光接收機是光纖catv 傳輸系統中關鍵裝置, 對它的效能和結構應有充分的了解, 目前光纖catv 中常用的光接收機構成。光接收機工作在光纖系統中的各光接收點, 接收光纜傳送過來的光訊號,並把光訊號轉換為電訊號(實現光電轉換o /e ) , 輸出是rf訊號。光接收機由光電檢測級、電訊號放大級、衰減器、均衡器、agc 電路、輸出放大器、電源部分等組成。
圖1 光接收機的構成
光電檢測器是光接收機的核心部件, 它相當於無線電通訊、廣播中的檢波器, 檢波器是從調幅波中去掉載波高頻訊號, 取出有用的低頻訊號。光電檢測器是從輸入的光訊號中取出有用的電訊號(有線電視頻號) , 完成光- 電轉換, 能完成o /e轉換的光接收器件稱光電檢測器或光電二極體( pd)。光電檢測器輸出的射頻有線電訊號送入電訊號放大級放大, 之後送至均衡器, 完成對頻寬內( 550mh z、750 mh z、860 mh z的頻寬內)的平坦度調整, 之後送入衰減器, 衰減器完成對頻寬內各頻道幅度的調整, 保證輸出級有合適的輸出電平(即保證光接收機有合適的輸出電平)。
輸出放大器輸出訊號送入分支器(或分配器) , 之後送到接收機的各輸出口, 從輸出放大級輸出取出部分訊號送至agc 控制電路, 完成agc控制作用和監測作用。
電源部分輸出穩定的24 v 直流電壓, 供給接收的各有源器件。
1光接收機主要組成部分的工作原理
1. 1 光接收器件原理與特性
光接收器件是光纖傳輸系統中不可缺少的器件,它是接收輸入埠使用的半導體二極體器件, 其作用是將輸入的光訊號變換成輸出的電訊號, 類似於電氣通訊中的檢波器, 所以稱它為光檢測器或光電二極體( pd: photo d iode), 從pd取出的是與光功率成比例的電流, 也可以用負載電阻把這一電流變成電壓。光功率與被檢測的電流或電壓成比例的關係, 說明被檢測的光電場強度的平方值與電流成比, 所以可以認為是平方律檢波。
光檢測器對光接收機的工作速率、靈敏度等特性有重大影響, 因此對光檢測器有如下要求:
( 1)在系統工作的波段範圍內有很高的響應效率, 即對工作波段內入射的光訊號, 光檢測器能輸出較大的光電流, 實際上不同材料對各種波長的光的響應效率是不一樣的, 在使用光檢測器時必須合理選擇所用的器件, 才能滿足系統要求。
( 2)有足夠的響應度, 輸出電流與輸入光功率是線性關係, 以保證訊號不失真。
( 3)雜訊低, 頻帶寬。光檢測器在光電變換中引入的雜訊應盡量小, 因為光檢測器的入射光訊號一般相當微弱, 又是光接收機的最前級, 對系統的載噪比影響較大。
( 4)可靠性高、壽命長、效能穩定, 能適應一定的溫度等環境條件變化。
光檢測器的工作原理是: 半導體晶體中的電子可能處於兩種狀態, 一種是圍繞原子核旋轉的狀態, 另一種是脫離原子核的束縛而自由運動的狀態, 該狀態還由於電子的自由運動, 因而有助於產生導電狀態。處於這種狀態的電子, 其能量比處於前一種狀態的要高。
。圖2 電子能級的價帶、導帶和禁帶
由圖2可見, 能量高的區域稱為導帶, 能量低的區域為價帶, 處於它們中間的是禁帶, 它表示電子在其中不能存在的狀態。當光入射半導體接收的光能量大於半導體禁帶時, 會使半導體原子中價帶的電子躍遷到導帶, 價帶因失去電子以後而出現空穴, 所以由光的入射就會產生電子、空穴對, 當外部加上電壓時, 會使這些電子、空穴對移動, 從而取出電流。
光電二極體的基本結構也是p- n 結。在p - n結中, 在n層當電子嚮導帶躍遷時, 失去電子的晶體的原子就要帶正電, 在p層則空穴移動的軌跡要帶負電, 因此電子和空穴受到這些電荷的排斥而遠離強區,在結區附近出現乙個不存在電子和空穴等載流子的稱為耗盡層的層, p和n 層之間因為帶電而產生電位差,其能級就不同, 因而在中間形成傾斜狀態。當光射入耗盡層而進一步產生電子、空穴對時, 由於上述傾斜,電子和空穴將被吸收而分別*在n 層和p層, 從而形成光電電動勢, 如果加以反向偏壓(正極在n 層, 負極在p層), 電位的傾斜將進一步增大, 由光產生的載流子就能作為電流而有效地取出。
1. 2 光接收機的功率放大
在光接收機中, 功率放大都採用整合一體化模組,依據訊號的放大流程, 前面一級放大通常都採用低雜訊、推挽放大模組, 後面一級都採用功率倍增模組。在光接收機中, 放大模組的質量對光接收機的影響較大,放大模組的選擇也決定了光接收機的檔次與價位, 光接收機的輸出電平的設定是由放大模組的增益決定的。后級功率倍增模組的增益可選的範圍比較小, 一般增益為18 db 或20 db。
因而光接收機的rf增益主要由前級推挽放大模組決定, 其模組增益從18 db到30 db 不等。光接收機模組的選擇有多種方式: 可採用矽放大模組、gaa s放大模組、進口模組、國產模組等諸多配置, 當光接收機在低電平輸出時, 放大模組的指標對光接收機的整機指標影響不大, 如果光接收機實現高電平輸出則放大模組的影響將是主要因素。
1. 3 光接收機的增益調節
光接收機的增益調節都是通過衰減器來實現, 在實用化的產品中有兩種形式的衰減器, 固定衰減器和可調衰減器。固定衰減器是採用不同的固定電阻, 通過一定的電路形式實現衰減值的變化, 按具體電路的不同有t 型衰減器、??型衰減器、h型衰減器等多種實用產品。
可調式衰減器是用可調電阻代替固定電阻,在一定範圍內實現無級調節, 其良好的可調節性使之應用前景一片光明。
1. 4 光接收機的均衡調節
不像放大器非有均衡調節不可, 光接收機可以不加均衡器, 光接收元件解調出來的電訊號在整個工作頻段內是平坦的, 沒有斜率, 因而也無須調節均衡。設有均衡調節只有乙個作用, 那就是可以實現光接收機的半傾斜高電平輸出, 提高光接收機的帶負載能力。
均衡器是有線電視系統乙個必不可少的常用器件, 它是由電感、電容和電阻構成乙個橋t型4端高通網路,通過調整電抗元件可以改變幅頻特性的傾斜度, 即對低頻訊號衰減大、高頻訊號衰減依次減小, 正好和電纜的衰減特性相反, 在光接收機應用中主要有兩種, 即固定均衡器、可調均衡器。( 1)固定均衡器由電感、電容和電阻等無源器件組成。固定式均衡器通常是乙個橋t型無源4端網路, 它克服了可變均衡器橋t 型衰減網路的不穩定性, 得到廣泛應用, 其主要優點是電路簡單、成本低廉、均衡量固定, 靠換用不同均衡量的均衡器實現均衡調節。
( 2)可調均衡器是在固定均衡器的基礎上, 用可調衰減網路代替固定衰減網路, 並增加阻抗匹配元件而成, 可以實現連續均衡量的調整, 使用非常方便, 在光接收機中, 固定均衡器、可調均衡器都有應用。
2 常見故障分析及排除
2. 1 故障現象: 輸出電平太低
原因分析:
①入光功率太低② 光纖連線頭被沾汙③+ 24v 電壓太低④輸出電平測試端接觸不良處理過程:
① 測試輸入光功率, 在保證指標的前提下提高光發射機輸入電平;② 斷開電源, 取下apc 光纖連線頭, 用無絨棉球蘸無水酒精擦拭, 清潔連線頭的端麵;③測試模組供電電壓是否為( 24 ? 0. 3 v );④檢查測試端及相關連線是否接好。
( 2)故障現象: 電檢視像有雪*, 但輸出電平正常原因分析: 光發射機射頻輸入電平太低或訊號質量不好。
處理過程: 提高光發射機射頻輸入電平, 改善訊號質量。
( 3)故障現象: 電檢視像有斜紋原因分析: 光發射機射頻輸入電平太高或訊號質量不好。
處理過程: 降低光發射機射頻輸入電平, 改善訊號質量。
( 4)故障現象: 沒有輸出訊號原因分析: 電源不工作; 光接收機沒有光訊號輸入。
處理過程:
① 查詢電源各接外掛程式是否接觸不良, 保險絲是否熔斷;② 測量輸入光接收機的光功率。
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