基于光纖傳輸的延時系統設計
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我們選用2x2光開關，并采用差分結構設計實現不同延時量的切換，此類光開關的平均插入損耗約為0．8 dB，并且由于采用了差分結構每種延時通路經過光開關的通路次數相同，損耗一致性較好，常用的G．652光纖損耗約為0．2dB／km，照以上參數計算，整個光路的損耗由四部分決定：直調激光器的電光轉換效率，光纖通路損耗，光電探測器的電光轉換效率，以及輸入輸出阻抗比；可由(2)式表示：
ηTX為直調激光器的電光轉換效率，根據測試得到的ηTX為0．075。ηRX為光電探測器的光電轉換效率，根據測試得到的ηRX為0．65。Lop為光纖通路的損耗，包括以下幾部分：光纖自身的傳輸損耗，光開關的插入損耗和各個光連接頭的損耗；按最長光纖長度為22 495 m計算，最大的光纖傳輸損耗為4．5 dB(標準單模光纖的損耗系數為0．2 dB／km)；每個光開關的插入損耗為0．8 dB，共有10個光開關，因此光開關的總插入損耗為8 dB；每個光連接頭的插入損耗為0．2 dB；光鏈路需經過的光連接頭共有20個，因此光連接頭引入的損耗為4 dB；這樣整個光鏈路的損耗Lopt為4．5+8+4=16．5 dB。Rin和Rout分別為輸入匹配阻抗和輸出匹配阻抗，均為50Ω。根據以上分析，按照(2)式所計算的通過光路的射頻信號的增益GdB為-42．7 dB。
模擬雷達的回波信號的延遲衰減量LdB與模擬距離H的關系滿足式(3)：
這樣對于最低模擬距離50 m，延遲衰減量為-51 dB；對于最高模擬距離16 500 m，延遲衰減量為-126．5 dB；對雷達回波的模擬所需的延時衰減量范圍為-51～-126．5 dB。此系統能夠滿足-51dB的最大衰減量的需求，并且可以通過同軸可調衰減器使得最終的輸出射頻信號衰減量可以在-48～-129．5 dB之間進行調節。
對于需求更小損耗的延時系統我們可以在光電探測器前增加一個光放大器，光放大器的輸入功率選擇一般為-25～-10 dBm，而光路損耗為16．5 dB，完全可以滿足要求，且有一定富余量。為了降低光放大器的噪聲系數，可在放大器內部增加ASE濾波器，從而將輸出波長鎖定在激光器的波長上。在系統傳輸的是模擬信號時，光放大器的輸出光功率最好能保持在0 dBm以上，以使光接收機有較好的解調效果。放大器的輸出既可以接光接收機，也可以與下一級設備級聯。為了實現更小的損耗還可以在光電探測器后串聯射頻放大器。
對于長延時系統的研制，還需要考慮色散的影響，光傳輸的色度色散限制帶寬可由以下公式(4)計算，其中Bc為色度色散限制帶寬，△λ(nm)為譜線寬度，C(λ)(ps／nm·km)為光纖色度色散系數，對于L(km)為光纖長度。
由式(4)可知，為降低影響，要求激光器譜線(FWHM)盡量窄，光纖得色度色散系數盡量小。目前市面上有的激光器FWHM達到10MHz(8x10-5nm)。在光纖的選擇上，比較常用的G．652光纖色散系數約為20ps／nm·km。
據此可以算出波長為1550 nm的光信號在G．652光纖上傳輸165 km的色度色散限制帶寬為：
Bc=0．44x106／△λ·C(A)·L
=0．44x106／8x10-5x20x165 (5)
=1．26x106 MHz
因此，只要選擇合適的激光器，則光纖色散不會對系統的性能指標造成影響。
在實際的延時系統研制過程中，我們還需要考慮由光-電轉換，電-光轉換以及信號輸入和輸出衰減器等組件帶來的電信號延時，系統存在延遲零點H0(經測試該零點小于50 m)。則在此類延時系統的研制時，可以通過調整直調激光器和1x2光開關之間的光纖長度將該零點校準到50 m，其余光纖長度不變。這樣調整之后，采用零點作為第一個延遲距離(即50 m)，以后模擬距離均可達到精確模擬各整數距離點的技術要求。在具體的研制時，還應該注意，2x2光開關差分結構的延時為兩個通路的差值，裁剪光纖時光纖環的長度L=L0+68．2 m，L0為短路通路的光纖長度。
信號在光纖中的傳輸模式主要由射線的入射角的差異來決定的，而射線的入射角往往由于光纖發生彎曲而發生改變，從而使射線的傳輸模式發生了變化。射線在光纖出現嚴重彎曲的時候，甚至會透出光纖造成能量的損失。一般來說光纖彎曲的半徑越小，而發生的損耗則越大，反之耗損則會減小。在設計光纖環以及固定光纖接頭時應盡量增大光纖的彎曲半徑(一般不應小于3 cm)。
3 系統驗證
采用示波器法(選用美國TEK的DP070604示波器)對此延時系統的脈沖信號延時進行了驗證，測試數據如表1所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/153492.htm
選取1 000m點，測試10次，對系統的重復性進行了測試，數據如下：
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
由貝塞爾公式可得瀏量結果重復性：
對應的模擬距離的重復性為5x10-4m。
由表1數據可以看出由于工藝技術原因我們不能每次都得到想要的整數的模擬距離，但是由重復性測試數據可以看出，基于光纖傳輸的延時系統具有可靠性高和穩定性高的特點。
4 結束語
文中利用光纖傳輸延時技術，通過合理的設計實現了雷達、通信中應用的復雜調試信號的長延時系統，并且此延時系統具有高抗干擾性和高可靠性、延時范圍大、帶寬大，穩定性高的特點，大大降低了雷達、通信系統相關試驗、驗證、仿真的成本和時間。隨著光纖技術的快速發展和工藝的逐漸成熟，基于光纖傳輸的延時系統應用將越來越廣泛和實用。
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