光纤无线电技术的PCB设计解析

　　光纤无线电技术可能是光纤电信网络中讨论最少的方面之一。但是，它是将宽带无线接入带到偏远地区的电信基础设施的众多部分之一。对于无法实现标准无线回传或成本过高的农村地区的未来5G基础设施，此方法可能会发挥重要作用。文本主要讨论光纤无线电技术的PCB设计。

　　就像任何其他电子系统一样，光纤无线电链路也需要PCB。光纤无线电是专为无源光网络而设计的，其中提取的RF信号无需有源电子组件即可直接到达目的地。这为电信网络中的更快的数据传输提供了一种极其快速的解决方案。它也可以扩展到THz频率。研究界的许多工程师都在关注此技术的光源和基本基础结构，但PCB设计人员还应发挥作用，以确保在光纤无线链路的Tx / Rx端进行准确的信号提取和路由。

　　什么是光纤无线电？

　　光纤无线电是一种在无源光网络中将RF信号传输到远距离接收机的方法。在光纤无线电中，无线电信号用于对来自红外激光二极管的光信号进行幅度调制。然后，可以通过标准单模光纤发送此光信号，最大可达20 km。

　　光纤无线电技术的主要优点是，它不会像同轴电缆一样遭受衰减问题，从而可以达到传统无线回程无法达到的更长距离。与现有的光学解决方案相比，该技术可提供更大的带宽，而无需数模转换（DAC）。这消除了有源组件中出现的延迟问题，因为延迟是由PCB上无线电信号的传播延迟有效确定的。

　　在接收端，光电二极管用于接收光信号，全光或GHz包络检波器用于提取编码的微波信号。这允许提取GHz模拟信号，该信号可以与各种幅度调制方案（例如，针对LTE，WiFi或其他RF协议的数字化QAM）一起使用。下面显示了光纤无线电传输中使用的体系结构的概述。

　　具有两个PCB的光纤无线技术的简化架构

　　上面显示的体系结构也可以与BBU（Tx端）中的DWDM一起使用。阵列波长光栅单元可用于分离不同的载波，并将其路由到不同的Rx端。这提供了一种简单的方法来将模拟光纤无线信号路由到无源光网络中的多个接收器。

　　Tx侧面布局挑战

　　光纤无线电链路的Tx侧的布局挑战取决于传输方法。在过去的许多论文中都使用了激光二极管，但是模式梳正成为一种有希望的光纤无线电传输方法。在较早的光纤无线电研究和开发中，激光二极管的输出已用所需的RF信号调制，并且二极管的输出使用标准收发器耦合到光纤。由于大多数激光二极管和光电二极管接收器的开启和恢复时间，该方法的局限性在于可发送的频率被限制在WiFi频率附近。

　　在即将到来的应用中，较低的射频频率面临的布局挑战在于将射频信号路由至调制器。在发送方面，关键的挑战包括正确PCB设计，并在射频和光学部分之间建立足够的隔离。传输线设计仍将限制在WiFi频率范围内，这得益于带有集成电磁场求解器的路由工具的大力支持。真正的布局挑战始于Rx端，尤其是当我们研究高GHz和THz体制时。

　　Rx侧面布局挑战

　　如果对单个激光二极管进行调制，则可能会在Rx端使用相同的技术。在Tx端更好的解决方案是使用两个自由运行的激光器，这允许长距离发射的RF频率达到GHz甚至THz级别。使这些激光器的输出克服杂散，从而产生调幅输出。可调谐垂直腔表面发射激光器（VCSEL）当前用于探测从5G频率到THz频率的任何位置。

　　由于这可以使信号行为达到THz频率，因此该区域对于业内绝大多数PCB设计人员来说仍是未知的领域。学术界一直致力于PCB的THz互连PCB设计和建模，并且在这一领域有很多创新。提出将基板集成波导布线作为PCB上共面波导布线的更好替代方法，但是电介质中的分散会限制系统的带宽。这些系统需要在整个所需带宽内进行无可挑剔的阻抗控制，这可能会由于介电基片中的分散而变得复杂。

　　SFP和SFP +可插拔收发器仍可与光纤无线技术一起使用

　　Rx端的匹配网络和放大器也需要仔细设计，尤其是在高GHz和THz频段。这些系统中的匹配可能非常复杂，并且需要精心设计信号链，以防止信号损失，反射和功率通过设备的传递。
编辑：hfy