調幅光發射機的製作方法

2023-11-03 06:02:27 3

專利名稱：調幅光發射機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及有線電視網絡寬頻帶雷射傳輸技術領域，特別是一種調幅光發射機。
背景技術：
有線電視網絡已成為我國信息化網絡的重要組成部分，八十年代純同軸有線電視網絡僅限於收看幾十套電視節目，九十年代後，隨著光纖傳輸技術在有線電視領域應用的不斷擴展，有線電視網絡逐步向寬頻帶、高可靠、傳輸容量大，傳輸速度高的光纖同軸混合網(HFC網)發展，由於HFC網具有其他網絡無可比擬的寬頻優勢，使其在滿足傳統收看電視節目的同時，還可開啟多種增值業務，如付費電視、視頻點播、數位電視、網上銀行、英特網服務、IP電話等，具有三網合一的功能。
光纖傳輸技術在HFC網絡應用的核心是寬頻帶調幅光發射機和光接收機。寬頻帶調幅光發射機是將所需傳送的寬帶射頻信號對雷射器進行幅度調製，從而得到所需的傳輸光能量以便在光纖中傳輸。現有的調幅光發射機在可靠性及適用性方面都存在一些缺陷和不足。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種可靠性高，適用性強的寬頻帶調幅光發射機。
所說調幅光發射機包括射頻信號處理單元2、雷射器及控制單元3和熱備份電源系統1，其特徵是在射頻信號處理單元中設置一個大調控範圍(±4dB)的自動增益控制(AGC)電路6，所說(AGC)電路6的輸入端與預放大電路5的輸出端連接，(AGC)電路6的輸出端與功率放大電路7的輸入端連接。在射頻信號處理電路中還設置了失真改善程度大的(8-12dB)射頻信號預失真非線性補償電路8，預失真電路8的輸入端與功率放大電路7的輸出端連接，預失真電路8的輸出端經匹配網絡10與雷射器11的輸入端連接。
在電源系統中，設置同時提供主要工作電流和次要工作電流的熱備份主、備開關電源，熱備份主、備開關電源的電源輸入端均與市電網連接，主開關電源的輸出端與調幅發射機主要負載連接，熱備份備用開關電源的輸出端與調幅光發射機次要負載連接。在雷射器及控制單元3中的CPU中設置了對其雷射器偏置電流實行斷開、粗控和精控三級控制程序。在射頻信號處理單元中，設置有利用頻率分割後可同時接收數據信號和電視信號的雙路射頻信號(RF)輸入口。預放大電路5採用砷化鎵放大器，功率放大電路7採用BGD系統矽放大模塊，雷射器3採用DFB雷射器組件，雷射器及控制單元3採用89C51微處理器控制。
在所述射頻信號處理單元中，一般光發射機的自動增益控制範圍在±2dB，由於有線電視網絡的多功能開發使其傳輸的頻道數目將不斷增加，造成其合成電平幅度變化較大，為適應網絡未來的需求，光發射機的自動增益控制範圍達±4dB，控制範圍大的優勢十分明顯。其一，當頻道數從十幾到近百個發生變化時，無需調整整機的射頻輸入電平，整機的適應性較強；其二，由於光發射機前級射頻電平發生一定範圍的變化時，也無需調整整機的射頻輸入電平，減小了系統的維護量，保證了整個系統的穩定。
在所述預失真電路中，由於雷射器的光功率—電流特性存在一定的非線性，從而影響了整機的非線性指標，為提高整機的非線性指標，光發射機在功率放大之後，本實用新型巧妙地附加一個失真特性與雷射器調製特性非線性失真相反的電路，使輸入的多頻道射頻信號預先經過電路進行反失真，然後再去激勵調製雷射器，使兩個失真互相抵消從而達到補償目的。光發射機嚴格控制預失真電路與雷射器調製特性非線性失真的相反性，使得二次失真改善的程度達到8-12dB。
所述光發射機採用的適用電壓範圍寬(110-254V/AC)、效率高的開關電源，保證了整機在電壓波動範圍較大的地域的正常使用，採用開關電源提高了電源轉換效率高，降低了整機的附加功耗。光發射機內設置了兩套同樣電路的開關電源，並且每套開關電源都能單獨滿足整機的供電需要，同時還留有30％的冗餘用電空間。傳統的熱備份電源系統功能為整機工作時，兩臺電源同時啟動，其中只有主電源單獨供整機工作，備用電源處於備用狀態無電流輸出，當主電源出故障時，才切換到備用電源上。具有熱備份功能的供電系統與單臺供電系統相比，其故障率能下降50％。光發射機的熱備份電源系統採用了較為先進的主輔電源同時供電的模式，正常工作時由主電源提供主要電流，輔助電源提供次要電流，當主電源發生故障時，輔助電源自動滿負荷運行。這種主輔同時熱備份電源的優點是其一，正常工作時，由於主、備電源同時供給電流，克服了主、備電源單獨供電時滿負荷大功率狀態下易造成的故障，延長了電源使用壽命。其二，由於設備長期處於24小時開機狀態，主、備電源同時供電時，克服了備用電源長期無電流輸出而缺少運行造成的故障。其三，主、備電源完全相同，都能單獨滿足整機的用電需求，並通過微處理器的RS232接口和RS485接口能方便的檢查熱備份電源系統的工作情況。光發射機的熱備份電源系統將整機的故障率下降70％。
所述雷射器及控制單元，為DFB雷射器組件，它包括DFB-LD晶片，用於光功率探測與自動光功率控制的光探測器晶片；用於雙向自動溫度控制的半導體製冷器和熱敏電阻，用於減少外界回射影響的光隔離器與光纖耦合部分和寬帶阻抗匹配驅動及偏流與控制電路。
為保證雷射器工作在線性區域，選擇適當的偏置電流是十分重要的，在偏置電流上疊加有線電視寬帶射頻電信號對雷射器進行幅度調製，從而得到所需傳輸的光能量。為使雷射器較好地工作在線性區域並長期穩定的運行，必須對輸出的光功率進行控制，通過光功率檢測將被測的光功率以電流的形式取出來，用來監測雷射器工作過程中輸出光功率的變化，並用自動光功率控制(APC)環路對功率變化進行跟蹤，及時自動改變雷射器的偏置電路，使輸出光功率保持不變。由於雷射器的光功率—電流特性曲線會隨溫度變化而變化，必須保持雷射器的工作溫度恆定。在雙向閉環溫度控制電路(ATC)和熱敏電阻傳感器的控制下，當溫度升高，半導體製冷器的電流就正向流過致冷器並致冷降溫，當溫度降低電流反向流過致冷器並致熱升溫，從而達到雙向溫度控制。
調幅光發射機選用了89C51單片機作為微處理器，它能有效地控制自動光功率控制(APC)環路的工作狀態，將出廠光發射機的最佳工作狀態參數存入微處理器中，當實際工作狀態的參數發生變化時，微處理器及時發出指令調整自動光功率控制電路的參數，使其工作在最佳狀態，並及時記錄下工作時間內的各種歷史數據。雷射器的工作溫度對雷射器的工作效率、雷射器的線性及相對強度噪聲影響都非常大，必須嚴格控制雷射器的工作溫度保持在25℃。自動溫度控制單元將雷射器晶片置於緊密連接著微型半導體致冷的熱忱上，並在熱忱上裝有熱敏電阻，由溫度控制系統組成一個雙向閉環控制電路(ATC)，此控制電路完全由微處理器來控制，控制致冷器電流的流向大小。當溫度升高時，致冷器電流就正向流並致冷；當溫度降低時，電流就反方向流並致熱，實現雙向溫度控制，從而保持雷射器恆定工作在25℃。
光發射機的微處理器單元內存貯有雷射器組件正常工作時的各種參數，經它分三級控制雷射器偏置電流的工作。當偏置電流的變化範圍超出其允許最大值致使雷射器損壞時，控制電路將斷開供給雷射器的電源，保護雷射器，工作參數恢復正常後，微處理器控制其偏置電流加載到雷射器上，自動恢復其正常工作；當偏置電流超出其精控範圍又未達到其允許最大值時，先對其實施粗控，將偏置電流調整到精控範圍，再由精控電路對偏置電流進行精確控制；當偏置電流只有微小變化時，直接進行精控，使其控制精度和控制範圍都有所提高。微處理器單元與整機的液晶顯示電路相連，在本地便能及時方便地檢查整機的工作狀況，迅速準確地判斷整機的故障範圍。微處理器單元監測著雷射器的工作溫度、光發射機的光輸出功率、雷射器的偏置電流、自動溫度控制單元的製冷電流和工作電壓(包括+24V、+5V、-5V)。並將以上數據貯存在微處理器內，通過LCD顯示電路，在本地通過前面板上的控制鍵便能很方便的獲取以上數據，從而判斷光發射機的工作正常與否。當雷射器的工作參數偏離微處理器設定的允許範圍時，將自動斷開雷射器電源，同時聲、光告警(面板紅燈亮，機內蜂鳴器響)，數字面板提示故障原因。光發射機增設了遠程監測用的RS232接口和RS485接口，此兩接口分別與機內的微處理器相連，通過此兩接口能直接調用微處理器內存貯的各種參數，達到遠程監測的目的。
所述雙路射頻信號(RF)輸入口，目前英特網業務正逐步在有線寬帶網中得到應用，此業務的應用屬於有線電視寬帶網的增值業務，是在保證各種有線電視業務開展基礎之上的增值業務，即在保證有線電視業務各種信源傳輸基礎之上同時傳輸英特網信源，這就要求光發射機有多種信源的接入口。
本實用新型有益效果是可廣泛用於寬帶綜合信息網中，傳輸電視、數據和聲音等多項業務，是寬帶接入網的關鍵傳輸設備，多埠輸入使光發射機在網絡正常運行時，能在不中斷原有信源傳輸的同時及時方便地插入其他業務信源的傳輸，使光發射機在使用中適應性特別強。本實用新型性價比優異、穩定性高，可大大降低有線電視網的改造費用，加快我國有線電視網由模擬向數位化過渡的過程，社會效益將十分巨大。


附圖1為本實用新型結構方框圖；附圖2為射頻處理單元結構示意圖；附圖3為雷射器及控制單元方框圖；附圖4、預失真單元原理圖；附圖5為CPU控制電原理圖。
圖中1-熱備份電源、2-射頻處理單元、3-雷射器及控制單元、4-LCD面板顯示單元、5-預放大電路、6-自動增益控制電路、7-功率放大電路、8-預失真電路、9-檢波放大電路、10-匹配網絡、11-雷射器。
具體實施方式
下面接合附圖，對本實用新型作進一步說明它的工作原理是這樣的射頻信號經主、輔射頻輸入口輸入到射頻信號處理單元中的預放大電路5，經自動增益控制電路(AGC)6，功率放大電路7、預失真非線性補償電路8加載到雷射器的偏置電流上，對雷射器進行幅度調製，從而得到所需傳輸的光能量，並使其輸出的光能量的載噪比高，非線性失真小，熱備份主、備電源保證整機的長期運行高可靠性，正常工作時由主電源提供主要電流，輔助電源提供次要電流，當主電源發生故障時，輔助電源自動滿負荷運行。在圖1～4所示附圖中，射頻信號處理單元中設置一個大調控範圍的自動增益控制(AGC)電路和一個失真程度改善大的(8-12dB)射頻信號預失真非線性補償電路，在電源系統中設置，同時提供主、次工作電流的熱備份主、備份開關電源。自動增益控制(AGC)電路6的輸入端與預放大電路5的輸出端連接，(AGC)電路6的輸出端與功率放大電路7的輸入端連接。所述射頻信號預失真非線性補償電路8的輸入端與功率放大電路7的輸出端連接，預失真電器8的輸出端經匹配網絡10與雷射器11的輸入端連接。熱備份主、備開關電源1的電源輸入端均與220V/AC市電網連接，主開關電源1-1的輸出端與光發射機主要負載連接，熱備份開關電源1-2的輸出端與光發射機的次要負載連接。射頻信號處理單元中2的自動增益(AGC)電路6的調控範圍為±4dB。射頻信號預失真非線性補償電路8的失真度改善程度為8-12dB。
在雷射器及控制單元3的CPU是一種儲存有能對雷射器偏置電流實行斷開、粗控和精控三級控制程序的單片機。在射頻信號處理單元中，設置有可利用頻率分割後同時接收數據信號和電視信號的雙路射頻信號(RF)輸入口。預放大電路5採用砷化鎵放大器。功率放大電路7採用BGD系統矽放大模塊。雷射器3採用DFB雷射器組件。雷射器及控制單元3採用89C51微處理器控制。
權利要求1.一種調幅光發射機，包括射頻信號處理單元、雷射器及控制單元和電源系統，其特徵是在射頻信號處理單元中設置一個大調控範圍的自動增益控制(AGC)電路和一個失真程度改善大的(8-12dB)射頻信號預失真非線性補償電路，在電源系統中設置有同時提供主、次工作電流的熱備份主、備份開關電源；所述自動增益控制(AGC)電路(6)的輸入端與預放大電路(5)的輸出端連接，(AGC)電路(6)的輸出端與功率放大電路(7)的輸入端連接；所述射頻信號預失真非線性補償電路(8)的輸入端與功率放大電路(7)的輸出端連接，預失真電器(8)的輸出端經匹配網絡(10)與雷射器(11)的輸入端連接；所述熱備份主、備開關電源(1)的電源輸入端均與220V/AC市電網連接，主開關電源(1-1)的輸出端與光發射機主要負載連接，熱備份開關電源(1-2)的輸出端與光發射機的次要負載連接。
2.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是射頻信號處理單元中(2)的自動增益(AGC)電路(6)的調控範圍為±4dB；射頻信號預失真非線性補償電路(8)的失真度改善程度為8-12dB。
3.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是在雷射器及控制單元(3)的CPU是一種儲存有能對雷射器偏置電流實行斷開、粗控和精控三級控制程序的單片機。
4.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是在射頻信號處理單元中，設置有可利用頻率分割後同時接收數據信號和電視信號的雙路射頻信號(RF)輸入口。
5.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是預放大電路(5)採用砷化鎵放大器；功率放大電路(7)採用BGD系統矽放大模塊。
6.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是雷射器(3)採用DFB雷射器組件。
7.根據權利要求1所述的調幅光發射機，其特徵是雷射器及控制單元(3)採用89C51微處理器控制。
專利摘要一種調幅光發射機，包括射頻信號處理單元、雷射器及控制單元和電源系統，在射頻信號處理單元中設置一個大調控範圍的自動增益控制(AGC)電路和一個失真程度改善大的(8－12dB)射頻信號預失真非線性補償電路，在電源系統中設置有同時提供主、次工作電流的熱備份主、備份開關電源。本實用新型可廣泛用於寬帶綜合信息網中，傳輸電視、數據和聲音等多項業務，是寬帶接入網的關鍵傳輸設備，多埠輸入使光發射機在網絡正常運行時，能在不中斷原有信源傳輸的同時及時方便地插入其他業務信源的傳輸，使光發射機在使用中適應性特別強。本實用新型性價比優異、穩定性高，可大大降低有線電視網的改造費用，加快我國有線電視網由模擬向數位化過渡的過程。
文檔編號H04N7/10GK2703364SQ200420017918
公開日2005年6月1日 申請日期2004年4月29日 優先權日2004年4月29日
發明者馮文順, 李翔, 王成, 陳民君, 王學, 吉秀安 申請人:武漢光發網絡工程有限公司