摘 要：宽带RF信号光传输设备具有传输频带宽、信号动态范围大、传输可靠、抗电磁干扰、体积小等优点,可应用在需要传输微波信号而又不方便安装金属波导管的场所、光纤延时线的发射/接收组件、雷达信号、卫星地面站信号的远距离传输等各个领域。本文结合上述特点，对宽带RF信号光传输设备技术进行了分析研究。
关键词：宽带RF信号 光传输设备
1 前言
随着光电子技术的快速发展和RF器件性能指标的提高，宽带RF信号光传输近几年来受到越来越多的关注。宽带RF信号光传输设备具有传输频带宽、信号动态范围大、传输可靠、抗电磁干扰、体积小等优点，可应用在需要传输微波信号而又不方便安装金属波导管的场所、光纤延时线的发射/接收组件、雷达信号、卫星地面站信号的远距离传输等各个领域，具有广阔的应用前景。本文结合上述特点，对宽带RF信号光传输设备技术进行了分析研究。
2 光接收机工作原理
光接收机的工作原理如图1所示，检测器将接收到的RF信号调制的光信号转换成电信号，然后依次通过前置放大、电调衰减网络以及功率放大，最终输出RF信号。一般应采用暗电流小(≤1nA)、响应度高的光电检测器，并对检测器的S参数进行测试，根据S参数进行阻抗匹配，将高阻抗的检测器匹配为50Ω，从而得到高的光/电转换效率以及较低的反射损耗，使射频信号被高效地解调，并减小RF信号的非线性失真。
为了便于整个传输链路的增益调整，发射机、接收机都有电调衰减网络。CPU数控电路提供RS232串行接口，可以通过RS232控制电路进行遥控操作。面板指示电路提供接收光功率、RF输出功率的监测显示。
3 直接光强调制发射机工作原理
直接光强调制方式是将RF信号直接叠加到激光器的偏置电流上，激光器的光功率变化能够响应注入电流信号的高速变化，从而完成对激光器光强的调制。直接光强调制发射机的工作原理如图2所示。
图2 直接光强调制发射机的工作原理图
输入的RF信号经过低噪声放大器(LNA)、电调衰减网络、预失真补偿电路对激光器进行调制，被调制的光信号经过光隔离器和光耦合器输出。RS232控制电路提供遥控操作，可以实现光发射机调制度与增益的遥控处理。
4 重要指标分析
4.1光传输系统载噪比
光传输系统的载噪比RC/N为:
Rc/N=1/2(mRsP)2/NRIB(RsP)2+2eRsPB+4TFkB/R
其中P为光接收机输入光功率的平均值;m为调制度，一般取0.035～0.050;Rs为光接收机器件的灵敏度，一般可取0.85A/W;e为电子电荷，对于1310nm波长e=1.6×10-19C，对于1550nm波长e=1.28×10-19C;B为信号带宽，单位为Hz;k为玻尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K;T为热噪声温度，T=290K;NRI为激光器相对强度噪声，一般取NRI=-155dB/Hz。
可见，决定载噪比的关键因素有以下两种参数是可以人为控制的:光调制度m和光接收机输入光功率P。光接收机的接收光功率不能太小，也不能太大，更不能超过饱和功率，以免光接收器件产生过大的非线性失真和损坏PIN管。
4.2非线性指标
通常非线性指标主要考虑两种情况:a.光传输设备输入端只有一路信号输入;b.输入端有多路信号输入。对于宽带RF信号光传输设备我们更关注多路信号输入时，激光器非线性引起的多输入信号之间的互相调制，常用三阶截取点(IP3)来描述。IP3定义为当输入功率增加到某一值时，基频输出信号与三阶互调信号输出功率相等，该输入功率为输入三阶截取点(IIP3)，对应的输出功率为输出三阶截取点(OIP3)。为减少三阶互调失真，本设备设计了预失真电路，在有源器件非线性区人为产生与激光器非线性区相反失真特性的信号。图3为三阶预失真信号的产生原理图，通过合理的偏置使放大器工作在非线性状态，所以其输出不仅有基波分量，而且有奇次分量。经过预失真电路的调整，三阶互调指标得到很大的改善。
图3 三阶预失真信号的产生原理图
4.3 动态范围
在实际应用中，光传输设备的动态范围的下限即灵敏度是一定的，它受基底噪声的制约。当信号幅度大于-10dBm时，切换开关将信号通路切换到15dB的衰减器线路中。当信号幅度小于
-10dBm时，微波切换开关切换到无衰减器线路中。通过这种方式大信号处理能力提高了15dB，而分路器、微波切换开关、衰减器带来3dB左右插入损耗造成接收机灵敏度恶化3dB左右，但从整个系统指标来看这种处理方式还是合算的。
图4 大信号处理的框图
4.4噪声系数
噪声系数是表征光纤传输设备内部噪声的物理量。用RSi/Ni表示光纤传输设备输入端的信噪比，RSo/No表示光纤传输设备输出端的信噪比，它们的比值即为光纤传输设备的噪声系数F′，即F′=RSi/Ni/RSo/No。在光/电转换侧对检测器和前置放大器进行阻抗匹配设计，使检测器的内阻等于放大器的最佳源电阻，使噪声系数最优。
5 结束语
随着光电子技术的快速发展和RF器件性能指标的提高，宽带RF信号光传输近几年来受到越来越多的关注。其传输频段涵盖了超短波、短波、L、C、X、Ku等波段，应用的场合及范围也越来越广泛，具有广阔的应用前景。
参考文献
1.周承刚，朱百生.宽带城域光纤网络技术[M].北京:科学出版社，2004.
2.丁炜.CATV光发射机原理及应用[J].有线电视技术，2005(2):64.