外的广泛关注。 当前高质量的频率源输出信号的频率一般在 10MHz~100MHz 之间， 相噪指标要优于光纤链路的本底噪声，为了克服这个问题同时为了提高 在频率补偿时相位差信号的检测灵敏度，需要对原子钟输出的频率信号 倍频到较高的频率进行光纤传递，同时在远端需要用下变频的方法将信 号还原成初始的频率传递给用户。 本文采用锁相环电路倍频的方法实现了将频标信号从 10MHz 到 1GHz 的 100 倍频，同时设计了 FPGA 控制电路以实现对锁相环芯片上 电后自动写入控制字程序的过程。而在下变频端，通过两级分频实现了 100 分频，得到用户需要的 10MHz 的频率信号。实验结果表明，在经 过先倍频再分频后，输出信号与原始频标信号相比在近端 1Hz 处的相噪 仅恶化了 3dBc/Hz,而远端 100KHz 处的相噪提高了 2dBc/Hz；与 RS 公司的频率综合器 SMF100A 的频率变换效果相比在 1Hz 处的相噪提高 将近 20dBc/Hz。将设计的上下变频模块加入到 20km 光纤链路的频率传 输系统中，并利用本课题组已有的光学相位补偿方案对其进行补偿，最 后实现了 4×10-13 的秒稳定度和 1.6×10-15 的 1000 秒稳定度。 I 万方数据 万方数据 本文首先简单介绍了微波光纤的基本组成以及传输链路引入的各 类噪声，并分析了激光器的相位噪声和外界温度变化对光纤频率传输稳 定度所造成的影响。 其次对上变频模块进行了仿真和设计，并且为克服每次掉电后寄存 器不能保存数据的影响而制作了相应的 FPGA 控制电路，同时利用两级 分频的方式设计了 100 分频模块。 最后测试了上下变频模块的输出频率和相位噪声，然后将其接入到 光纤频率传输系统中与微波源的变频效果进行了对比，并测试了补偿前 后系统的频率稳定度；进行了时间和频率信号在 100km 光纤链路上的 同时传输并分析了相关的实验结果。 关键词：上变频，下变频，相位补偿, 光纤频率传递 II 万方数据 万方数据 DESIGN AND IMPLEMENTATION OF FREQUENEY SYNTHESIS MODULE FOR FREQUENCY TRANSFER OVER OPTICAL FIBER ABSTRACT In recent years, the technology of atomic clock develops rapidly, now the commercial cesium atomic clock achieve the stability of 10-16 per day. The traditional satellite-based frequency transfer technique can only reach the stability of 10-15 per day which can not satisfy the need of high stability comparison of frequency signals. Transfer over the optical fiber has the adventages of high bandpass, low pow