RF和微波光纤设计指引Word格式文档下载.docx

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考虑到高的信号速率没有昂贵的建筑投资方面的支持。

许多传播线能通过小的导管支持。

光缆的布局更进一步被光纤的自然免疫性简化到电磁的干扰（EMI）。

不仅数目大的纤维能用电源电缆严紧地捆扎，他们也提供了一个独一的安全和电气隔离的传输路径。

纤维光学设备的巨大的优势首先使得他们在长的拖曳数字电讯中的广泛传播中被使用。

按光纤通信的最基本的形式，从一种半导体激光器发射的光或者发光二极管发射的光通过一种纤维发送数字编码的信息到一个光电二极管。

通过比较，在线性的纤维光学系统中发展朗讯，光通过纤维发送的强度直接与输入的电流有关。

然而这就对激光和光电二极管的质量有额外的要求，它在许多传送专断RF和微波信号应用中很重要。

因此，目前有成千上万的Agere系统的传输器在被使用。

信息在这里提供检查基本的联系组成部分，与提供设计计算的一种综述与增益，带宽，噪音，动态的范围和失真有关。

在光纤上的一段组成部分讨论一些主要参数，有波长，损失，弥散，反射，和极化和衰减。

附加的信息评价光学隔离者，分发反馈激光和Fabry-Perot激光，和短的和长的波长传输。

线性的光纤的联系的主要的用法之一在传送或者收到电子设备和遥远的定位天线之间发送RF和微波信号。

因为光纤链的灵活性，可能会为模拟或者数字的信号设计一些天线，包括军方和商业通信卫星，全球的定位卫星，遥感与追踪灯塔，或者无线细胞网络。

另一种类型的链是光纤延迟线，装在一个包里的它包括一台传输器，一个接收器，和一个长的纤维。

它可以提供长的延迟时间，高带宽，和低重量。

这些更高频率的RF和微波产品已从使用线性的光纤设备电缆电视的狂潮中间接地获益。

在这里，纤维扩展TV信号的传输距离，改进他们的质量和系统可靠性，而当仅仅只有电缆时，甚至与采用的系统相比节省了费用。

基本的线性链接组分在每个这样的应用中，还有许多其他的，Agere系统的传输器和接收器包括一些链可以类似被对待为微波组成的标准部分。

注意这些普通的组件，这个设计指南描述了一些必要的技术考虑和方程，可以让工程师选择最适宜他们的系统的组成部分。

这些方程也在各种各样计划中被使用，这样一名Agere系统应用工程师就能通过它来为具体的联系应用提供一种分析。

图1所示的是在一种光纤链中三个主要的组成部分：

一台光学的传输器，一个纤维光学电缆，和一个光学的接收器。

在传输器中，输入信号从一半导体激光二极管中输出，然后聚焦到一光缆中。

光纤把调节的光学的信号载送到接收器，然后使光学的信号恢复为原始的电子RF信号。

图1.阻塞描述传输器，接收器，和光纤的一种基本的纤维光学链的图形基本的联系应用和组成部分光学传输器对于RF系统，分发反馈（DFB）激光用于对低噪音，高动态的范围应用，同时，Fabry-Perot激光不要求应用。

这些激光的波长是1310纳米或者1550纳米。

激光的光的强度被简化描述为图2中的光流（L-I）曲线。

当激光二极管偏置电流比门限电流大时，ITH，光学的输出电流增加。

模拟链与dc利用在这线性的地区的中间的激光的点的行为操作相比有优势。

明显的，这个偏置电流因为Agere系统传输器把某一地方被放置为40毫安和90mA之间。

门限电流在10mA到30mA之间变化。

图2.输入电流与输出电压激光把电流改变成为可利用的光的效率可以用LI曲线的斜率表示，这被叫做调制增益。

对于典型的Agere系统激光，这直流调制增益根据模型的选择在0.02W/A与A0.3W/A之间变化。

带宽变化很大程度上因为是通往光纤的光不同的连接方法。

调制增益有时也随着频率变化，因此它必须被指定是否是一种有特殊的价值的dc或者更高的频率增益。

除激光二极管之外，传输器也包含各种各样的其它组成部分，根据具体应用或者综合标准的要求而定。

最基本的激光模块包装包含激光芯片，光纤，和阻抗匹配的电气设备，它们被密封在如图3所示的容器里。

模块也可能包含一个监控激光电源的光电二极管，一个电热调节器，一台由温差产生电流（TE）的冷却器监控和控制激光温度，和一个光学的隔离器用来减少从纤维返回到激光器的反射光的数量。

图3.A1611ADFB激光模块基本的激光模块，作为一替代部件虽然可供使用，但通常集成到一台完整的传输器中诸如凸缘爬升和插入的包装如图4所示。

这些传输器也可能包括直流电子来控制激光温度和偏置电流，放大器和其它电路系统预处理RF信号，和各种各样的指示器全面监控传输器的性能。

由于模拟光纤传输器在一系列应用被使用，确切的执行这些产品的特点也在变化。

图4.传输器包装风格:

凸缘爬升（左边）和插入（右边）基本的联系应用和组成部分（继续）光学接收器在光纤链的另一端，光被接收器的PIN光电二极管检测，这把返回的光变为一种电流。

光电二极管的性能反应曲线如图5所示。

再强调一次，记住那反应是十分线性的。

这曲线的斜率明显大于0.75mA/mW对于一个没有任何阻抗匹配光电二极管芯片。

类似于激光二极管，光电二极管是包装在包含一阻抗的一种密封的模块中为匹配网络提供直流偏置和射频输出。

然而，不同于激光，光电二极管对温度比较要不敏感所以不需要冷却器（TEC）的。

有一些特殊的防范措施被用来最大限度地减少从纤维返回的光的反射，否则能把一种链性能降级。

图5.光电二极管线性的特性曲线这些光电二极管模块经常集成到中更多类似于flangemount的完全的接收器包装和传输器的插入品种。

在这些接收器中，电路系统反转使二极管偏向从而增快反应速度。

接收器也包含监视器和警报输出。

一些接收器可能包括一个邮局放大器，宽带电流变压器，和/或者阻抗匹配网络用来改进增益链。

由于这样的电路系统，接收器的效率一般地不同于单一的光电二极管芯片。

光缆一种光缆在一个线形光链中是第三个主要的组成部分。

单一模式的纤维，与组合模式的纤维相反，它经常被Agere系统使用，因为它的分散低和损失小。

在波长为1310纳米时，纤维每公里减弱4dB的信号；

在波长为1550纳米时，每公里减弱0.25dB。

典型的，纤维被灵活的装在3毫米直径管的粗糙的电缆里，并且通过可再度使用的光学连接器把传输器和接收器连接在一起。

模块的性质可以简化系统的物理建筑的设计，同时使一个宽的范围的设置成为可能。

虽然Agere系统不提供光纤，但在选择这些组成元件时应该有一些重要的东西要考虑。

在名为对光纤组成部分的选择的第19页，很详细的描述了这些问题。

链设计的计算当为了一种光纤链选择适当的组成部件时，有若干关键的数据需要被提前定义计算，任何RF或者微波通信链完成时。

这段中的讨论的主题包括链增益，带宽，噪音，动态范围，和失真，同时，使用那信息作为一个典型的链的例子。

在这段中的详尽的方程也已被结合到各种各样的设计计划中，一名Agere系统应用工程师能在具体应用中为预先算到的链的性能做准备。

链设计计算（继续）增益一个光链的RF损失（或者增益）是四个变量的一种功能，包括传输器效率，纤维损失，接收器效率，和输出和输入阻抗的比率。

按其最基本的形式，链的电源增益能被写做用输入电流和输出电流表示的方程1:

方程里面ROUT是接收器输出端的装载抵抗，那个RIN是激光传输器的输入抵抗。

（IOUT与IIN）的关系可以由方程2所示：

，RF是整个的传输器的效率，包括所有放大器和匹配网络，把高频输入电流改变成为光学的电源调制。

，RF是把光学的电源调制改变成为RF输出电流的整个接收器的效率。

（这RF价值不与dc光电二极管一样，如前面一段中所说的带宽，第8页）。

，RF和，RF的单位分别是W/A和A/W。

联系的纤维部分测量为：

方程3:

然后将方程2带入方程1可得整个的链增益：

方程4，RF和，RF有时通过减少20log改变为另一种形式更加类似于的传统的RF增益，这样4方程能被简化为：

方程5TG是W/A的传输器增益，RG是W/A的接收器增益。

TG和RG中与单元有关的整个RF效率以W/A或者A/W表达如下：

方程6方程7例如，结合带有75欧姆一TG的传输器在-1W/A，75欧姆带有+20A/W的一RF的接收器和12dB的光学的损失，将给一RF链的增益：

如图6所示光学的损失和传输器的效果带有的一种效率的一个接收器的RF效率0.375mA/mW（RG-8.51A/W）的RG，计算出来如方程4所示。

附录，第28页，包含附加其它典型的传输器曲线和接收器的效率的装置。

图6.光学损失和传输器RF效率结果加倍光学的损失期间有趣味并且经常忽略的方面方程4是2LO方面。

当这表明时，对于每一光学的损失的附加的dB，有附加的2dB的高频损失。

这怪事由于改变RF的光学的电源而发生。

在这里，高频电流直接与光学的电源成正比，但是高频电压与高频电流成正比。

当去掉log时，2的一个因素使其变到光损耗的前面。

例如，当一对传输器和接收器有0dB的光损耗时，会有-35dB的增益，当他们有2dB纤维损耗时，会有-39dB的高频增益。

匹配阻抗的组成部件为了一个具体的链的计算整个的插入损耗，考虑到带宽的阻抗的匹配链如图7所示。

在这种情况中，激光传输器包括激光二极管，5欧姆的一典型的阻抗，和一个提高总输入阻抗电阻器，RIN，到外部信号源的阻抗。

光电二极管模块包括光电二极管，有典型的几千欧姆的阻抗，与输出阻抗RL匹配的电阻RPD。

这样匹配的电阻器基本上把VSWR链改进的超过了那个不匹配的链。

由于这个额外的光电二极管电阻器，从接收器输出的电流，IOUT，将会比由光电二极管芯片产生的少，IPD。

接收器的高频效率，RF，因此会比单一的光电二极管芯片小，RPD：

方程8:

对于50欧姆的一个与系统匹配的RPD和ROUT匹配因此将是大约50欧姆接收器的高频效率将是光电二极管芯片自己的一半。

这把整体的链增益减少了6dB。

对于一个阻抗匹配的光电二极管的接收器：

方程9:

传输器的高频效率，另一方面，一个6dB由于事实上匹配电阻不是并联而是串联在一起的所以不经理那样一过程。

因此，在一台传输器的带宽之内，其高频效率大约等于直流激光二极管的调制增益。

就如下例所示，考虑到带有一种直流调制的一台传输器0.1W/A的增益，一个接收器的带有0.75的匹配阻抗和带有光学的3dB损耗的一种纤维。

对于第一个来说，传输器的高频效率将0.1W/A和接收器的高频效率将是0.375A/W.如果传输器和接收器被匹配到50。

，然后阻抗与方程4种下跌的期间匹配，不考虑RF大约的链增益：

方程10:

图7.匹配阻抗链链设计的计算（继续）匹配的链的反应为了克服这样一种损耗，许多链结合额外的放大器，这在接收器的噪音一章中描述的很详细，第10页；

大器的布局，第15页；

同