专利名称：激光器宽带射频调制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种激光器宽带射频调制电路。
背景技术：
在光纤通信系统中，半导体激光器正常工作时其有源区的小信号阻抗非常小，通常可以忽略不计。但随着光载无线(RoF，Radio over Fiber)通信系统的工作频率提升至微波或毫米波段，对于直接调制的系统，由于激光器芯片封装的寄生参数及传输线参数会对激光器的调制性能产生较大的影响，因而通常要在激光器芯片与激光器调制电路之间实 现阻抗匹配。常用的射频系统阻抗大都为50 Q，为减小激光器调制电路的反射系数，最常见的方法即为与激光器串联一个45-48 Q的电阻，以实现负载端到源端的阻抗匹配。这种方式虽然实现了阻抗匹配，但由于匹配电阻远大于激光器阻抗，实际工作中与激光器串联的匹配电阻消耗了系统所提供的绝大部分功率，导致激光器调制效率较低。例如激光器输入阻抗为2 Q，串联电阻为48 Q，则激光器的功率仅仅占系统输入总功率的4%。随着RoF通信系统载波频率和数据速率的提升，系统对射频光电转换模块的截止频率、噪声系数、功耗等性能要求越来越高。传统光纤直放站用的射频光电转换模块由于其工作频率(2. 3GHz左右)和带宽(小于100MHz)的限制，不能满足未来RoF系统对多制式射频信号透明传输的需求。
发明内容
(一 )要解决的技术问题针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中激光器调制效率较低的问题，提供了一种激光器宽带射频调制电路。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本发明具体采用如下方案进行首先，本发明提供一种激光器宽带射频调制电路，所述电路包括顺序串联的埋堆电感、耗尽型FET对管、宽带阻抗匹配电路、宽带Bias-T电路、阻抗传输线和匹配电阻。优选地，所述耗尽型FET对管由一对MOS管组成，第一 MOS管的栅极连接所述埋堆电感，漏极连接所述宽带阻抗匹配电路，源极和衬底同时接地；第二 MOS管的漏极连接电源电压，栅极、源极和衬底同时连接所述宽带阻抗匹配电路和所述第一 MOS管的源极。优选地，所述宽带阻抗匹配电路由级联的三节X/4传输线以及电容构成一个切比雪夫滤波器。优选地，所述宽带Bias-T电路的射频调制信号输入端连接所述阻抗传输线，电感连接激光器偏置信号的直流电压，电容连接所述宽带阻抗匹配电路。优选地，所述匹配电阻的电阻值由电路中对所述阻抗传输线的电阻要求而确定，对所述阻抗传输线的电阻要求越低，匹配电阻的电阻值越大。
优选地，所述阻抗传输线的电阻值为激光二极管等效阻值的2倍，所述匹配电阻的电阻值与激光二极管等效阻值相当。优选地，所述耗尽型FET对管采用0. 45GHz-10GHz宽带、大动态范围、低噪声PHEMT
微波管。优选地，所述宽带Bias-T电路由0. 05GHz_10GHz超宽带频率范围、低插入损耗的
射频扼流圈芯片与一隔直电容组成。优选地，所述宽带阻抗匹配电路是在介电常数为L = 9. 6的板材上采用\ /4传 输线实现的宽带切比雪夫滤波器。优选地，所述激光器宽带射频调制电路对0. 5-6. 5GHz频率范围内激光器进行直接强度调制。(三)有益效果本发明的技术方案中，由于使用宽带阻抗匹配电路，可灵活地将阻抗匹配降低，实现了射频信号的无损耗传输，从而可实现0. 5-6. 5GHz频率范围内激光器的高效率调制，能够很好地满足RoF系统在下一代无线通信系统应用中对GSM、WCDMA、802. lla/b/g、WiMax,LTE等射频频段的透明传输要求。
图I为本发明的激光器宽带射频调制电路基本连接结构示意图；图2为本发明的一个实施例中宽带阻抗匹配电路的结构示意图；图3为本发明的优选实施例中激光器宽带射频调制电路的详细电路布局结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明为了克服现有技术的不足，从RoF系统应用的角度考虑，提供一种高效率、超宽带的激光器射频调制电路，以满足未来RoF系统对射频光电转换模块的系统性能需求。具体地，本发明所提供的激光器宽带射频调制电路主要包括顺序串联的埋堆电感、耗尽型FET对管、宽带阻抗匹配电路、宽带Bias-T电路Bias-Tee、阻抗传输线和匹配电阻。如图I所示，耗尽型FET对管由一对MOS管Ml、M2组成，埋堆电感L连接在输入端Vin和第一 MOS管Ml的栅极间。通过在信号输入的栅极端采用埋堆电感，突破了 FET截止频率的限制，增大了调制电路的带宽。埋堆电感的感值为几nH左右，主要用于增大调制电路的3dB带宽，具体数值应根据整个电路的3dB带宽性能进行优化。耗尽型FET对管中第一 MOS管Ml的漏极连接宽带阻抗匹配电路，源极和衬底同时接地；第二 MOS管M2的漏极连接电源电压VCC，栅极、源极和衬底同时连接宽带阻抗匹配电路和第一 MOS管Ml的源极；耗尽型FET对管用于实现射频信号的跨导放大，由于第二 MOS管M2的栅极和源极连接在一起，其Vgs2 = 0 (栅极与源极间电压差)，工作于饱和区，可视为恒流源；第一MOS管Ml工作于线性区，所以负载的电流Io将随着输入信号Vin的变化而线性变化，实现了电压信号到电流信号的线性调制。宽带阻抗匹配电路的一端连接第一MOS管Ml的漏极和第二MOS管M2的栅极、源极及衬底，另一端连接宽带Bias-T电路Bias-Tee ;阻抗匹配电路的结构如图2所示，其主要包括级联的三节、/4传输线Zol、Zo2和Zo3以及电容C，图2中所示宽带阻抗匹配电路构成一个切比雪夫滤波器，实现在中心频率一倍频带宽范围内将50 Q射频系统匹配降低(如降至优选实施例中的IOQ传输系统)。由于其可灵活地将阻抗匹配降低，实现了射频信号的无损耗传输。宽带Bias-T电路Bias-Tee用于实现射频调制信号(AC)与激光器偏置信号(DC)在宽频带范围内的低插入损耗叠加，由于插入损耗低，保证了射频交流调制信号与直流偏置信号在宽频带范围内的叠加，实现射频信号的宽带调制。宽带Bias-T电路Bias-Tee的射频调制信号输入端连接阻抗传输线Rt，电感连接激光器偏置信号的直流电压DC，电容连接宽带阻抗匹配电路。阻抗传输线Rt的另一端串接有匹配电阻Rm和激光二极管LD，激光二极管LD的另一端连接射频调制信号的交流电压AC ;阻抗传输线Rt和匹配电阻Rm用于实现激光器与驱动电路的阻抗匹配，匹配电阻越小，则调制电路的功率利用率越高，但是对传输系统的阻抗要求越低，匹配电阻越大，则调制电路的功率利用率越低。优选地，所述阻抗传输线的电阻值为激光二极管等效阻值的2倍，所述匹配电阻的电阻值与激光二极管等效阻值相当。本发明的实施例中以阻抗传输线IOQ及匹配电阻5Q为例，可以将输入射频信号功率的利用率提升至50 %，实现激光器的高效率调制。但本发明并不局限于此阻值，可以根据对传输系统的阻抗要求(即阻抗传输线电阻要求)来确定匹配电阻值。图3进一步展示了本发明的优选实施例中的电路图。在该优选实施例中，激光器射频调制电路由带埋堆电感的宽带调制FET对管部分301，无损耗传输宽带阻抗匹配部分302，宽带低损耗Bias-T部分303和阻抗匹配电阻及激光器304等几个部分组成。实例中所述301部分采用ATF33143PHEMT微波管，可在0. 45GHz_10GHz频带范围内将射频信号放大15dB，实现待调制射频信号的宽带跨导放大。实例中所述302部分是在介电常数为e ^ = 9. 6的板材上采用\ /4传输线实现的中心频率为3. 5GHz、3dB带宽为4GHz的切比雪夫阻抗匹配电路，其插入损耗最大为0. 2dB，回波损耗最大为-14dB，电压驻波比VSWR最大为1.6 I。实例中所述303部分采用ADCH-80A Bias-T芯片，其工作频率范围为0. 05GHz-10GHz，最大插入损耗为2. OdB，最大驻波电压比VSWR为1.6 1，其工作直流电流可以达到100mA。实例中所述304部分包含阻抗匹配电阻、激光器及IOQ传输线，阻抗匹配电阻为0402封装阻值为5 Q的贴片电阻，激光器为现有IOGbE中广泛使用的1310nm IOGTOSA(Transmitter Optical Subassembly)模块。
本发明的技术方案中，由于使用宽带阻抗匹配电路，可灵活地将阻抗匹配降低，实现了射频信号的无损耗传输，从而可实现I. 5-5. 5GHz频率范围内激光器的高效率调制，能够很好地满足RoF系统在下一代无线通信系统应用中对GSM、WCDMA、802. lla/b/g、WiMax,LTE等射频频段的透明传输要求。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神 和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的实际保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种激光器宽带射频调制电路，其特征在于，所述电路包括 顺序串联的埋堆电感、耗尽型FET对管、宽带阻抗匹配电路、宽带Bias-T电路、阻抗传输线和匹配电阻。
2.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述耗尽型FET对管由一对MOS管组成，第一 MOS管的栅极连接所述埋堆电感，漏极连接所述宽带阻抗匹配电路，源极和衬底同时接地；第二 MOS管的漏极连接电源电压，栅极、源极和衬底同时连接所述宽带阻抗匹配电路和所述第一 MOS管的源极。
3.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述宽带阻抗匹配电路由级联的三节入/4传输线以及电容构成一个切比雪夫滤波器。
4.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述宽带Bias-T电路的射频调制信号输入端连接所述阻抗传输线，电感连接激光器偏置信号的直流电压，电容连接所述宽带阻抗匹配电路。
5.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述匹配电阻的电阻值由电路中对所述阻抗传输线的电阻要求而确定，对所述阻抗传输线的电阻要求越低，匹配电阻的电阻值越大。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述阻抗传输线的电阻值为激光二极管等效阻值的2倍，所述匹配电阻的电阻值与激光二极管等效阻值相当。
7.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述耗尽型FET对管为0.45GHz-10GHz宽带、大动态范围、低噪声PHEMT微波管。
8.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述宽带Bias-T电路由0.05GHz-10GHz超宽带范围、低插入损耗的射频扼流圈芯片与一隔直电容组成。
9.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述宽带阻抗匹配电路是在介电常数为e r = 9. 6的板材上采用入/4传输线实现的宽带切比雪夫滤波器。
10.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述激光器宽带射频调制电路对、0.5-6. 5GHz频率范围内激光器进行直接强度调制。
全文摘要
本发明涉及光纤通信技术领域，提供了一种激光器宽带射频调制电路。所述电路包括顺序串联的埋堆电感、耗尽型FET对管、宽带阻抗匹配电路、宽带Bias-T电路、阻抗传输线和匹配电阻。本发明的技术方案中，由于使用宽带阻抗匹配电路，可灵活地将阻抗匹配降低，实现了射频信号的无损耗传输，从而可实现0.45GHz-10GHz频率范围内激光器的高效率调制，能够很好地满足RoF系统在下一代无线通信系统应用中对GSM、WCDMA、802.11a/b/g、WiMax、LTE等射频频段的透明传输要求。
文档编号H04B10/155GK102638314SQ20121010404
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者徐坤, 汤兆星 申请人:北京邮电大学