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光纖無(wú)線電的PCB設(shè)計(jì)
光纖無(wú)線電技術(shù)可能是光纖電信網(wǎng)絡(luò)中討論最少的方面之一。但是，它是將寬帶無(wú)線接入帶到偏遠(yuǎn)地區(qū)的電信基礎(chǔ)設(shè)施的眾多部分之一。對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線回傳或成本過(guò)高的農(nóng)村地區(qū)的未來(lái)5G基礎(chǔ)設(shè)施，此方法可能會(huì)發(fā)揮重要作用。文本主要討論光纖無(wú)線電技術(shù)的PCB設(shè)計(jì)。
就像任何其他電子系統(tǒng)一樣，光纖無(wú)線電鏈路也需要PCB。光纖無(wú)線電是專為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的，其中提取的RF信號(hào)無(wú)需有源電子組件即可直接到達(dá)目的地。這為電信網(wǎng)絡(luò)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(kuò)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(jì)人員還應(yīng)發(fā)揮作用，以確保在光纖無(wú)線鏈路的Tx / Rx端進(jìn)行準(zhǔn)確的信號(hào)提取和路由。
什么是光纖無(wú)線電？
光纖無(wú)線電是一種在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中將RF信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離接收機(jī)的方法。在光纖無(wú)線電中，無(wú)線電信號(hào)用于對(duì)來(lái)自紅外激光二極管的光信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。然后，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖發(fā)送此光信號(hào)，最大可達(dá)20 km。
光纖無(wú)線電技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它不會(huì)像同軸電纜一樣遭受衰減問(wèn)題，從而可以達(dá)到傳統(tǒng)無(wú)線回程無(wú)法達(dá)到的更長(zhǎng)距離。與現(xiàn)有的光學(xué)解決方案相比，該技術(shù)可提供更大的帶寬，而無(wú)需數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）。這消除了有源組件中出現(xiàn)的延遲問(wèn)題，因?yàn)檠舆t是由PCB上無(wú)線電信號(hào)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(hào)，全光或GHz包絡(luò)檢波器用于提取編碼的微波信號(hào)。這允許提取GHz模擬信號(hào)，該信號(hào)可以與各種幅度調(diào)制方案（例如，針對(duì)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(wú)線電傳輸中使用的體系結(jié)構(gòu)的概述。
具有兩個(gè)PCB的光纖無(wú)線技術(shù)的簡(jiǎn)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(zhǎng)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(jiǎn)單的方法來(lái)將模擬光纖無(wú)線信號(hào)路由到無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)接收器。
Tx側(cè)面布局挑戰(zhàn)
光纖無(wú)線電鏈路的Tx側(cè)的布局挑戰(zhàn)取決于傳輸方法。在過(guò)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(wú)線電傳輸方法。在較早的光纖無(wú)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(hào)調(diào)制，并且二極管的輸出使用標(biāo)準(zhǔn)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(fù)時(shí)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(lái)的應(yīng)用中，較低的射頻頻率面臨的布局挑戰(zhàn)在于將射頻信號(hào)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(jì)，并在射頻和光學(xué)部分之間建立足夠的隔離。傳輸線設(shè)計(jì)仍將限制在WiFi頻率范圍內(nèi)，這得益于帶有集成電磁場(chǎng)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(dāng)我們研究高GHz和THz體制時(shí)。
Rx側(cè)面布局挑戰(zhàn)
如果對(duì)單個(gè)激光二極管進(jìn)行調(diào)制，則可能會(huì)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(gè)自由運(yùn)行的激光器，這允許長(zhǎng)距離發(fā)射的RF頻率達(dá)到GHz甚至THz級(jí)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(dāng)前用于探測(cè)從5G頻率到THz頻率的任何位置。
由于這可以使信號(hào)行為達(dá)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(jì)人員來(lái)說(shuō)仍是未知的領(lǐng)域。學(xué)術(shù)界一直致力于PCB的THz互連PCB設(shè)計(jì)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(dǎo)布線作為PCB上共面波導(dǎo)布線的更好替代方法，但是電介質(zhì)中的分散會(huì)限制系統(tǒng)的帶寬。這些系統(tǒng)需要在整個(gè)所需帶寬內(nèi)進(jìn)行無(wú)可挑剔的阻抗控制，這可能會(huì)由于介電基片中的分散而變得復(fù)雜。
SFP和SFP +可插拔收發(fā)器仍可與光纖無(wú)線技術(shù)一起使用
Rx端的匹配網(wǎng)絡(luò)和放大器也需要仔細(xì)設(shè)計(jì)，尤其是在高GHz和THz頻段。這些系統(tǒng)中的匹配可能非常復(fù)雜，并且需要精心設(shè)計(jì)信號(hào)鏈，以防止信號(hào)損失，反射和功率通過(guò)設(shè)備的傳遞。
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