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光纖無(wú)線(xiàn)電的PCB設計
光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可能是光纖電信網(wǎng)絡(luò )中討論最少的方面之一。但是，它是將寬帶無(wú)線(xiàn)接入帶到偏遠地區的電信基礎設施的眾多部分之一。對于無(wú)法實(shí)現標準無(wú)線(xiàn)回傳或成本過(guò)高的農村地區的未來(lái)5G基礎設施，此方法可能會(huì )發(fā)揮重要作用。文本主要討論光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的PCB設計。
就像任何其他電子系統一樣，光纖無(wú)線(xiàn)電鏈路也需要PCB。光纖無(wú)線(xiàn)電是專(zhuān)為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )而設計的，其中提取的RF信號無(wú)需有源電子組件即可直接到達目的地。這為電信網(wǎng)絡(luò )中的更快的數據傳輸提供了一種極其快速的解決方案。它也可以擴展到THz頻率。研究界的許多工程師都在關(guān)注此技術(shù)的光源和基本基礎結構，但PCB設計人員還應發(fā)揮作用，以確保在光纖無(wú)線(xiàn)鏈路的Tx / Rx端進(jìn)行準確的信號提取和路由。
什么是光纖無(wú)線(xiàn)電？
光纖無(wú)線(xiàn)電是一種在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )中將RF信號傳輸到遠距離接收機的方法。在光纖無(wú)線(xiàn)電中，無(wú)線(xiàn)電信號用于對來(lái)自紅外激光二極管的光信號進(jìn)行幅度調制。然后，可以通過(guò)標準單模光纖發(fā)送此光信號，最大可達20 km。
光纖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它不會(huì )像同軸電纜一樣遭受衰減問(wèn)題，從而可以達到傳統無(wú)線(xiàn)回程無(wú)法達到的更長(cháng)距離。與現有的光學(xué)解決方案相比，該技術(shù)可提供更大的帶寬，而無(wú)需數模轉換（DAC）。這消除了有源組件中出現的延遲問(wèn)題，因為延遲是由PCB上無(wú)線(xiàn)電信號的傳播延遲有效確定的。
在接收端，光電二極管用于接收光信號，全光或GHz包絡(luò )檢波器用于提取編碼的微波信號。這允許提取GHz模擬信號，該信號可以與各種幅度調制方案（例如，針對LTE，WiFi或其他RF協(xié)議的數字化QAM）一起使用。下面顯示了光纖無(wú)線(xiàn)電傳輸中使用的體系結構的概述。
具有兩個(gè)PCB的光纖無(wú)線(xiàn)技術(shù)的簡(jiǎn)化架構
上面顯示的體系結構也可以與BBU（Tx端）中的DWDM一起使用。陣列波長(cháng)光柵單元可用于分離不同的載波，并將其路由到不同的Rx端。這提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)將模擬光纖無(wú)線(xiàn)信號路由到無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )中的多個(gè)接收器。
Tx側面布局挑戰
光纖無(wú)線(xiàn)電鏈路的Tx側的布局挑戰取決于傳輸方法。在過(guò)去的許多論文中都使用了激光二極管，但是模式梳正成為一種有希望的光纖無(wú)線(xiàn)電傳輸方法。在較早的光纖無(wú)線(xiàn)電研究和開(kāi)發(fā)中，激光二極管的輸出已用所需的RF信號調制，并且二極管的輸出使用標準收發(fā)器耦合到光纖。由于大多數激光二極管和光電二極管接收器的開(kāi)啟和恢復時(shí)間，該方法的局限性在于可發(fā)送的頻率被限制在WiFi頻率附近。
在即將到來(lái)的應用中，較低的射頻頻率面臨的布局挑戰在于將射頻信號路由至調制器。在發(fā)送方面，關(guān)鍵的挑戰包括正確PCB設計，并在射頻和光學(xué)部分之間建立足夠的隔離。傳輸線(xiàn)設計仍將限制在WiFi頻率范圍內，這得益于帶有集成電磁場(chǎng)求解器的路由工具的大力支持。真正的布局挑戰始于Rx端，尤其是當我們研究高GHz和THz體制時(shí)。
Rx側面布局挑戰
如果對單個(gè)激光二極管進(jìn)行調制，則可能會(huì )在Rx端使用相同的技術(shù)。在Tx端更好的解決方案是使用兩個(gè)自由運行的激光器，這允許長(cháng)距離發(fā)射的RF頻率達到GHz甚至THz級別。使這些激光器的輸出克服雜散，從而產(chǎn)生調幅輸出?？烧{諧垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）當前用于探測從5G頻率到THz頻率的任何位置。
由于這可以使信號行為達到THz頻率，因此該區域對于業(yè)內絕大多數PCB設計人員來(lái)說(shuō)仍是未知的領(lǐng)域。學(xué)術(shù)界一直致力于PCB的THz互連PCB設計和建模，并且在這一領(lǐng)域有很多創(chuàng )新。提出將基板集成波導布線(xiàn)作為PCB上共面波導布線(xiàn)的更好替代方法，但是電介質(zhì)中的分散會(huì )限制系統的帶寬。這些系統需要在整個(gè)所需帶寬內進(jìn)行無(wú)可挑剔的阻抗控制，這可能會(huì )由于介電基片中的分散而變得復雜。
SFP和SFP +可插拔收發(fā)器仍可與光纖無(wú)線(xiàn)技術(shù)一起使用
Rx端的匹配網(wǎng)絡(luò )和放大器也需要仔細設計，尤其是在高GHz和THz頻段。這些系統中的匹配可能非常復雜，并且需要精心設計信號鏈，以防止信號損失，反射和功率通過(guò)設備的傳遞。