Введение в систему передачи радиочастот по оптоволокну

Введение в систему передачи радиочастот по оптоволокну

РЧ по оптоволокнуявляется одним из важных приложений микроволновой фотоники и демонстрирует непревзойденные преимущества в таких передовых областях, как микроволновая фотонная радиолокация, астрономическая радиотелесъемка и связь беспилотных летательных аппаратов.

Радиочастотная связь по оптоволокнуРОФ-ссылкаВ основном состоит из оптических передатчиков, оптических приёмников и оптических кабелей. Как показано на рисунке 1.

Оптические передатчики: Лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазер) применяются в приложениях с низким уровнем шума и высоким динамическим диапазоном, в то время как лазеры с фазовым переходом (FP) используются в приложениях с более низкими требованиями. Длина волны этих лазеров составляет 1310 нм или 1550 нм.

Оптический приемник: на другом конце оптоволоконной линии свет обнаруживается PIN-фотодиодом приемника, который преобразует свет обратно в ток.

Оптические кабели: В отличие от многомодовых волокон, одномодовые волокна используются в линейных линиях связи благодаря низкой дисперсии и малым потерям. На длине волны 1310 нм затухание оптического сигнала в оптоволокне составляет менее 0,4 дБ/км. На длине волны 1550 нм — менее 0,25 дБ/км.

Линия ROF представляет собой линейную систему передачи. Основываясь на характеристиках линейной и оптической передачи, линия ROF обладает следующими техническими преимуществами:

• Чрезвычайно низкие потери: затухание волокна менее 0,4 дБ/км

• Оптоволоконная сверхширокополосная передача, потери в оптическом волокне не зависят от частоты

Канал имеет более высокую пропускную способность сигнала/ширину полосы пропускания, вплоть до 40 ГГц.

• Защита от электромагнитных помех (EMI) (отсутствие влияния на сигнал в плохую погоду)

• Более низкая стоимость за метр. • Оптические волокна более гибкие и легкие, их вес составляет примерно 1/25 от веса волноводов и 1/10 от веса коаксиальных кабелей.

• Удобная и гибкая компоновка (для медицинских и механических систем визуализации)

В зависимости от состава оптического передатчика, система передачи радиочастот по волокну делится на два типа: с прямой модуляцией и с внешней модуляцией. Оптический передатчик системы передачи радиочастот по волокну с прямой модуляцией использует лазер с прямой модуляцией DFB, который обладает преимуществами низкой стоимости, компактности и простоты интеграции, и получил широкое распространение. Однако, из-за ограничений, связанных с чипом лазера с прямой модуляцией DFB, система передачи радиочастот по волокну с прямой модуляцией может применяться только в диапазоне частот ниже 20 ГГц. По сравнению с прямой модуляцией, оптический передатчик передачи радиочастот по волокну с внешней модуляцией состоит из одночастотного лазера с DFB и электрооптического модулятора. Благодаря зрелости технологии электрооптической модуляции система передачи радиочастот по волокну с внешней модуляцией может применяться в диапазоне частот свыше 40 ГГц. Однако, благодаря добавлениюэлектрооптический модулятор, система становится более сложной и неудобна для применения. Коэффициент усиления, коэффициент шума и динамический диапазон являются важными параметрами ROF-каналов, и между ними существует тесная связь. Например, низкий коэффициент шума означает большой динамический диапазон, в то время как высокий коэффициент усиления не только необходим для каждой системы, но и оказывает большее влияние на другие характеристики системы.