في عالم متواصل بشكل متزايد ، فإن الطلب على نقل الإشارات عالية السرعة والقدرة العالية يتحدى حدود أنظمة الكابلات المتكافئة التقليدية.اهتمام الناس في إرسال الترددات الراديوية بالألياف البصرية (RFoF) يزداد يوما بعد يومهذه التكنولوجيا تجمع بين فوائد الخسارة المنخفضة وعرض النطاق الترددي العالي للألياف البصرية مع متعددة الوظائف في الاتصالات المتعلقة بالترددات الراديوية (الشكل 1).نظام RFoF ينقل إشارات RF من خلال الألياف البصرية، لتحقيق نقل إشارة على مسافات طويلة، خالية من التداخل في مجموعة واسعة من التطبيقات من محطات الأقمار الصناعية الأرضية، ونشر الهوائيات عن بعد،إلى 3G-5G البنية التحتية وأنظمة الدفاعهذه المقالة تستكشف المبادئ الأساسية لتصميم نظام RFoF.
الوظائف الرئيسية لـ RFoF
الشكل 1: الخصائص الرئيسية لـ RFoF (مصدر الصورة: NuPhotonics)
إرسال المسافات الطويلة - قوة الإشارة
تختلف أداء الكابلات الموحدة المحورية تبعاً لتكوين الكابل. فقدان إدخال كابل SMA المعدي العادي حوالي 0.25 ديسيبل / متر (في 2 جيگاهرتز).أداء الكابلات القابلة للنفخ أفضل قليلاً، ولكن التكلفة أعلى بكثير. هذه هي خصائص الخسارة العالية التي تجعل تكنولوجيا RFoF قابلة للتطبيق لمسافات نقل تزيد عن 50 متر. في تكنولوجيا RFoF ،أطوال الموجة الأكثر استخداما هي 1310 nm و 1550 nmالخسارة عند طول موجة 1310 نانومتر هي حوالي 0.35 ديسيبل / كم ، في حين أن الخسارة عند طول موجة 1550 نانومتر هي 0.25 ديسيبل / كم فقط.يمكن أن نرى أن الخسارة هذه التكنولوجيا أقل بكثير من تلك من الكابلات المحاورية.
ديجي كاي ونوفوتونيكس تبسط عملية شراء المكونات
"ديجي كي" كانت تقود العالم في تبسيط عملية شراء المكونات الحيويةوالشركات الكبيرة كلها تشتري مكونات من خلال DigiKeyبصفتها الشركة الرائدة في صناعة أجهزة الراديو اللاسلكي و الأجهزة الضوئية، تعاونت NuPhotonics مع DigiKey لتوفير منتجات مكونات سهلة الاستخدام وسهلة الوصول إلى الصناعة.والتي هي تقدم طبيعي (انظر الشكل 2).
NuPhotonics 10G PIN ثنائي الألياف الفوتوغرافية FC/APC
الشكل 2: NuPhotonics10G PIN ثنائي الألياف الفوتودية FC/APC. (مصدر الصورة: NuPhotonics)
على الرغم من أن هناك حاليا بعض الحلول التجارية المتاحة، فإنها غالبا ما تفتقر إلى الفوائد الاقتصادية.تمكين المستخدمين من تطوير حلول متخصصة منخفضة التكلفة باستخدام مكونات NuPhotonicsيمكن بسهولة شراء المنتجات والحلول التي تمت مناقشتها في هذه المقالة من DigiKey.
تصميم جهاز إرسال RFoF - 10G DFB ليزر
الجزء الأول من تصميم نظام RFoF هو تطوير جهاز الإرسال. لهيكل RFoF ، من الضروري تعديل إشارة RF البيانات إلى إشارة حاملة بصرية ،ثم نقله عبر رابط بصرييمكن تعديل ليزر الردود الموزعة (DFBs) مباشرة بواسطة إشارات الترددات الراديوية ، مما يجعلها جهازًا مثاليًا لتحويل الإشارات الكهربائية الترددية الراديوية إلى إشارات بصرية.يظهر المبدأ الأساسي في الشكل 3بسبب طريقة التحيز الجانبي للأنود المستخدمة في الليزر ، فهي أيضًا محطة إدخال لتردد RF. لضمان سلامة النظام ، تتضمن الدائرة مكثف حجب DC (C2).قيمة C2 سيتم ضبطها بدقة وفقا لنقطة قطع الترددات المنخفضة المطلوبةيتم استخدام المقاومة R1 في الدائرة لمطابقة عائق الليزر 10 Ω DFB مع نظام 50 Ω. كلما كانت قيمة R1 أكبر ، كلما كان التطابق مع الرابط أفضل ،ولكن العيب هو أنه سيزيد من خسارة إدخال الرابط البصريهذا يمكن أن يحقق التحكم الدقيق في المستوى لتحقيق مؤشرات مطابقة المعوقة المطلوبة وفقدان الإدراج.المقاومة R2 في الدائرة هي المقاومة الحد من التيار المستخدمة للحد من تيار الليزرالمحفز L هو مسار مقاومة عالية لإشارات RF وأيضا الحد الأدنى من مسار مقاومة التيار الحالي لتحيز الليزر DC.المكثف C1 هو جهاز اختياري يستخدم كمكثف تصفية لتصفية ضوضاء إمدادات الطاقة على مكثفات نوع T المتحيزة.
ليزر 10G DFB مع حلقة تقاطع T التحيز وتطابق المعوقة
الشكل 3: ليزر 10G DFB مع تقاطع T التحيز ودوائر مطابقة العائق. (مصدر الصورة: NuPhotonics)
تصميم جهاز استقبال RFoF - 10G PIN Photodiode
الضوء الموجود في الألياف البصرية يحتاج إلى تحويله إلى إشارات كهربائية أكثر فائدة. ولهذا يمكن استخدام ثنائيات الضوء. عندما تصطدم الفوتونات ذات الطاقة الكافية مع ثنائيات الضوء،يتم توليد أزواج ثقوب الإلكتروناتتُعرف هذه الآلية أيضًا باسم التأثير الكهروضوئي الداخلي. تتحرك هذه الثقوب نحو الأندود (+) وتتحرك الإلكترونات نحو الكاثود (-). سيولد هذا التأثير تيارًا ضوئيًا.بسبب مشاركة تشغيل النطاق العريض في الدائرة، ستعمل المواد الضوئية تحت التحيز العكسي. عند التحيز العكسي ، لن يمر التيار عبر المواد الضوئية إلا في حالة أن الضوء المتصاعد يولد التيار الضوئي.هذه الطريقة التحيزية لديها أيضا ميزة أخرىمن خلال زيادة حجم طبقة الإستنفاد ، يمكن تقصير وقت استجابة التحيز العكسي.زيادة في عرض طبقة استنفاد سوف تقلل من سعة التقاطع وزيادة سرعة الانجراف من حاملات الشحنة في ثنائي الأضواءويقصر وقت نقل حاملات الشحن ويقصر وقت الاستجابة أيضاً.
يظهر الشكل 4 دائرة القيادة الأساسية للديود الضوئي. هناك أوجه تشابه بين دوائر ديود الضوئي ودوائر الليزر. المكثف C هو مكثف حجب DC يستخدم لحماية منافذ RF.المحفز L هو مسار الأرضية المترددة منخفضة المعوقة التي تسمح للتيار أن يتدفق من دبوس التحيز المتردد إلى الأرض، حيث أن مكثف حجب التيار المباشر C ليس له مسار أرضي مباشر. يمكن أن يساعد اختيار R1 و C1 بشكل صحيح في تحسين مطابقة المعوقة عالية التردد.