專(zhuān)利名稱(chēng):激光器寬帶射頻調(diào)制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種激光器寬帶射頻調(diào)制電路。
背景技術(shù):
在光纖通信系統(tǒng)中,半導(dǎo)體激光器正常工作時(shí)其有源區(qū)的小信號(hào)阻抗非常小,通??梢院雎圆挥?jì)。但隨著光載無(wú)線(RoF,Radio over Fiber)通信系統(tǒng)的工作頻率提升至微波或毫米波段,對(duì)于直接調(diào)制的系統(tǒng),由于激光器芯片封裝的寄生參數(shù)及傳輸線參數(shù)會(huì)對(duì)激光器的調(diào)制性能產(chǎn)生較大的影響,因而通常要在激光器芯片與激光器調(diào)制電路之間實(shí) 現(xiàn)阻抗匹配。常用的射頻系統(tǒng)阻抗大都為50 Q,為減小激光器調(diào)制電路的反射系數(shù),最常見(jiàn)的方法即為與激光器串聯(lián)一個(gè)45-48 Q的電阻,以實(shí)現(xiàn)負(fù)載端到源端的阻抗匹配。這種方式雖然實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配,但由于匹配電阻遠(yuǎn)大于激光器阻抗,實(shí)際工作中與激光器串聯(lián)的匹配電阻消耗了系統(tǒng)所提供的絕大部分功率,導(dǎo)致激光器調(diào)制效率較低。例如激光器輸入阻抗為2 Q,串聯(lián)電阻為48 Q,則激光器的功率僅僅占系統(tǒng)輸入總功率的4%。隨著RoF通信系統(tǒng)載波頻率和數(shù)據(jù)速率的提升,系統(tǒng)對(duì)射頻光電轉(zhuǎn)換模塊的截止頻率、噪聲系數(shù)、功耗等性能要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)光纖直放站用的射頻光電轉(zhuǎn)換模塊由于其工作頻率(2. 3GHz左右)和帶寬(小于100MHz)的限制,不能滿(mǎn)足未來(lái)RoF系統(tǒng)對(duì)多制式射頻信號(hào)透明傳輸?shù)男枨蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中激光器調(diào)制效率較低的問(wèn)題,提供了一種激光器寬帶射頻調(diào)制電路。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明具體采用如下方案進(jìn)行首先,本發(fā)明提供一種激光器寬帶射頻調(diào)制電路,所述電路包括順序串聯(lián)的埋堆電感、耗盡型FET對(duì)管、寬帶阻抗匹配電路、寬帶Bias-T電路、阻抗傳輸線和匹配電阻。優(yōu)選地,所述耗盡型FET對(duì)管由一對(duì)MOS管組成,第一 MOS管的柵極連接所述埋堆電感,漏極連接所述寬帶阻抗匹配電路,源極和襯底同時(shí)接地;第二 MOS管的漏極連接電源電壓,柵極、源極和襯底同時(shí)連接所述寬帶阻抗匹配電路和所述第一 MOS管的源極。優(yōu)選地,所述寬帶阻抗匹配電路由級(jí)聯(lián)的三節(jié)X/4傳輸線以及電容構(gòu)成一個(gè)切比雪夫?yàn)V波器。優(yōu)選地,所述寬帶Bias-T電路的射頻調(diào)制信號(hào)輸入端連接所述阻抗傳輸線,電感連接激光器偏置信號(hào)的直流電壓,電容連接所述寬帶阻抗匹配電路。優(yōu)選地,所述匹配電阻的電阻值由電路中對(duì)所述阻抗傳輸線的電阻要求而確定,對(duì)所述阻抗傳輸線的電阻要求越低,匹配電阻的電阻值越大。
優(yōu)選地,所述阻抗傳輸線的電阻值為激光二極管等效阻值的2倍,所述匹配電阻的電阻值與激光二極管等效阻值相當(dāng)。優(yōu)選地,所述耗盡型FET對(duì)管采用0. 45GHz-10GHz寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲PHEMT
微波管。優(yōu)選地,所述寬帶Bias-T電路由0. 05GHz_10GHz超寬帶頻率范圍、低插入損耗的
射頻扼流圈芯片與一隔直電容組成。優(yōu)選地,所述寬帶阻抗匹配電路是在介電常數(shù)為L(zhǎng) = 9. 6的板材上采用\ /4傳 輸線實(shí)現(xiàn)的寬帶切比雪夫?yàn)V波器。優(yōu)選地,所述激光器寬帶射頻調(diào)制電路對(duì)0. 5-6. 5GHz頻率范圍內(nèi)激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制。(三)有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案中,由于使用寬帶阻抗匹配電路,可靈活地將阻抗匹配降低,實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的無(wú)損耗傳輸,從而可實(shí)現(xiàn)0. 5-6. 5GHz頻率范圍內(nèi)激光器的高效率調(diào)制,能夠很好地滿(mǎn)足RoF系統(tǒng)在下一代無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)GSM、WCDMA、802. lla/b/g、WiMax,LTE等射頻頻段的透明傳輸要求。
圖I為本發(fā)明的激光器寬帶射頻調(diào)制電路基本連接結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中寬帶阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中激光器寬帶射頻調(diào)制電路的詳細(xì)電路布局結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,從RoF系統(tǒng)應(yīng)用的角度考慮,提供一種高效率、超寬帶的激光器射頻調(diào)制電路,以滿(mǎn)足未來(lái)RoF系統(tǒng)對(duì)射頻光電轉(zhuǎn)換模塊的系統(tǒng)性能需求。具體地,本發(fā)明所提供的激光器寬帶射頻調(diào)制電路主要包括順序串聯(lián)的埋堆電感、耗盡型FET對(duì)管、寬帶阻抗匹配電路、寬帶Bias-T電路Bias-Tee、阻抗傳輸線和匹配電阻。如圖I所示,耗盡型FET對(duì)管由一對(duì)MOS管Ml、M2組成,埋堆電感L連接在輸入端Vin和第一 MOS管Ml的柵極間。通過(guò)在信號(hào)輸入的柵極端采用埋堆電感,突破了 FET截止頻率的限制,增大了調(diào)制電路的帶寬。埋堆電感的感值為幾nH左右,主要用于增大調(diào)制電路的3dB帶寬,具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)整個(gè)電路的3dB帶寬性能進(jìn)行優(yōu)化。耗盡型FET對(duì)管中第一 MOS管Ml的漏極連接寬帶阻抗匹配電路,源極和襯底同時(shí)接地;第二 MOS管M2的漏極連接電源電壓VCC,柵極、源極和襯底同時(shí)連接寬帶阻抗匹配電路和第一 MOS管Ml的源極;耗盡型FET對(duì)管用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的跨導(dǎo)放大,由于第二 MOS管M2的柵極和源極連接在一起,其Vgs2 = 0 (柵極與源極間電壓差),工作于飽和區(qū),可視為恒流源;第一MOS管Ml工作于線性區(qū),所以負(fù)載的電流Io將隨著輸入信號(hào)Vin的變化而線性變化,實(shí)現(xiàn)了電壓信號(hào)到電流信號(hào)的線性調(diào)制。寬帶阻抗匹配電路的一端連接第一MOS管Ml的漏極和第二MOS管M2的柵極、源極及襯底,另一端連接寬帶Bias-T電路Bias-Tee ;阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示,其主要包括級(jí)聯(lián)的三節(jié)、/4傳輸線Zol、Zo2和Zo3以及電容C,圖2中所示寬帶阻抗匹配電路構(gòu)成一個(gè)切比雪夫?yàn)V波器,實(shí)現(xiàn)在中心頻率一倍頻帶寬范圍內(nèi)將50 Q射頻系統(tǒng)匹配降低(如降至優(yōu)選實(shí)施例中的IOQ傳輸系統(tǒng))。由于其可靈活地將阻抗匹配降低,實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的無(wú)損耗傳輸。寬帶Bias-T電路Bias-Tee用于實(shí)現(xiàn)射頻調(diào)制信號(hào)(AC)與激光器偏置信號(hào)(DC)在寬頻帶范圍內(nèi)的低插入損耗疊加,由于插入損耗低,保證了射頻交流調(diào)制信號(hào)與直流偏置信號(hào)在寬頻帶范圍內(nèi)的疊加,實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的寬帶調(diào)制。寬帶Bias-T電路Bias-Tee的射頻調(diào)制信號(hào)輸入端連接阻抗傳輸線Rt,電感連接激光器偏置信號(hào)的直流電壓DC,電容連接寬帶阻抗匹配電路。阻抗傳輸線Rt的另一端串接有匹配電阻Rm和激光二極管LD,激光二極管LD的另一端連接射頻調(diào)制信號(hào)的交流電壓AC ;阻抗傳輸線Rt和匹配電阻Rm用于實(shí)現(xiàn)激光器與驅(qū)動(dòng)電路的阻抗匹配,匹配電阻越小,則調(diào)制電路的功率利用率越高,但是對(duì)傳輸系統(tǒng)的阻抗要求越低,匹配電阻越大,則調(diào)制電路的功率利用率越低。優(yōu)選地,所述阻抗傳輸線的電阻值為激光二極管等效阻值的2倍,所述匹配電阻的電阻值與激光二極管等效阻值相當(dāng)。本發(fā)明的實(shí)施例中以阻抗傳輸線IOQ及匹配電阻5Q為例,可以將輸入射頻信號(hào)功率的利用率提升至50 %,實(shí)現(xiàn)激光器的高效率調(diào)制。但本發(fā)明并不局限于此阻值,可以根據(jù)對(duì)傳輸系統(tǒng)的阻抗要求(即阻抗傳輸線電阻要求)來(lái)確定匹配電阻值。圖3進(jìn)一步展示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的電路圖。在該優(yōu)選實(shí)施例中,激光器射頻調(diào)制電路由帶埋堆電感的寬帶調(diào)制FET對(duì)管部分301,無(wú)損耗傳輸寬帶阻抗匹配部分302,寬帶低損耗Bias-T部分303和阻抗匹配電阻及激光器304等幾個(gè)部分組成。實(shí)例中所述301部分采用ATF33143PHEMT微波管,可在0. 45GHz_10GHz頻帶范圍內(nèi)將射頻信號(hào)放大15dB,實(shí)現(xiàn)待調(diào)制射頻信號(hào)的寬帶跨導(dǎo)放大。實(shí)例中所述302部分是在介電常數(shù)為e ^ = 9. 6的板材上采用\ /4傳輸線實(shí)現(xiàn)的中心頻率為3. 5GHz、3dB帶寬為4GHz的切比雪夫阻抗匹配電路,其插入損耗最大為0. 2dB,回波損耗最大為-14dB,電壓駐波比VSWR最大為1.6 I。實(shí)例中所述303部分采用ADCH-80A Bias-T芯片,其工作頻率范圍為0. 05GHz-10GHz,最大插入損耗為2. OdB,最大駐波電壓比VSWR為1.6 1,其工作直流電流可以達(dá)到100mA。實(shí)例中所述304部分包含阻抗匹配電阻、激光器及IOQ傳輸線,阻抗匹配電阻為0402封裝阻值為5 Q的貼片電阻,激光器為現(xiàn)有IOGbE中廣泛使用的1310nm IOGTOSA(Transmitter Optical Subassembly)模塊。
本發(fā)明的技術(shù)方案中,由于使用寬帶阻抗匹配電路,可靈活地將阻抗匹配降低,實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的無(wú)損耗傳輸,從而可實(shí)現(xiàn)I. 5-5. 5GHz頻率范圍內(nèi)激光器的高效率調(diào)制,能夠很好地滿(mǎn)足RoF系統(tǒng)在下一代無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)GSM、WCDMA、802. lla/b/g、WiMax,LTE等射頻頻段的透明傳輸要求。
以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明,而并非對(duì)本發(fā)明的限制,有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下,還可以做出各種變化和變型,因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇,本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種激光器寬帶射頻調(diào)制電路,其特征在于,所述電路包括 順序串聯(lián)的埋堆電感、耗盡型FET對(duì)管、寬帶阻抗匹配電路、寬帶Bias-T電路、阻抗傳輸線和匹配電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述耗盡型FET對(duì)管由一對(duì)MOS管組成,第一 MOS管的柵極連接所述埋堆電感,漏極連接所述寬帶阻抗匹配電路,源極和襯底同時(shí)接地;第二 MOS管的漏極連接電源電壓,柵極、源極和襯底同時(shí)連接所述寬帶阻抗匹配電路和所述第一 MOS管的源極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述寬帶阻抗匹配電路由級(jí)聯(lián)的三節(jié)入/4傳輸線以及電容構(gòu)成一個(gè)切比雪夫?yàn)V波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述寬帶Bias-T電路的射頻調(diào)制信號(hào)輸入端連接所述阻抗傳輸線,電感連接激光器偏置信號(hào)的直流電壓,電容連接所述寬帶阻抗匹配電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述匹配電阻的電阻值由電路中對(duì)所述阻抗傳輸線的電阻要求而確定,對(duì)所述阻抗傳輸線的電阻要求越低,匹配電阻的電阻值越大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路,其特征在于,所述阻抗傳輸線的電阻值為激光二極管等效阻值的2倍,所述匹配電阻的電阻值與激光二極管等效阻值相當(dāng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述耗盡型FET對(duì)管為0.45GHz-10GHz寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲PHEMT微波管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述寬帶Bias-T電路由0.05GHz-10GHz超寬帶范圍、低插入損耗的射頻扼流圈芯片與一隔直電容組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述寬帶阻抗匹配電路是在介電常數(shù)為e r = 9. 6的板材上采用入/4傳輸線實(shí)現(xiàn)的寬帶切比雪夫?yàn)V波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路,其特征在于,所述激光器寬帶射頻調(diào)制電路對(duì)、0.5-6. 5GHz頻率范圍內(nèi)激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域,提供了一種激光器寬帶射頻調(diào)制電路。所述電路包括順序串聯(lián)的埋堆電感、耗盡型FET對(duì)管、寬帶阻抗匹配電路、寬帶Bias-T電路、阻抗傳輸線和匹配電阻。本發(fā)明的技術(shù)方案中,由于使用寬帶阻抗匹配電路,可靈活地將阻抗匹配降低,實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的無(wú)損耗傳輸,從而可實(shí)現(xiàn)0.45GHz-10GHz頻率范圍內(nèi)激光器的高效率調(diào)制,能夠很好地滿(mǎn)足RoF系統(tǒng)在下一代無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)GSM、WCDMA、802.11a/b/g、WiMax、LTE等射頻頻段的透明傳輸要求。
文檔編號(hào)H04B10/155GK102638314SQ20121010404
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者徐坤, 湯兆星 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)