专利名称：调幅光发射机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及有线电视网络宽频带激光传输技术领域，特别是一种调幅光发射机。
背景技术：
有线电视网络已成为我国信息化网络的重要组成部分，八十年代纯同轴有线电视网络仅限于收看几十套电视节目，九十年代后，随着光纤传输技术在有线电视领域应用的不断扩展，有线电视网络逐步向宽频带、高可靠、传输容量大，传输速度高的光纤同轴混合网(HFC网)发展，由于HFC网具有其他网络无可比拟的宽频优势，使其在满足传统收看电视节目的同时，还可开启多种增值业务，如付费电视、视频点播、数字电视、网上银行、英特网服务、IP电话等，具有三网合一的功能。
光纤传输技术在HFC网络应用的核心是宽频带调幅光发射机和光接收机。宽频带调幅光发射机是将所需传送的宽带射频信号对激光器进行幅度调制，从而得到所需的传输光能量以便在光纤中传输。现有的调幅光发射机在可靠性及适用性方面都存在一些缺陷和不足。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种可靠性高，适用性强的宽频带调幅光发射机。
所说调幅光发射机包括射频信号处理单元2、激光器及控制单元3和热备份电源系统1，其特征是在射频信号处理单元中设置一个大调控范围(±4dB)的自动增益控制(AGC)电路6，所说(AGC)电路6的输入端与预放大电路5的输出端连接，(AGC)电路6的输出端与功率放大电路7的输入端连接。在射频信号处理电路中还设置了失真改善程度大的(8-12dB)射频信号预失真非线性补偿电路8，预失真电路8的输入端与功率放大电路7的输出端连接，预失真电路8的输出端经匹配网络10与激光器11的输入端连接。
在电源系统中，设置同时提供主要工作电流和次要工作电流的热备份主、备开关电源，热备份主、备开关电源的电源输入端均与市电网连接，主开关电源的输出端与调幅发射机主要负载连接，热备份备用开关电源的输出端与调幅光发射机次要负载连接。在激光器及控制单元3中的CPU中设置了对其激光器偏置电流实行断开、粗控和精控三级控制程序。在射频信号处理单元中，设置有利用频率分割后可同时接收数据信号和电视信号的双路射频信号(RF)输入口。预放大电路5采用砷化镓放大器，功率放大电路7采用BGD系统硅放大模块，激光器3采用DFB激光器组件，激光器及控制单元3采用89C51微处理器控制。
在所述射频信号处理单元中，一般光发射机的自动增益控制范围在±2dB，由于有线电视网络的多功能开发使其传输的频道数目将不断增加，造成其合成电平幅度变化较大，为适应网络未来的需求，光发射机的自动增益控制范围达±4dB，控制范围大的优势十分明显。其一，当频道数从十几到近百个发生变化时，无需调整整机的射频输入电平，整机的适应性较强；其二，由于光发射机前级射频电平发生一定范围的变化时，也无需调整整机的射频输入电平，减小了系统的维护量，保证了整个系统的稳定。
在所述预失真电路中，由于激光器的光功率—电流特性存在一定的非线性，从而影响了整机的非线性指标，为提高整机的非线性指标，光发射机在功率放大之后，本实用新型巧妙地附加一个失真特性与激光器调制特性非线性失真相反的电路，使输入的多频道射频信号预先经过电路进行反失真，然后再去激励调制激光器，使两个失真互相抵消从而达到补偿目的。光发射机严格控制预失真电路与激光器调制特性非线性失真的相反性，使得二次失真改善的程度达到8-12dB。
所述光发射机采用的适用电压范围宽(110-254V/AC)、效率高的开关电源，保证了整机在电压波动范围较大的地域的正常使用，采用开关电源提高了电源转换效率高，降低了整机的附加功耗。光发射机内设置了两套同样电路的开关电源，并且每套开关电源都能单独满足整机的供电需要，同时还留有30％的冗余用电空间。传统的热备份电源系统功能为整机工作时，两台电源同时启动，其中只有主电源单独供整机工作，备用电源处于备用状态无电流输出，当主电源出故障时，才切换到备用电源上。具有热备份功能的供电系统与单台供电系统相比，其故障率能下降50％。光发射机的热备份电源系统采用了较为先进的主辅电源同时供电的模式，正常工作时由主电源提供主要电流，辅助电源提供次要电流，当主电源发生故障时，辅助电源自动满负荷运行。这种主辅同时热备份电源的优点是其一，正常工作时，由于主、备电源同时供给电流，克服了主、备电源单独供电时满负荷大功率状态下易造成的故障，延长了电源使用寿命。其二，由于设备长期处于24小时开机状态，主、备电源同时供电时，克服了备用电源长期无电流输出而缺少运行造成的故障。其三，主、备电源完全相同，都能单独满足整机的用电需求，并通过微处理器的RS232接口和RS485接口能方便的检查热备份电源系统的工作情况。光发射机的热备份电源系统将整机的故障率下降70％。
所述激光器及控制单元，为DFB激光器组件，它包括DFB-LD芯片，用于光功率探测与自动光功率控制的光探测器芯片；用于双向自动温度控制的半导体制冷器和热敏电阻，用于减少外界回射影响的光隔离器与光纤耦合部分和宽带阻抗匹配驱动及偏流与控制电路。
为保证激光器工作在线性区域，选择适当的偏置电流是十分重要的，在偏置电流上叠加有线电视宽带射频电信号对激光器进行幅度调制，从而得到所需传输的光能量。为使激光器较好地工作在线性区域并长期稳定的运行，必须对输出的光功率进行控制，通过光功率检测将被测的光功率以电流的形式取出来，用来监测激光器工作过程中输出光功率的变化，并用自动光功率控制(APC)环路对功率变化进行跟踪，及时自动改变激光器的偏置电路，使输出光功率保持不变。由于激光器的光功率—电流特性曲线会随温度变化而变化，必须保持激光器的工作温度恒定。在双向闭环温度控制电路(ATC)和热敏电阻传感器的控制下，当温度升高，半导体制冷器的电流就正向流过致冷器并致冷降温，当温度降低电流反向流过致冷器并致热升温，从而达到双向温度控制。
调幅光发射机选用了89C51单片机作为微处理器，它能有效地控制自动光功率控制(APC)环路的工作状态，将出厂光发射机的最佳工作状态参数存入微处理器中，当实际工作状态的参数发生变化时，微处理器及时发出指令调整自动光功率控制电路的参数，使其工作在最佳状态，并及时记录下工作时间内的各种历史数据。激光器的工作温度对激光器的工作效率、激光器的线性及相对强度噪声影响都非常大，必须严格控制激光器的工作温度保持在25℃。自动温度控制单元将激光器芯片置于紧密连接着微型半导体致冷的热忱上，并在热忱上装有热敏电阻，由温度控制系统组成一个双向闭环控制电路(ATC)，此控制电路完全由微处理器来控制，控制致冷器电流的流向大小。当温度升高时，致冷器电流就正向流并致冷；当温度降低时，电流就反方向流并致热，实现双向温度控制，从而保持激光器恒定工作在25℃。
光发射机的微处理器单元内存贮有激光器组件正常工作时的各种参数，经它分三级控制激光器偏置电流的工作。当偏置电流的变化范围超出其允许最大值致使激光器损坏时，控制电路将断开供给激光器的电源，保护激光器，工作参数恢复正常后，微处理器控制其偏置电流加载到激光器上，自动恢复其正常工作；当偏置电流超出其精控范围又未达到其允许最大值时，先对其实施粗控，将偏置电流调整到精控范围，再由精控电路对偏置电流进行精确控制；当偏置电流只有微小变化时，直接进行精控，使其控制精度和控制范围都有所提高。微处理器单元与整机的液晶显示电路相连，在本地便能及时方便地检查整机的工作状况，迅速准确地判断整机的故障范围。微处理器单元监测着激光器的工作温度、光发射机的光输出功率、激光器的偏置电流、自动温度控制单元的制冷电流和工作电压(包括+24V、+5V、-5V)。并将以上数据贮存在微处理器内，通过LCD显示电路，在本地通过前面板上的控制键便能很方便的获取以上数据，从而判断光发射机的工作正常与否。当激光器的工作参数偏离微处理器设定的允许范围时，将自动断开激光器电源，同时声、光告警(面板红灯亮，机内蜂鸣器响)，数字面板提示故障原因。光发射机增设了远程监测用的RS232接口和RS485接口，此两接口分别与机内的微处理器相连，通过此两接口能直接调用微处理器内存贮的各种参数，达到远程监测的目的。
所述双路射频信号(RF)输入口，目前英特网业务正逐步在有线宽带网中得到应用，此业务的应用属于有线电视宽带网的增值业务，是在保证各种有线电视业务开展基础之上的增值业务，即在保证有线电视业务各种信源传输基础之上同时传输英特网信源，这就要求光发射机有多种信源的接入口。
本实用新型有益效果是可广泛用于宽带综合信息网中，传输电视、数据和声音等多项业务，是宽带接入网的关键传输设备，多端口输入使光发射机在网络正常运行时，能在不中断原有信源传输的同时及时方便地插入其他业务信源的传输，使光发射机在使用中适应性特别强。本实用新型性价比优异、稳定性高，可大大降低有线电视网的改造费用，加快我国有线电视网由模拟向数字化过渡的过程，社会效益将十分巨大。
附图1为本实用新型结构方框图；附图2为射频处理单元结构示意图；附图3为激光器及控制单元方框图；附图4、预失真单元原理图；附图5为CPU控制电原理图。
图中1-热备份电源、2-射频处理单元、3-激光器及控制单元、4-LCD面板显示单元、5-预放大电路、6-自动增益控制电路、7-功率放大电路、8-预失真电路、9-检波放大电路、10-匹配网络、11-激光器。
具体实施方式
下面接合附图，对本实用新型作进一步说明它的工作原理是这样的射频信号经主、辅射频输入口输入到射频信号处理单元中的预放大电路5，经自动增益控制电路(AGC)6，功率放大电路7、预失真非线性补偿电路8加载到激光器的偏置电流上，对激光器进行幅度调制，从而得到所需传输的光能量，并使其输出的光能量的载噪比高，非线性失真小，热备份主、备电源保证整机的长期运行高可靠性，正常工作时由主电源提供主要电流，辅助电源提供次要电流，当主电源发生故障时，辅助电源自动满负荷运行。在图1～4所示附图中，射频信号处理单元中设置一个大调控范围的自动增益控制(AGC)电路和一个失真程度改善大的(8-12dB)射频信号预失真非线性补偿电路，在电源系统中设置，同时提供主、次工作电流的热备份主、备份开关电源。自动增益控制(AGC)电路6的输入端与预放大电路5的输出端连接，(AGC)电路6的输出端与功率放大电路7的输入端连接。所述射频信号预失真非线性补偿电路8的输入端与功率放大电路7的输出端连接，预失真电器8的输出端经匹配网络10与激光器11的输入端连接。热备份主、备开关电源1的电源输入端均与220V/AC市电网连接，主开关电源1-1的输出端与光发射机主要负载连接，热备份开关电源1-2的输出端与光发射机的次要负载连接。射频信号处理单元中2的自动增益(AGC)电路6的调控范围为±4dB。射频信号预失真非线性补偿电路8的失真度改善程度为8-12dB。
在激光器及控制单元3的CPU是一种储存有能对激光器偏置电流实行断开、粗控和精控三级控制程序的单片机。在射频信号处理单元中，设置有可利用频率分割后同时接收数据信号和电视信号的双路射频信号(RF)输入口。预放大电路5采用砷化镓放大器。功率放大电路7采用BGD系统硅放大模块。激光器3采用DFB激光器组件。激光器及控制单元3采用89C51微处理器控制。
权利要求1.一种调幅光发射机，包括射频信号处理单元、激光器及控制单元和电源系统，其特征是在射频信号处理单元中设置一个大调控范围的自动增益控制(AGC)电路和一个失真程度改善大的(8-12dB)射频信号预失真非线性补偿电路，在电源系统中设置有同时提供主、次工作电流的热备份主、备份开关电源；所述自动增益控制(AGC)电路(6)的输入端与预放大电路(5)的输出端连接，(AGC)电路(6)的输出端与功率放大电路(7)的输入端连接；所述射频信号预失真非线性补偿电路(8)的输入端与功率放大电路(7)的输出端连接，预失真电器(8)的输出端经匹配网络(10)与激光器(11)的输入端连接；所述热备份主、备开关电源(1)的电源输入端均与220V/AC市电网连接，主开关电源(1-1)的输出端与光发射机主要负载连接，热备份开关电源(1-2)的输出端与光发射机的次要负载连接。
2.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是射频信号处理单元中(2)的自动增益(AGC)电路(6)的调控范围为±4dB；射频信号预失真非线性补偿电路(8)的失真度改善程度为8-12dB。
3.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是在激光器及控制单元(3)的CPU是一种储存有能对激光器偏置电流实行断开、粗控和精控三级控制程序的单片机。
4.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是在射频信号处理单元中，设置有可利用频率分割后同时接收数据信号和电视信号的双路射频信号(RF)输入口。
5.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是预放大电路(5)采用砷化镓放大器；功率放大电路(7)采用BGD系统硅放大模块。
6.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是激光器(3)采用DFB激光器组件。
7.根据权利要求1所述的调幅光发射机，其特征是激光器及控制单元(3)采用89C51微处理器控制。
专利摘要一种调幅光发射机，包括射频信号处理单元、激光器及控制单元和电源系统，在射频信号处理单元中设置一个大调控范围的自动增益控制(AGC)电路和一个失真程度改善大的(8－12dB)射频信号预失真非线性补偿电路，在电源系统中设置有同时提供主、次工作电流的热备份主、备份开关电源。本实用新型可广泛用于宽带综合信息网中，传输电视、数据和声音等多项业务，是宽带接入网的关键传输设备，多端口输入使光发射机在网络正常运行时，能在不中断原有信源传输的同时及时方便地插入其他业务信源的传输，使光发射机在使用中适应性特别强。本实用新型性价比优异、稳定性高，可大大降低有线电视网的改造费用，加快我国有线电视网由模拟向数字化过渡的过程。
文档编号H04N7/10GK2703364SQ200420017918
公开日2005年6月1日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者冯文顺, 李翔, 王成, 陈民君, 王学, 吉秀安 申请人:武汉光发网络工程有限公司