Giderek birbirine bağlanan bir dünyada, yüksek hızlı ve yüksek kapasiteli sinyal iletimi talebi, geleneksel koaksiyel kablo sistemlerinin sınırlarını zorluyor. Son zamanlarda insanların fiber optik radyo frekans iletimine (RFoF) ilgisi her geçen gün artmaktadır. Bu teknoloji, fiber optiğin düşük kayıp ve yüksek bant genişliği avantajlarını radyo frekansı iletişiminin çok işlevliliğiyle birleştirir (Şekil 1). RFoF sistemi, RF sinyallerini optik fiberler üzerinden ileterek uydu yer istasyonlarından uzak anten konuşlandırmalarına, 3G-5G altyapısına ve savunma sistemlerine kadar geniş bir uygulama yelpazesinde uzun mesafeli, parazitsiz sinyal iletimi sağlar. Bu makale RFoF sistem tasarımının temel ilkelerini incelemektedir.
RFoF'un ana fonksiyonları
Şekil 1: RFoF'un ana özellikleri. (Resim kaynağı: NuPhotonics)
Uzun mesafe iletimi - sinyal gücü
Koaksiyel kabloların performansı kablo konfigürasyonuna bağlı olarak değişir. Tipik bir dielektrik SMA kablosunun ekleme kaybı yaklaşık 0,25 dB/m'dir (2 GHz'de). Şişirilebilir kabloların performansı biraz daha iyidir ancak maliyeti çok daha yüksektir. RFoF teknolojisini 50 metreyi aşan iletim mesafeleri için uygulanabilir kılan tam da bu yüksek kayıp özelliğidir. RFoF teknolojisinde en sık kullanılan dalga boyları 1310 nm ve 1550 nm'dir. 1310 nm dalga boyunda kayıp yaklaşık 0,35 dB/km iken 1550 nm dalga boyunda kayıp yalnızca 0,25 dB/km'dir. Bu teknolojinin kaybının koaksiyel kablolara göre oldukça düşük olduğu görülmektedir.
DigiKey ve NuPhotonics, bileşen tedarik sürecini basitleştiriyor
DigiKey, kritik bileşenlerin tedarik sürecini basitleştirme konusunda dünyaya öncülük ediyor. Amatör meraklılar, öğrenciler, profesyoneller ve büyük şirketlerin tümü DigiKey aracılığıyla bileşen satın alıyor. RF ve optoelektronik cihaz sektörlerinde lider bir üretici olan NuPhotonics, sektöre kullanımı kolay ve kolay erişilebilir bileşen ürünleri sağlamak için DigiKey ile ortaklık kurdu ve bu doğal bir ilerlemedir (bkz. Şekil 2).
NuPhotonics 10G PIN fotodiyot kuyruk fiber FC/APC
Şekil 2: NuPhotonics10G PIN fotodiyot kuyruk fiberi FC/APC. (Resim kaynağı: NuPhotonics)
Şu anda bazı ticari çözümler mevcut olmasına rağmen, çoğu zaman ekonomik faydalardan yoksundurlar. Bu makale, kullanıcıların NuPhotonics bileşenlerini kullanarak düşük maliyetli özel çözümler geliştirmelerine olanak tanıyan standart tasarımı tanıtacaktır. Bu makalede ele alınan ürün ve çözümler DigiKey'den kolaylıkla satın alınabilir.
RFoF verici tasarımı -10G DFB lazer
RFoF sistemi tasarlamanın ilk kısmı vericiyi geliştirmektir. RFoF mimarisi için, veri RF sinyalini bir optik taşıyıcı sinyal üzerine modüle etmek ve ardından bunu bir optik bağlantı yoluyla iletmek gereklidir. Dağıtılmış geri besleme lazerleri (DFB'ler), radyo frekansı sinyalleriyle doğrudan modüle edilebilir, bu da onları radyo frekansı elektrik sinyallerini optik sinyallere dönüştürmek için ideal bir cihaz haline getirir. Temel prensip Şekil 3'te gösterilmektedir. Lazerde kullanılan anot tarafı polarlama yöntemi nedeniyle, lazer aynı zamanda RF frekansı için bir giriş terminalidir. Sistem güvenliğini sağlamak için devrede bir DC engelleme kapasitörü (C2) bulunur. C2 değerine istenilen düşük frekans kesme noktasına göre ince ayar yapılacaktır. Devredeki R1 direnci, 10 Ω DFB lazerin empedansını 50 Ω sistemle eşleştirmek için kullanılır. R1 değeri ne kadar büyük olursa bağlantıyla eşleşme o kadar iyi olur ancak dezavantajı optik bağlantının ekleme kaybını arttırmasıdır. Bu, gerekli empedans eşleşmesini ve ekleme kaybı göstergelerini elde etmek için hassas seviye kontrolü sağlayabilir. Devredeki R2 direnci, lazerin akımını sınırlamak için kullanılan bir akım sınırlama direncidir. İndüktör L, RF sinyalleri için yüksek empedanslı bir yoldur ve aynı zamanda lazer DC öngerilim için minimum empedanslı akım yoludur. Kapasitör C1, öngerilimli T tipi kapasitörlerdeki güç kaynağı gürültüsünü filtrelemek için filtreleme kapasitörü olarak kullanılan isteğe bağlı bir cihazdır.
Önyargılı T bağlantı ve empedans eşleştirme devresine sahip 10G DFB lazer
Şekil 3: Öngerilimli T bağlantısı ve empedans eşleştirme devresine sahip 10G DFB lazer. (Resim kaynağı: NuPhotonics)
RFoF Alıcı Tasarımı -10G PIN Fotodiyot
Optik fiberlerdeki ışığın daha kullanışlı elektrik sinyallerine dönüştürülmesi gerekiyor. Bunun için fotodiyotlar kullanılabilir. Yeterli enerjiye sahip fotonlar diyotla çarpıştığında elektron deliği çiftleri oluşur. Bu mekanizma aynı zamanda iç fotoelektrik etki olarak da bilinir. Bu delikler anoda (+) doğru, elektronlar ise katoda (-) doğru hareket eder. Bu etki fotoakım üretecektir. Devrede geniş bant işleminin yer alması nedeniyle fotodiyotlar ters polarma altında çalışacaktır. Ters kutuplama yapıldığında akım, yalnızca gelen ışığın foto akım oluşturması koşuluyla fotodiyottan geçecektir. Bu öngerilim yönteminin ayrıca fotodiyotun doğrusallığını geliştirmek gibi başka bir avantajı da vardır. Tükenme katmanının boyutunun arttırılmasıyla ters öngerilim yanıt süresi kısaltılabilir. Tükenme katmanı genişliğindeki artış, bağlantı kapasitesini azaltacak ve fotodiyottaki yük taşıyıcılarının sürüklenme hızını artıracaktır. Kargo taşıyıcılarının geçiş süresi kısalacak ve buna bağlı olarak tepki süresi de kısalacak.
Şekil 4, bir fotodiyotun temel sürüş devresini göstermektedir. Fotodiyot devreleri ile lazer devreleri arasında benzerlikler vardır. Kapasitör C, RF bağlantı noktalarını korumak için kullanılan bir DC engelleme kapasitörüdür. İndüktör L, DC engelleme kapasitörü C'nin doğrudan toprak yoluna sahip olmadığından akımın DC öngerilim piminden toprağa akmasına izin veren düşük empedanslı bir DC toprak yoludur. R1 ve C1'in doğru seçilmesi, yüksek frekanslı empedans eşleşmesinin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.