[发明专利]一种抑制信号传输过程中畸变的色散媒质及方法

说明书

本发明公开了一种抑制信号传输过程中畸变的色散媒质及方法。包括主要由正常色散媒质和反常色散媒质构成的补偿色散媒质，反常色散媒质在沿电磁波的传输方向连接在正常色散媒质靠近传输出口的一侧上，正常色散媒质主要由正常色散电磁谐振单元排列构成，反常色散媒质主要由反常色散电磁谐振单元排列构成，利用正常色散媒质构造信号的正常色散，利用反常色散媒质构造信号的反常色散，利用反常色散的负群速度(超光速)现象补偿信号经过正常色散媒质导致的包络畸变。本发明利用人工介电材料实现在微波频段内，对信号在媒质传播中产生包络畸变从本质上进行补偿，具有高精度、小尺寸特点，实现了信号色散补偿，应用广泛。

技术领域

本发明涉及信号传输领域，尤其是涉及了一种抑制信号传输过程中畸变的色散媒质及方法。

背景技术

信号传输时不可避免的产生畸变。无论是在电子电路、射频微波电路、光纤通信，还是在空间信号传输中，只要信号有带宽，就一定会受到不同程度的畸变。畸变是信号传输过程中抑制传输距离、传输精度、传输品质的主要原因。在众多畸变种类中，最常见同时也最重要的就是群延时畸变。在信号传输中，群延时是指对给定的频率表现为负斜率的相位响应(在电磁学领域中，相位响应通常由折射率表示，其由传输媒质本身参数决定，不受频率影响)，从而产生相对原始信号波形包络的时延。而当信号中不同的频率分量受到非线性响应时(色散)，会导致信号的包络产生波形畸变，这被称为群延时畸变。而群延时畸变在媒质传输中不可避免，因为工作频率都处在正常色散带宽内(折射率的实部对频率变化表现为正斜率)，所以群延时畸变往往表现为落后的群延时。群时延畸变会导致信号带宽展宽、误码率变大、信道噪声增大、同步性变差、传输距离变短等影响，严重的畸变甚至会导致信号无法被解调。因此抑制群时延畸变在信号传输领域有重要意义。

科学界对群延时畸变的研究已有很长的历史，群延时畸变的本质是因为信号的传输速度(波前速度)和群速度不相等。当群速度小于波前速度时，信号包络表现为后向畸变；反之，当群速度大于波前速度时(负群速度)，信号包络表现为前向畸变。早在1914年，Brillouin和Sommerfeld提出波前速度才是信号传输的速度，并且始终等于光速。在1960年，Brillouin指出，群速度并不总是代表信息或能量的传播速度，因此超光速的群速度(负群速度)不会与相对论矛盾。本课题组在2015年，通过Drude-Lorentz色散模型的反常色散(Anomalous dispersion)区域，即位于Lorentz色散的吸收谐振频带内，首次实验验证波前速度是信号的传输速度，并且通过负群速度的前向畸变、正群速度的后向畸变论证包络畸变的本质。因此当群速度等于波前速度，即光速时，信号包络就可以没有畸变。

到目前为止，在光纤通信领域已有多种方法对群延时畸变进行补偿，如光栅补偿器、啁啾补偿器、数字补偿等等。这些方法的基本原理都是利用反常色散获得负的群延时效应。但是在微波领域，受限于材料的反常色散带几乎处于光学频段的现实，目前对于信号的群延时补偿方法仅有数字补偿。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于构造一种抑制信号传输过程中畸变的色散媒质及方法，反常色散媒质低损耗、宽带宽，能获得较理想的负群速度现象，利用负群速度现象在抑制信号传输过程中进行畸变，实现了微波频段对群延时色散进行直接补偿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种抑制信号传输过程中畸变的色散媒质：

包括主要由正常色散媒质和反常色散媒质构成的补偿色散媒质，反常色散媒质沿电磁波的传输方向连接在正常色散媒质靠近传输出口的侧边，正常色散媒质主要由正常色散电磁谐振单元排列构成，反常色散媒质主要由反常色散电磁谐振单元排列构成。

所述正常和反常色散媒质均主要由至少一层谐振层上下层叠而成，每层谐振层由多排谐振组平行间隔阵列在同一平面而成。