Kenttäoptisen vastaanottimen opas: Tekniset tiedot, asennus ja vianmääritys

Mitä kenttäoptinen vastaanotin tekee viestintälinkissä

Kenttäoptinen vastaanotin sijaitsee kuituoptisen tai vapaan tilan optisen linkin etäpäässä ja muuntaa saapuvat valosignaalit takaisin käyttökelpoisiksi sähköisiksi signaaleiksi, joita alavirran laitteet voivat käsitellä. Toisin kuin laboratoriotason tai kiinteästi asennettavat vastaanottimet, optiset kenttävastaanottimet on suunniteltu erityisesti käytettäväksi valvottujen ympäristöjen ulkopuolella, olipa kyseessä sitten asennuspylväs, asennettuna tienvarsikaappiin tai tilapäiseen lähetyspaikkaan. Niiden suunnittelussa on etusijalle asetettu kestävyys, kenttäkalibroinnin helppous ja sietokyky lämpötilanvaihteluille, tärinälle ja satunnaiselle karkealle käsittelylle, jotka tulevat tosielämän käyttöönotosta.

Nämä vastaanottimet ovat yleisiä CATV-jakeluverkoissa, yleislähetysvideolinkeissä, solukkoyhteyksissä ja erilaisissa telemetriasovelluksissa, joissa optinen signaali on kuljetettava jonkin matkan päässä ja sitten muutettava takaisin RF- tai kantataajuiseen sähkömuotoon etäpaikassa. Koska vastaanotin on usein viimeinen aktiivinen komponentti ennen kuin signaali saavuttaa asiakkaan tai alavirran jakeluvahvistimen, sen suorituskyky määrittää suoraan loppukäyttäjien kokeman kuvan laadun, tietojen eheyden tai signaalin tarkkuuden.

Kenttäoptisen vastaanottimen ydinkomponentit

Jokaisen ytimessä kenttäoptinen vastaanotin on valoilmaisin, tyypillisesti PIN-valodiodi tai korkeamman herkkyyden sovelluksissa lumivyöryvalodiodi, joka muuntaa tulevan optisen tehon suoraan suhteelliseksi sähkövirraksi. Tämä raakavirta on erittäin pieni ja vaatii välitöntä vahvistusta, jota käsittelee transimpedanssivahvistinvaihe, joka on suunniteltu muuntamaan virta käyttökelpoiseksi jännitteeksi ja tuottamaan mahdollisimman vähän lisäkohinaa.

Alkuvahvistusvaiheen jälkeen useimmat kenttävastaanottimet sisältävät automaattisen vahvistuksen ohjauspiirin, joka kompensoi vastaanotetun optisen tehon vaihtelut, jotka aiheutuvat kuitujen pituuseroista, liitinhäviöistä tai optisen lähteen asteittaisesta huononemisesta ajan myötä. Tätä seuraavat tasaus- ja suodatusvaiheet, jotka on viritetty sovelluksen vaatimaan erityiseen taajuusvasteeseen, olipa kyseessä sitten laajakaistainen RF-signaali CATV-jakelua varten tai tietty digitaalinen tiedonsiirtonopeus telemetriaan tai backhaul-käyttöön.

Keskeiset sisäiset vaiheet

• Valonilmaisinvaihe, joka muuttaa valon sähkövirraksi
• Transimpedanssivahvistin matalakohinaiseen virrasta jännitteeksi muuntamiseen
• Automaattinen vahvistuksen säätö tasaamaan ulostulon eri tulotasoilla
• Tasaus ja suodatus sovitettu lähetetyn signaalityypin mukaan
• Lähtöohjainvaihe, joka toimittaa lopullisen RF- tai sähköisen signaalin

PIN-valodiodit vs. avalanche-valodiodit

Valinta PIN-valodiodin ja lumivyöryvalodiodin välillä on yksi ensimmäisistä suurista päätöksistä määriteltäessä kenttäoptista vastaanotinta, ja se perustuu yksinkertaisuuden ja herkkyyden väliseen kompromissiin. PIN-valodiodit ovat yksinkertaisempia, halvempia, vakaampia lämpötilan vaihteluiden suhteen eivätkä vaadi sisäistä vahvistuksen säätöä, joten ne ovat vakiovalinta lyhyemmille kuituajoille, joissa vastaanotettu optinen teho pysyy mukavasti vastaanottimen kohinatason yläpuolella.

Avalanche-valodiodit tarjoavat sisäisen signaalin vahvistuksen lumivyörykerto-efektin kautta, mikä tarjoaa huomattavasti paremman herkkyyden pitkän matkan linkeissä tai tilanteissa, joissa optinen teho saapuu jo etäisyyden tai jakohäviöiden vaimentamana. Tämän lisätyn herkkyyden kustannuksella on suurempi lämpötilariippuvuus, koska näiden ilmaisimien lumivyöryvahvistus muuttuu lämpötilan mukaan ja vaatii tyypillisesti aktiivisen biasin kompensointipiirin tasaisen suorituskyvyn ylläpitämiseksi kentällä käytettävän yksikön toiminta-alueella.

Oikean ilmaisintyypin valinta

Tärkeimmät arvioitavat suorituskykyvaatimukset

Kun verrataan kenttäoptisia vastaanottimia tiettyyn käyttöön, useat tekniset tiedot ovat paljon tärkeämpiä kuin yleinen herkkyysluku tietolomakkeen kansilehdellä. Optinen tuloalue kuvaa pienimmän ja suurimman optisen tehon, jota vastaanotin voi käsitellä säilyttäen samalla tietyn suorituskyvyn, ja tämän alueen molemmilla päillä on merkitystä, koska liian voimakas optinen signaali voi ylikuormittaa etupään vahvistimen yhtä helposti kuin liian heikko voi pudota kohinatason alapuolelle.

Kantoaalto-kohinasuhteella ja yhdistetyillä toisen ja kolmannen asteen vääristymisluvuilla on valtava merkitys CATV- ja lähetyssovelluksissa, koska nämä luvut ennustavat suoraan, kuinka puhtaalta lopullinen video- tai RF-signaali näyttää muuntamisen jälkeen. Optisen tuloliittimen paluuhäviö vaikuttaa siihen, kuinka paljon heijastunut valo kulkee takaisin kohti lähetintä, mikä voi heikentää laserin suorituskykyä vastavirtaan, jos sitä ei hallita kunnolla liittimen laadun ja vastaanottimen suunnittelun avulla.

Tekniset tiedot kannattaa pyytää miltä tahansa valmistajalta

• Optinen tulotehoalue dBm, sekä minimi että maksimi
• Kantoaalto-kohinasuhde määritetyillä tulotehotasoilla
• Yhdistelmä toisen ja kolmannen asteen vääristymäluvut analogisille sovelluksille
• Taajuusvasteen tasaisuus aiotulla kaistanleveydellä
• Käyttölämpötila-alue ja mahdollinen aleneminen äärimmäisissä olosuhteissa

Ympäristön kestävyys kenttäkäyttöön

Kenttäoptisten vastaanottimien on kestettävä olosuhteet, jotka vahingoittavat nopeasti laboratoriotason laitteita. Kotelot on tyypillisesti luokiteltu vähintään IP65- tai IP67-standardien mukaisiksi pölyn ja veden tunkeutumisen estämiseksi, koska monet yksiköt asennetaan ulkojalustoihin, antenninauhakoteloihin tai tienvarsikaappiin, jotka ovat alttiina sateelle, kosteudelle ja lämpötilan vaihteluille koko kausisyklin ajan. Sisäisten piirilevyjen muodollinen pinnoite lisää ylimääräisen suojakerroksen kondensaatiota ja ilmassa leviäviä epäpuhtauksia vastaan, jotka voivat löytää tiensä jopa hyvin tiivistettyihin koteloihin vuosien käytön aikana.

Lämpötilan vakaus ansaitsee erityistä huomiota, koska monet kenttäpaikat kokevat heilahteluja reilusti pakkasen alapuolelta yli 50 celsiusasteeseen auringolle altistetun metallikotelon sisällä. Äärimmäisiin ilmastoihin tarkoitettujen vastaanottimien tulisi sisältää lämpötilakompensoitu vahvistuksen säätö ja bias-piiri, koska yksikkö, joka toimii kauniisti 20 asteen laboratoriossa, mutta ajautuu merkittävästi kuumaan pylvääseen asennetussa kotelossa, tuottaa epäyhtenäisen signaalin koko päivän ympäristöolosuhteiden muuttuessa.

Parhaat asennuksen käytännöt luotettavan suorituskyvyn takaamiseksi

Oikealla asennuksella on suuri vaikutus siihen, kuinka hyvin kenttäoptinen vastaanotin toimii sen käyttöiän aikana. Kuituliittimet tulee aina puhdistaa asianmukaisella puhdistustyökalulla välittömästi ennen liittämistä, koska jopa mikroskooppiset pölyhiukkaset liittimen päätypinnassa voivat aiheuttaa merkittävän liitäntähäviön tai, mikä pahempaa, vahingoittaa pysyvästi liittimen holkkia, jos se maadoitetaan liitoksen aikana. Kenttäteknikkojen tulee kantaa mukanaan kuitutarkistusalue, jotta ne voivat varmistaa liittimen puhtauden visuaalisesti sen sijaan, että olettaisivat, että liitin on puhdas yksinkertaisesti siksi, että se näyttää hyvältä paljaalla silmällä.

Vastaanottimen sisääntulon optinen teho on mitattava kalibroidulla tehomittarilla asennuksen aikana ja dokumentoitava myöhempää käyttöä varten, koska tästä lähtötasosta tulee korvaamaton arvo myöhemmin, jos linkin suorituskyky heikkenee ja teknikon on määritettävä, johtuuko ongelma lähettimestä, jostain kuidusta vai itse vastaanottimesta. Maadoitus ja ylijännitesuoja ovat tärkeitä myös pylväisiin asennetuissa tai avoimessa asennuksissa, koska näissä paikoissa on suuri salaman aiheuttamien transientien riski, jotka voivat vahingoittaa vastaanottimen herkkää elektroniikkaa, jos asianmukaisia ​​maadoituskäytäntöjä ei noudateta.

Asennuksen tarkistuslista kenttäteknikoille

• Tarkista ja puhdista kaikki kuituliittimet ennen yhdistämistä
• Mittaa ja tallenna optinen lähtöteho käyttöönoton yhteydessä
• Varmista, että kotelon tiivisteet ja tiivisteet ovat ehjät ennen koteloiden sulkemista
• Varmista oikea maadoitus ja ylijännitesuoja napa- tai antennikiinnikkeissä
• Tarrakuitu kulkee selkeästi yksinkertaistaakseen tulevaa vianmääritystä

Yleisten vastaanottimien ongelmien vianmääritys

Kun kenttäoptinen vastaanotin alkaa tuottaa huonontunutta signaalin laatua, strukturoitu vianetsintätapa säästää huomattavasti aikaa verrattuna syiden arvaamiseen. Ensimmäinen askel tulisi aina olla vastaanottimen todellisen optisen syöttötehon mittaaminen ja sen vertaaminen dokumentoituun perusviivaan asennuksesta lähtien, koska merkittävä pudotus osoittaa kohti kuitu-, liitin- tai lähetinongelmaa vastaanottimen vian sijaan.

Oikean vastaanottimen valitseminen verkkoosi

Oikean optisen kenttävastaanottimen valitseminen edellyttää viime kädessä ilmaisimen tyypin, optisen tuloalueen ja ympäristöluokituksen sovittamista linkkisi erityisvaatimuksiin sen sijaan, että valitaan oletusarvoisesti korkein saatavilla oleva herkkyysmalli kustannuksista riippumatta. Lyhyt kaupunkikuitusarja, jossa on vahva optinen teho, hyötyy yksinkertaisemmasta ja edullisemmasta PIN-valodiodivastaanottimesta, kun taas pitkä maaseutujakelu, jossa on merkittäviä jakohäviöitä, voi oikeuttaa lumivyöryvalodiodisuunnittelun lisäkustannusten ja lämpötilan kompensoinnin monimutkaisuuden.

Ostajien tulee pyytää täydellisiä suorituskykytietoja, jotka kattavat kantoaalto-kohinasuhteen, vääristymät ja ympäristöluokitukset, ja heidän tulee myös kysyä suoraan valmistajilta lämpötilan kompensointimenetelmistä sen sijaan, että olettaen, että kaikki vastaanottimet käsittelevät kentän lämpötilan vaihtelut yhtä hyvin. Tämän huolellisen, spesifikaatioihin perustuvan lähestymistavan käyttäminen hankinnoissa kannattaa, koska kenttähuoltopuhelut vähenevät ja signaalin laatu paranee koko asennetun verkon käyttöiän ajan.