光纖無線電技術(shù)的PCB設(shè)計解析

光纖無線電技術(shù)可能是光纖電信網(wǎng)絡中討論最少的方面之一。但是，它是將寬帶無線接入帶到偏遠地區(qū)的電信基礎(chǔ)設(shè)施的眾多部分之一。對于無法實現(xiàn)標準無線回傳或成本過高的農(nóng)村地區(qū)的未來5G基礎(chǔ)設(shè)施，此方法可能會發(fā)揮重要作用。文本主要討論光纖無線電技術(shù)的PCB設(shè)計。

就像任何其他電子系統(tǒng)一樣，光纖無線電鏈路也需要PCB。光纖無線電是專為無源光網(wǎng)絡而設(shè)計的，其中提取的RF信號無需有源電子組件即可直接到達目的地。這為電信網(wǎng)絡中的更快的數(shù)據(jù)傳輸提供了一種極其快速的解決方案。它也可以擴展到THz頻率。研究界的許多工程師都在關(guān)注此技術(shù)的光源和基本基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但PCB設(shè)計人員還應發(fā)揮作用，以確保在光纖無線鏈路的Tx / Rx端進行準確的信號提取和路由。

什么是光纖無線電？

光纖無線電是一種在無源光網(wǎng)絡中將RF信號傳輸?shù)竭h距離接收機的方法。在光纖無線電中，無線電信號用于對來自紅外激光二極管的光信號進行幅度調(diào)制。然后，可以通過標準單模光纖發(fā)送此光信號，最大可達20 km。

光纖無線電技術(shù)的主要優(yōu)點是，它不會像同軸電纜一樣遭受衰減問題，從而可以達到傳統(tǒng)無線回程無法達到的更長距離。與現(xiàn)有的光學解決方案相比，該技術(shù)可提供更大的帶寬，而無需數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）。這消除了有源組件中出現(xiàn)的延遲問題，因為延遲是由PCB上無線電信號的傳播延遲有效確定的。

在接收端，光電二極管用于接收光信號，全光或GHz包絡檢波器用于提取編碼的微波信號。這允許提取GHz模擬信號，該信號可以與各種幅度調(diào)制方案（例如，針對LTE，WiFi或其他RF協(xié)議的數(shù)字化QAM）一起使用。下面顯示了光纖無線電傳輸中使用的體系結(jié)構(gòu)的概述。

具有兩個PCB的光纖無線技術(shù)的簡化架構(gòu)

上面顯示的體系結(jié)構(gòu)也可以與BBU（Tx端）中的DWDM一起使用。陣列波長光柵單元可用于分離不同的載波，并將其路由到不同的Rx端。這提供了一種簡單的方法來將模擬光纖無線信號路由到無源光網(wǎng)絡中的多個接收器。

Tx側(cè)面布局挑戰(zhàn)

光纖無線電鏈路的Tx側(cè)的布局挑戰(zhàn)取決于傳輸方法。在過去的許多論文中都使用了激光二極管，但是模式梳正成為一種有希望的光纖無線電傳輸方法。在較早的光纖無線電研究和開發(fā)中，激光二極管的輸出已用所需的RF信號調(diào)制，并且二極管的輸出使用標準收發(fā)器耦合到光纖。由于大多數(shù)激光二極管和光電二極管接收器的開啟和恢復時間，該方法的局限性在于可發(fā)送的頻率被限制在WiFi頻率附近。

在即將到來的應用中，較低的射頻頻率面臨的布局挑戰(zhàn)在于將射頻信號路由至調(diào)制器。在發(fā)送方面，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)包括正確PCB設(shè)計，并在射頻和光學部分之間建立足夠的隔離。傳輸線設(shè)計仍將限制在WiFi頻率范圍內(nèi)，這得益于帶有集成電磁場求解器的路由工具的大力支持。真正的布局挑戰(zhàn)始于Rx端，尤其是當我們研究高GHz和THz體制時。

Rx側(cè)面布局挑戰(zhàn)

如果對單個激光二極管進行調(diào)制，則可能會在Rx端使用相同的技術(shù)。在Tx端更好的解決方案是使用兩個自由運行的激光器，這允許長距離發(fā)射的RF頻率達到GHz甚至THz級別。使這些激光器的輸出克服雜散，從而產(chǎn)生調(diào)幅輸出?？烧{(diào)諧垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）當前用于探測從5G頻率到THz頻率的任何位置。

由于這可以使信號行為達到THz頻率，因此該區(qū)域?qū)τ跇I(yè)內(nèi)絕大多數(shù)PCB設(shè)計人員來說仍是未知的領(lǐng)域。學術(shù)界一直致力于PCB的THz互連PCB設(shè)計和建模，并且在這一領(lǐng)域有很多創(chuàng)新。提出將基板集成波導布線作為PCB上共面波導布線的更好替代方法，但是電介質(zhì)中的分散會限制系統(tǒng)的帶寬。這些系統(tǒng)需要在整個所需帶寬內(nèi)進行無可挑剔的阻抗控制，這可能會由于介電基片中的分散而變得復雜。

SFP和SFP +可插拔收發(fā)器仍可與光纖無線技術(shù)一起使用

Rx端的匹配網(wǎng)絡和放大器也需要仔細設(shè)計，尤其是在高GHz和THz頻段。這些系統(tǒng)中的匹配可能非常復雜，并且需要精心設(shè)計信號鏈，以防止信號損失，反射和功率通過設(shè)備的傳遞。
編輯：hfy