CN111884725A - 一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，包括光发射组件和光接收组件。光发射组件由发射屏蔽盒、射频光发板和发射监控板组成。光接收组件由接收屏蔽盒、射频光收板和接收监控板组成。本发明通过多功能单元集成化设计将传统射频光传输设备中的射频放大模块、光发射/接收模块、监控模块进行高隔离度整合，并开创基于多信息感知的智能化控制模式以适用于各种应用场景，且实现30MHz～4GHz全频段增益超平坦覆盖。

Description

一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件

技术领域

本发明涉及射频光通信技术领域，具体涉及一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件。

背景技术

在军事和民用射频信号通信中通常使用射频光传输设备进行信号拉远传输，比如短波/超短波天线、移动基站、卫星地面站等应用中需要远距离传输的天线信号、雷达信号、中频信号、时频信号这些信号都可以使用射频光传输设备进行远距离传输。射频光传输设备由光发射机和光接收机组成。目前各频段传统的射频光传输设备如图1所示，光发射机一般由光发射模块、发射增益可调射频放大模块、发射监控模块和发射电源模块组成；光接收机一般由光接收模块、接收增益可调射频放大模块、接收监控模块和接收电源模块组成。射频信号通过连接器进入发射增益可调射频放大模块进行射频信号放大和增益调节，放大后的射频信号输入光发射模块进行电/光变换后输出光信号。光信号经过光缆传输至光接收模块进行光/电变换，光接收模块输出的微弱射频信号经过接收增益可调射频放大模块进行增益可调射频放大模块放大后输出。发射和接收监控模块分别用来输出给发射和接收增益可调射频放大模块的增益调节信号，并收集光发射/接收模块的输出/输入光功率信息通过串口或网口的形式与外部控制计算机交互。发射和接收电源模块分别给光发射机和光接收机供电。

传统的射频光传输设备一般采用分立功能模块拼装的方式来实现射频光传输和简单的增益控制功能，虽然具有结构简单和易于实现优势，但是却存在以下缺点：

1、集成度低：设备内部模块数量多，模块之间连接复杂导致装配调试复杂，多模块设计导致集成能力差，难以实现设备小型化；

2、宽带性能差：在满足射频增益控制功能的基础上不能完全覆盖30MHz～4GHz的工作带宽，需要根据用户工作频段进行定制。

3、智能化程度不高：不能自适应于不同电磁环境和光路环境；

4、应用场景局限：不能适应于大动态、稳幅、稳增益等不同传输性能需求；

5、健康状态参数监控不全面：只提供整机的电源有无及光功率状态指示，电压、电流、工作温度等关键参数缺乏监视；

发明内容

本发明所要解决的是传统射频光传输设备集成度低和宽带性能差的问题，提供一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，该一体化发射接收组件包括光发射组件和光接收组件。所述光发射组件由发射屏蔽盒、射频光发板和发射监控板组成；发射双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个发射中间隔板，并将发射屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体；射频光发板设置在发射屏蔽盒的上层，发射监控板设置在发射屏蔽盒的下层；射频光发板与发射监控板通过贯穿于发射中间隔板的一组发射对插连接器电连接；射频光发板的射频输入端和射频光输出端，以及发射监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至发射屏蔽盒之外。所述光接收组件由接收屏蔽盒、射频光收板和接收监控板组成；接收双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个接收中间隔板，并将接收屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体；射频光收板设置在接收屏蔽盒的上层，接收监控板设置在接收屏蔽盒的下层；射频光收板与接收监控板通过贯穿于接收中间隔板的一组接收对插连接器电连接；射频光收板的射频光输入端和射频输出端，以及接收监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至接收屏蔽盒之外。射频光发板的射频输入端构成本一体化发射接收组件的射频输入端，射频光发板的射频光输出端连接射频光收板的射频光输入端，射频光收板的射频输出端构成本一体化发射接收组件的射频输出端；发射监控板的直流电源输入端和接收监控板的直流电源输入端与外部电源连接；发射监控板的串口管理端和接收监控板的串口管理端与外部控制计算机连接。

上述方案中，射频光发板上集成有发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级、发射激光器、发射光控温控电路、以及第一发射对插连接器。发射限幅器的输入端形成射频光发板的射频输入端；发射限幅器的输出端经由发射数控衰减器连接发射初级低噪声放大器的输入端；发射数控衰减器的控制端与第一发射对插连接器连接；发射初级低噪声放大器的输出端经由发射次级低噪声放大器连接发射耦合器的输入端；发射耦合器支路输出端连接发射检波器的输入端，发射检波器的输出端与第一发射对插连接器连接；发射耦合器的主路输出端连接发射温补衰减器的输入端；发射温补衰减器的输出端经由发射宽带增益均衡器连接发射π形衰减电路的输入端；发射π形衰减电路的输出端经由发射末级中功率放大级连接发射激光器的输入端；发射光控温控电路的输出端连接发射激光器的控制端；发射光控温控电路的感知端与第一发射对插连接器连接；发射激光器的输出端形成射频光发板的射频光输出端；发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射检波器、发射末级中功率放大级、发射激光器和发射光控温控电路的电源端与第一发射对插连接器连接。

上述方案中，发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级和发射激光器的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。

上述方案中，射频光收板上集成有接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器、接收π形衰减电路、以及第一接收对插连接器。接收光衰减器的输入端形成射频光收板的射频光输入端；接收光衰减器的输出端连接接收光探测器的输入端，接收光路自适应电路的输入端连接接收光探测器的感知端，接收光路自适应电路的输出端连接接收光衰减器的控制端；接收光探测器的感知端与第一接收对插连接器连接；接收光探测器的输出端经由接收初级低噪声放大器连接接收数控衰减器的输入端；接收数控衰减器的控制端与第一接收对插连接器连接；接收数控衰减器的输出端经由接收温补衰减器与接收宽带增益均衡器的输入端连接；接收宽带增益均衡器的输出端经由接收次级低噪声放大器连接接收耦合器的输入端；接收耦合器的支路输出端连接接收检波器的输入端，接收检波器的输出端与第一接收对插连接器连接；接收耦合器的主路输出端连接接收π形衰减电路的输入端，接收π形衰减电路的输出端形成射频光收板的射频输出端；接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收次级低噪声放大器和接收检波器的电源端与第一接收对插连接器连接。

上述方案中，接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器和接收π形衰减电路的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。

上述方案中，发射监控板上集成有发射电源滤波电路、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射单片机、发射串口接口电路、第二发射对插连接器。发射电源滤波电路的输入端形成发射监控板的直流电源输入端，发射电源滤波电路的输出端连接发射单片机、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射串口接口电路以及第二发射对插连接器；发射电压电流检测电路和发射温度检测电路的输出端与发射单片机的输入端连接；发射串口接口电路的一端连接发射单片机输入输出口，发射串口接口电路的另一端形成发射电源滤波电路的串口管理端。

上述方案中，接收监控板上集成有接收电源滤波电路、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收单片机、接收串口接口电路、第二接收对插连接器。接收电源滤波电路的输入端形成接收监控板的直流电源输入端，接收电源滤波电路的输出端连接接收单片机、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收串口接口电路以及第二接收对插连接器；接收电压电流检测电路和接收温度检测电路的输出端与接收单片机的输入端连接；接收串口接口电路的一端连接接收单片机输入输出口，接收串口接口电路的另一端形成接收电源滤波电路的串口管理端。

上述方案中，发射中间隔板上设有射频光发板的带电过孔避让凹坑和连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台；接收中间隔板上设有射频光收板的带电过孔避让凹坑和供接收对插连接器贯穿的连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台。

上述方案中，外部控制计算机通过组件串口设置来对光发射组件和/或光接收组件进行工作模式控制，其中工作模式包括常规模式、动态范围智能扩展模式和稳幅输出模式；常规模式配置于光发射组件和光接收组件；动态范围智能扩展模式配置于光发射组件；稳幅输出模式配置于光接收组件。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、集成度高：上下叠层对插设计、光电一体设计，小尺寸体积实现射频信号的放大感知与控制功能、光电/电光变换功能、监控上报等功能；

2、超宽带：可在完成多种射频功能的基础上实现30MHz～4GHz全频段超平坦(2dB)传输；

3、动态智能扩展：-110dBm～+20dBm超大输入信号动态围智能扩展；

4、工作模式可选：常规模式、动态范围智能扩展、稳幅输出模式可选；

5、全状态监控：组件电压、电流、温度、输入/输出射频功率(80dB大动态)、输入/输出光功率等组件全状态参数量化检测上报；

6、电磁兼容性好：使用全屏蔽盒体、滤波连接器、上下层腔体等设计进行传导隔离和辐射电磁屏蔽。

附图说明

图1为传统的射频光传输设备的原理示意图。

图2为本发明光发射组件和光接收组件的结构示意图。

图3为本发明双层腔体屏蔽盒的内部结构示意图，(a)为上层腔体和中间隔板，(b)为下层腔体。

图4为本发明光发射组件的原理示意图。

图5为本发明光接收组件的原理示意图。

图6为采用矢量分析仪对本发明进行测试所显示的增益带内平坦度曲线(S21)，输入驻波测试曲线(S11)和输出驻波测试曲线(S22)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，由一种多用途宽带射频智能光电一体化光发射组件(以下简称光发射组件)和一种多用途宽带射频智能光电一体化光接收组件(以下简称光接收组件)两部分构成。

所述光发射组件完成输入射频信号的功率感知、放大、智能控制与电光转换功能，并完成组件自检，将自身的各种状态信息通过串口上报。所述光发射组件由高隔离度的发射屏蔽盒、射频光发板和发射监控板组成。参见图2和3，发射双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个发射中间隔板，并将发射屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体。在本实施例中，发射双层腔体屏蔽盒为单独铝锭铣出，包括上层腔体、下层腔体和发射中间隔层。发射中间隔板上设有射频光发板的带电过孔避让凹坑和连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台，此凸台配合发射监控板相应贴合位置的金属化焊盘完成上下腔体对插连接通槽的屏蔽。射频光发板设置在发射屏蔽盒的上层，发射监控板设置在发射屏蔽盒的下层。射频光发板与发射监控板通过贯穿于发射中间隔板的一组发射对插连接器实现电连接。射频光发板的射频输入端和射频光输出端，以及发射监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至发射屏蔽盒之外。为了实现组件的电磁兼容性必须隔离数字电路(发射监控板)和模拟电路(射频光发射板)，本发明首先将应用腔体设计成上下两个腔体，上层腔体布放射频光发射板，下层腔体布放发射监控板，中间通过对插连接器连接，对插连接器穿过上下腔体连接通槽。上下腔体只有两个连接通槽两个辐射通道，两个辐射通道被上层腔射频光发射板底层导电敷铜、下层腔体屏蔽凸台、下层监控电路板屏蔽栅栏形成的屏蔽腔彻底隔离开来，阻断了数模电路的辐射干扰路径。一组发射对插连接器包括2部分，一部分为集成在射频光发板上的第一发射对插连接器即阳型对插连接器，另一部为集成在发射监控板上的第二发射对插连接器即阴型连接器。由于射频光发板与发射监控板使用可插拔的对插连接器连通，不需要进行互连线缆的焊接，大大提高了组件功能单元的更换速度，提高了组件的可维修性。

参见图4，射频光发板上集成有发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级、发射激光器、发射光控温控电路、以及阳型对插连接器。发射限幅器的输入端形成射频光发板的射频光输入端。发射限幅器的输出端经由发射数控衰减器连接发射初级低噪声放大器的输入端。发射数控衰减器的控制端与阳型对插连接器连接。发射初级低噪声放大器的输出端经由发射次级低噪声放大器连接发射耦合器的输入端。发射耦合器支路输出端连接发射检波器的输入端，发射检波器的输出端与阳型对插连接器连接。发射耦合器的主路输出端连接发射温补衰减器的输入端。发射温补衰减器的输出端经由发射宽带增益均衡器连接发射π形衰减电路的输入端。发射π形衰减电路的输出端经由发射末级中功率放大级连接发射激光器的输入端。发射光控温控电路的输出端连接发射激光器的控制端。发射光控温控电路的感知端与阳型对插连接器连接。发射激光器的输出端形成射频光发板的射频输出端。发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射检波器、发射末级中功率放大级、发射激光器和发射光控温控电路的电源端与阳型对插连接器连接。

射频信号输入至射频光发板，首先经过旁路到地的发射限幅器进行大功率信号的削峰处理保护，保护后级的射频器件不因注入大功率(≥10dBm)信号而损坏。然后射频信号经过发射数控衰减器，发射数控衰减器由发射监控板控制，其主要作用是扩展光发射组件的输入信号动态范围，在输入信号过大(≥-10dBm)时衰减，经过发射数控衰减器后的射频功率将保持在组件的一个低噪声和高线性均衡的区间(-15dBm～-10dBm)。发射初级低噪声放大器将输入的射频信号进行初次放大，选用器件噪声系数约为2dB、增益15dB。发射次级低噪声放大器将发射初级低噪声放大器输出的主路射频信号再次放大，发射次级低噪声放大器与发射初级低噪声放大器的参数相同。发射次级低噪声放大器放大后的信号经由发射耦合器耦合。发射耦合器将主路信号上分出一部分功率送至对发射检波器进行射频功率检测，发射检波器输出检波电压送至发射监控板。发射耦合器将主路信号输出至发射温补衰减器，发射温补衰减器用于平衡高低温工作下射频光发板各级放大器(即发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器和发射末级中功率放大级)与发射激光器增益的变化。常规的射频光发射组件有着增益有着低温变大、高温变小的特性，本发明的发射温补衰减器则拥有低温衰减大、高温衰减小的特性，与射频光发射组件的高低温增益变化相抵，以达到组件增益稳定的目的。发射温补衰减器将温补衰减后的信号送至发射宽带增益均衡器，发射宽带增益均衡器为增益平坦度正斜率器件，用于均衡光发射组件宽带条件下的负斜率的增益衰落。发射π形衰减电路置于发射宽带增益均衡器之后，用来调节射频光发板射频增益。发射末级中功率放大级将发射π形衰减电路输出的信号线性放大至合适的功率送至发射激光器，发射末级中功率放大级输出功率≥20dBm。发射激光器在发射光控温控电路辅助下进行电/光变换，最终输出光功率，发射监控板通过检定发射光控温控电路给定发射激光器的偏置电压就可以通过查表的方式获得发射激光器的输出光功率信息。阳型对插连接器连接发射监控板的阴型对插连接器，其主要有三个作用别是：从发射监控板取电与地连接、将输入射频功率信息和输出光功率信息等感知信息输入发射监控板、将发射数控衰减器的控制信息从监控板输出给光发板。在本发明中，发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级和发射激光器的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。射频光发板使用宽带光电、射频器件，辅助多级宽带增益均衡设计使得组件可在完成多种射频功能的基础上实现30MHz～4GHz全频段超平坦(2dB)传输。

参见图4，发射监控板上集成有发射电源滤波电路、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射单片机、发射串口接口电路、阴型对插连接器。发射电源滤波电路的输入端形成发射监控板的直流电源输入端，发射电源滤波电路的输出端连接发射单片机、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射串口接口电路以及阴型对插连接器。发射电压电流检测电路和发射温度检测电路的输出端与发射单片机的输入端连接。发射串口接口电路的一端连接发射单片机输入输出口，发射串口接口电路的另一端形成发射电源滤波电路的串口管理端。

发射电源滤波电路对输入的直流电源进行旁路滤波，进行过流和电压反接保护。发射电压电流检测电路配合发射单片机的A/D转换器，对各组直流电源进行电压电流检测。发射温度检测电路配合发射单片机的A/D转换器进行组件的工作温度测量。发射串口接口电路配合发射单片机对外上报组件的各种状态信息、告警/预警信息、对内可实现对组件的软件升级和控制信息、工作模式下达。发射单片机是整个光发射组件的控制核心，它提取组件的输入/输出射频功率信息、输入输出光功率信息、输入电源的电压电流信息、组件工作温度信息、用户控制信息进行存储、分析、计算、比对，从而控制光发射/接收板的数控衰减器实现动态范围智能扩展及增益调节功能，实现信号输入功率过载告警、光功率输入过小告警、电流异常告警、温度异常告警以及组件亚健康状态预警。阴型对插连接器连接射频光发板的阳型对插连接器。本发明使用单片机采集组件内的电压、温度、输入输出射频功率/光功率，进行组件全状态参数监控，实现输入射频信号超幅告警、光功率过小/过载告警、工作温度告警等告警功能，通过监测并记录电流状态，通过监测历史记录的比对提前预警器件因器件虚焊、暗伤、老化导致的组件故障。使用单片机利用组件自身采集的输入/输出射频信号，控制光发射组件内的数控衰减器完成动态范围自动扩展功能。发射监控板通过腔体上的滤波连接器输入直流电源并和组件外部控制设备进行串口通信，通过板载对插连接器对射频光发板供电，采集射频光发板传递的射频功率信息、光功率信息，采集发射监控板板载的电压电流、温度等信息，结合发射单片机内部控制程序，对射频光发板进行智能化增益调控，进行组件状态上报及告/预警。

所述光接收组件完成输入光信号的感知、光功率自适应调节及光电变换，完成射频信号的放大、智能控制与输出功率感知，并完成组件自检，将自身的各种状态信息通过串口上报。所述光接收组件由高隔离度的接收屏蔽盒、射频光收板和接收监控板组成。参见图2和3，接收双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个接收中间隔板，并将接收屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体。在本实施例中，接收双层腔体屏蔽盒为单独铝锭铣出，包括上层腔体、下层腔体和接收中间隔层。接收中间隔板上设有射频光收板的带电过孔避让凹坑和供接收对插连接器贯穿的连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台，此凸台配合接收监控板相应贴合位置的金属化焊盘完成上下腔体对插连接通槽的屏蔽。射频光收板设置在接收屏蔽盒的上层，接收监控板设置在接收屏蔽盒的下层。射频光收板与接收监控板通过贯穿于接收中间隔板的一组接收对插连接器实现电连接。射频光收板的射频光输入端和射频输出端，以及接收监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至接收屏蔽盒之外。为了实现组件的电磁兼容性必须隔离数字电路(接收监控板)和模拟电路(射频光接收板)，本发明首先将应用腔体设计成上下两个腔体，上层腔体布放射频光收板，下层腔体布放接收监控板，中间通过对插连接器连接，对插连接器穿过上下腔体连接通槽。上下腔体只有两个连接通槽两个辐射通道，两个辐射通道被上层腔射频光收板底层导电敷铜、下层腔体屏蔽凸台、下层接收监控电路板屏蔽栅栏形成的屏蔽腔彻底隔离开来，阻断了数模电路的辐射干扰路径。一组接收对插连接器包括2部分，一部分为集成在射频光收板上的第一接收对插连接器即阳型对插连接器，另一部为集成在接收监控板上的第二接收对插连接器即阴型收连接器。由于射频光收板与接收监控板使用可插拔的对插连接器连通，不需要进行互连线缆的焊接，大大提高了组件功能单元的更换速度，提高了组件的可维修性。

参见图5，射频光收板上集成有接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器、接收π形衰减电路、以及阳型对插连接器。接收光衰减器的输入端形成射频光收板的射频光输入端。接收光衰减器的输出端连接接收光探测器的输入端，接收光路自适应电路的输入端连接接收光探测器的感知端，接收光路自适应电路的输出端连接接收光衰减器的控制端。接收光探测器的感知端与阳型对插连接器连接。接收光探测器的输出端经由接收初级低噪声放大器连接接收数控衰减器的输入端。接收数控衰减器的控制端与阳型对插连接器连接。接收数控衰减器的输出端经由接收温补衰减器与接收宽带增益均衡器的输入端连接。接收宽带增益均衡器的输出端经由接收次级低噪声放大器连接接收耦合器的输入端。接收耦合器的支路输出端连接接收检波器的输入端，接收检波器的输出端与阳型对插连接器连接。接收耦合器的主路输出端连接接收π形衰减电路的输入端，接收π形衰减电路的输出端形成射频光收板的射频输出端。接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收次级低噪声放大器和接收检波器的电源端与阳型对插连接器连接。

承载射频信息的光信号首先输入接收光衰减器，进行光路适应衰减后进入接收光探测器，接收光探测器与接收光衰减器和接收光路自适应电路依靠三者形成的一个基于模拟运放负反馈原理的回路来保证输入光收板在光功率变化一定范围时给接收光探测器的光功率恒定，从而保证接收光探测器输出射频信号的稳定。接收初级低噪声放大器将光探测器进行光/电变换后的微弱射频信号进行初次放大，选用器件噪声系数约为2dB、增益15dB。然后射频信号经过接收数控衰减器，接收数控衰减器由光接收组件的接收监控板控制，可实现光收组件的增益控制和稳幅输出功能。接收数控衰减器将射频信号送至接收温补衰减器，接收温补衰减器用于平衡高低温工作下光收板各级放大器(即接收初级低噪声放大器和接收次级低噪声放大器)与接收光探测器增益的变化。接收温补衰减器将射频信号送至接收宽带增益均衡器，接收宽带增益均衡器为增益平坦度正斜率器件，用于均衡光发射组件宽带条件下的负斜率的增益衰落。接收次级低噪声放大器将接收宽带增益均衡器输出的信号进行放大后送至接收耦合器，接收次级低噪声放大器用与接收初级低噪声放大器相同的型号。接收耦合器将接收次级低噪声放大器输出的主路信号分出一部分功率送至接收检波器进行射频功率检测，接收检波器输出检波电压送至接收监控板以完成对输出功率的检定。接收耦合器输出主路信号至接收π形衰减电路，接收π形衰减电路用于调整输出的信号功率并且实现阻抗匹配。阳型对插连接器连接接收监控板的阴型对插连接器，其主要有三个作用分别是：从接收监控板取电与地连接、将输出射频功率信息和输入光功率信息等感知信息输入接收监控板、将接收数控衰减器的控制信息从接收监控板输出给射频光收板。在本发明中，接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器和接收π形衰减电路的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。射频光收板使用宽带光电、射频器件，辅助多级宽带增益均衡设计使得组件可在完成多种射频功能的基础上实现30MHz～4GHz全频段超平坦(2dB)传输。

参见图5，接收监控板上集成有接收电源滤波电路、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收单片机、接收串口接口电路、阴型对插连接器。接收电源滤波电路的输入端形成接收监控板的直流电源输入端，接收电源滤波电路的输出端连接接收单片机、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收串口接口电路以及阴型对插连接器。接收电压电流检测电路和接收温度检测电路的输出端与接收单片机的输入端连接。接收串口接口电路的一端连接接收单片机输入输出口，接收串口接口电路的另一端形成接收电源滤波电路的串口管理端。

接收电源滤波电路对输入的直流电源进行旁路滤波，进行过流和电压反接保护。接收电压电流检测电路配合接收单片机的A/D转换器，对各组直流电源进行电压电流检测。接收温度检测电路配合接收单片机的A/D转换器进行组件的工作温度测量。接收串口接口电路配合接收单片机对外上报组件的各种状态信息、告警/预警信息、对内可实现对组件的软件升级和控制信息、工作模式下达。阴型对插连接器连接射频光发板的阳型对插连接器。本发明使用接收单片机采集接收组件内的电压、温度、输入输出射频功率/光功率，进行组件全状态参数监控，实现光功率过小/过载告警、工作温度告警等告警功能，通过监测并记录电流状态，通过统计比对提前预警器件因器件虚焊、暗伤、老化导致的组件故障。使用单片机利用组件自身采集的输出射频信号，控制光接收组件内的数控衰减器完成稳幅输出功能。接收监控板通过腔体上的滤波连接器输入直流电源并和组件外部控制设备进行串口通信，通过板载对插连接器对射频光收板供电，采集射频光收板传递的射频功率信息、光功率信息，采集接收监控板板载的电压电流、温度等信息，结合接收单片机内部控制程序，对射频光收板进行智能化增益调控，进行组件状态上报及告/预警。

所述射频光发板的射频输入端构成本一体化发射接收组件的射频输入端，射频光发板的射频光输出端通过光纤连接射频光收板的射频光输入端，射频光收板的射频输出端构成本一体化发射接收组件的射频输出端。发射监控板的直流电源输入端和接收监控板的直流电源输入端与外部电源连接。发射监控板的串口管理端和接收监控板的串口管理端与外部控制计算机连接。外部电源连接和外部控制计算机连接均通过屏蔽盒上设有的滤波连接器接入。

光发射组件的发射屏蔽盒和光接收组件的接收屏蔽盒均为高隔离度双层腔体屏蔽盒，其包括上盖板、下盖板和双层腔体。所述高隔离度双层腔体屏蔽盒完成射频光发板/光收板和监控板的封装及隔离，滤波连接器的承载安装，以及对外提供机械安装接口。所述上盖板完成上层腔体对外屏蔽，下盖板完成下层腔体的对外屏蔽，所述双层腔体为单独铝锭铣出，包括上层腔体、下层腔体和中间隔板，中间隔板有射频光发/光收板的带电过孔避让凹坑及对插连接器的连接通槽，连接通槽周围设计屏蔽凸台，此凸台配合监控板相应贴合位置的金属化焊盘完成上下腔体对插连接通槽的屏蔽。本发明在结构设计方面进行上下层独立腔体全屏蔽叠层对插设计实现发射/接收板与监控板的对插连接，配合电路板屏蔽栅栏设计在有效隔离上下腔体电磁辐射干扰，并实现良好的可维修性。进行光发射组件、光接收组件不区分一体化设计、实现了两种组件结构体的通用性。由于光发射组件与光接收组件的信号流向相反，因此其器件布局也大不一样，为实现收/发组件不区分一体结构设计本发明使用两种设计方法：第一种，由于光发板与光收板为微波板底层为整体导电敷铜并贴合上层腔体中间隔层，为避让带电过孔在中间隔层上设置了带电过孔避让凹坑，本发明设计的腔体中间隔层设置的带电过孔避让凹坑可以同时兼容光发板与光收板。第二种，在中间隔层上设计了两个上下腔体连通槽来做对插连接器的通道，光发板/光收板与监控板连通时均只使用其中一个。

本发明的射频光发板和光接收组件使用宽带光电、射频器件，辅助多级宽带增益均衡设计使得组件可在完成多种射频功能的基础上实现30MHz～4GHz全频段超平坦(2dB)传输。所述宽带光电器件包括：激光器、探测器。所述射频器件包括光发射/接收板包含的限幅器、初级放大器、耦合器、次级放大器、数控衰减器、未级中功率放大器。以上所有选用器件工作带宽完全覆盖30MHz～4GHz，在工作带宽内的增益平坦度均能保证在3dB以内。射频光传输链路的增益平坦度不单单由使用器件决定，还受级与级之间阻抗匹配程度、传输线及传输线上的电阻、电容和分布参数影响，总体来说链路的增益曲线还是单调负斜率向下的，在不使用宽带均衡器的基础上全带宽的增益平坦度预计在8dB。本发明分别在光发板和光收板上各设计了一个宽带增益均衡器，通过ADS电路仿真和实际调试，利用其正斜率特性有效抵消了电路上各级器件带来的负斜率，实现了30MHz～4GHz宽带2dB的增益平坦度。采用矢量分析仪对本发明进行测试所得到的增益带内平坦度曲线(S21)，输入驻波测试曲线(S11)和输出驻波测试曲线(S22)，如图6所示。

本发明可实现组件输入输出射频功率/光功率、电压、电流、温度的数字化信息采集和监控。实现输入射频信号超幅告警、光功率过小/过载告警、工作温度告警等告警功能，提前预警器件因器件虚焊、暗伤、老化导致的组件故障。

输入/输出射频功率信息采集是通过光发射/接收板上的耦合检波电路配合监控板上的单片机完成，耦合检波电路主要包含耦合器和检波器，光发板的信号测试点置于次级低噪声放大器之后、光收板的信号测试点置于次级低噪声放大器之后，耦合器将测试点的信号主路上分出一部分功率送至对数检波器进行射频功率检测，对数检波器输出随射频功率变化的检波电压通过对插连接器送至监控板单片机的A/D转换器进行数字化处理，数字化后的射频功率信息与单片机内部已有的功率信息表进行比对从而得到输入/输出功率值，功率信息表是在组件调试时使用仪表测试组件输入/输出的功率值并匹配相应的单片机A/D转换器采集的数据而建立的。

输入/输出光功率信息采集是将探测器/激光器的偏置电压通过对插连接器送至单片机A/D转换器进行数字化处理，数字化后的射频功率信息与单片机内部已有的功率信息表进行比对从而得到输入/输出功率值，功率信息表是在组件调试时使用仪表测试组件输入/输出的功率值并匹配相应的单片机A/D转换器采集的数据而建立的。

监控板内集成了电压电流检测电路、温度检测电路、多功能单片机(集成多路A/D、D/A转换器)、串口接口电路、阴型对插连接器。电压电流检测电路配合单片机的A/D转换器，对各组直流电源进行电压电流检测。温度检测电路配合单片机A/D转换器进行组件的工作温度测量。多功能单片机是整个组件的监控核心，它通过提取组件的输入/输出射频功率信息、输入输出光功率信息、输入电源的电压电流信息、工作温度信息进行实时的数字化、存储、计算、分析、比对，可以发现因器件虚焊、暗伤、老化导致的参数状态突变或缓慢变化，从而对组件健康状态进行提前预警。通过设置告警阈值，就可以实现信号输入功率过载告警、光功率输入过小告警、电流异常告警、温度异常告警。

本发明可以提供多种工作模式可选，包括：常规模式、动态范围智能扩展模式、稳幅输出模式可选，三种模式可以通过外部计算机通过组件串口设置。

常规模式常用于用户对传输链路有自己的主观控制需求，并根据自身需求来配置组成参数。设置成常规模式时，光发射组件及光接收组件由外部控制接口通过组件串口配置光发射/接收板上的数控衰减器来控制组件的增益，组件内部不自行进行增益配置。

动态范围智能扩展模式配置于光发射组件，常用于复杂电磁环境和对组件传输的信号动态范围比较大的场景，设置成动态范围智能扩展模式时利用光发射组件自身采集的输入射频信号的功率信息，自动控制组件内的数控衰减器完成输入射频信号动态范围自动扩展。在光发射组件中，监控板单片机判断输入信号是否接近过载值，当输入信号功率达到过载点就控制光发板的数控衰减器加大对输入的信号进行衰减，保证到达检测点的信号功率低于过载值。当输入信号低于过载点时也控制光发板的数控衰减器减小对输入信号的衰减，通过不断的功率检测、比对、衰减控制、功率检测不断循环从而达到输入信号功率动态范围自动调整的功能，最大调整范围取决于数控衰减器的调节范围，本例使用的数据衰减器调节范围为31dB，因此输入射频信号动态范围自动扩展的极限也是31dB。

稳幅输出模式配置于光接收组件，常用于传输时钟、本振等需要稳幅输出的射频光传输，常用来消除输入信号波动、光路插损波动、器件高低温增益波动带来的输出信号功率的不稳定状态。当光收设置成稳幅输出模式时，外部控制计算机通过串口给光接收组件一个输出目标功率值，光接收组件内部监控板上的单片机利用组件自身采集的输出射频信号的功率值与输出目标功率值比较，如果输出射频信号的检定功率值与设置射频功率值不一致则依靠单片机控制光收板内的数控衰减器的衰减值来达到输出功率与目标功率值的一致。

本发明在结构设计方面进行上下层独立腔体全屏蔽叠层对插设计实现发射/接收板与监控板的对插连接，配合电路板屏蔽栅栏设计在有效隔离上下腔体电磁辐射干扰，并实现良好的可维修性；进行光发射组件、光接收组件不区分一体化设计、实现了两种组件结构体的通用性。由于光发射组件与光接收组件的信号流向相反，因此其器件布局也大不一样，为实现收/发组件不区分一体结构设计本发明使用两种设计方法：第一种，由于光发板与光收板为微波板底层为整体导电敷铜并贴合上层腔体中间隔层，为避让带电过孔在中间隔层上设置了带电过孔避让凹坑，本发明设计的腔体中间隔层设置的带电过孔避让凹坑可以同时兼容光发板与光收板；第二种，在中间隔层上设计了两个上下腔体连通槽来做对插连接器的通道，光发板/光收板与监控板连通时均只使用其中一个。由于光发板/光收板与监控板使用可插拔的对插连接器连通，不需要进行焊接，大大提高了组件功能单元的更换速度，提高了组件的可维修性。

为了实现组件的电磁兼容性必须隔离数字电路(监控板)和模拟电路(光发射板/光接收板)，本发明首先将应用腔体设计成上下两个腔体，上层腔体布放光发板/光收板，下层腔体布放监控板，中间通过对插连接器连接，对插连接器穿过上下腔体连接通槽；上下腔体只有两个连接通槽两个辐射通道，两个辐射通道被上层腔光发板/光收板底层导电敷铜、下层腔体屏蔽凸台、下层监控电路板屏蔽栅栏形成的屏蔽腔彻底隔离开来，阻断了数模电路的辐射干扰路径。

本发明通过多功能单元集成化设计将传统射频光传输设备中的射频放大模块、光发射/接收模块、监控模块进行高隔离度整合，并开创基于多信息感知的智能化控制模式以适用于各种应用场景，且实现30MHz～4GHz全频段增益超平坦覆盖。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，该一体化发射接收组件包括光发射组件和光接收组件；其特征是，

所述光发射组件由发射屏蔽盒、射频光发板和发射监控板组成；发射双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个发射中间隔板，并将发射屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体；射频光发板设置在发射屏蔽盒的上层，发射监控板设置在发射屏蔽盒的下层；射频光发板与发射监控板通过贯穿于发射中间隔板的一组发射对插连接器电连接；射频光发板的射频输入端和射频光输出端，以及发射监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至发射屏蔽盒之外；

所述光接收组件由接收屏蔽盒、射频光收板和接收监控板组成；接收双层腔体屏蔽盒的内腔中设有一个接收中间隔板，并将接收屏蔽盒的内腔分隔为上下两层相对独立的腔体；射频光收板设置在接收屏蔽盒的上层，接收监控板设置在接收屏蔽盒的下层；射频光收板与接收监控板通过贯穿于接收中间隔板的一组接收对插连接器电连接；射频光收板的射频光输入端和射频输出端，以及接收监控板的直流电源输入端和串口管理端引出至接收屏蔽盒之外；

射频光发板的射频输入端构成本一体化发射接收组件的射频输入端，射频光发板的射频光输出端连接射频光收板的射频光输入端，射频光收板的射频输出端构成本一体化发射接收组件的射频输出端；发射监控板的直流电源输入端和接收监控板的直流电源输入端与外部电源连接；发射监控板的串口管理端和接收监控板的串口管理端与外部控制计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，射频光发板上集成有发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级、发射激光器、发射光控温控电路、以及第一发射对插连接器；

发射限幅器的输入端形成射频光发板的射频输入端；发射限幅器的输出端经由发射数控衰减器连接发射初级低噪声放大器的输入端；发射数控衰减器的控制端与第一发射对插连接器连接；发射初级低噪声放大器的输出端经由发射次级低噪声放大器连接发射耦合器的输入端；发射耦合器支路输出端连接发射检波器的输入端，发射检波器的输出端与第一发射对插连接器连接；发射耦合器的主路输出端连接发射温补衰减器的输入端；发射温补衰减器的输出端经由发射宽带增益均衡器连接发射π形衰减电路的输入端；发射π形衰减电路的输出端经由发射末级中功率放大级连接发射激光器的输入端；发射光控温控电路的输出端连接发射激光器的控制端；发射光控温控电路的感知端与第一发射对插连接器连接；发射激光器的输出端形成射频光发板的射频光输出端；发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射检波器、发射末级中功率放大级、发射激光器和发射光控温控电路的电源端与第一发射对插连接器连接。

3.根据权利要求2所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，发射限幅器、发射数控衰减器、发射初级低噪声放大器、发射次级低噪声放大器、发射耦合器、发射检波器、发射温补衰减器、发射宽带增益均衡器、发射π形衰减电路、发射末级中功率放大级和发射激光器的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。

4.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，

射频光收板上集成有接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器、接收π形衰减电路、以及第一接收对插连接器；

接收光衰减器的输入端形成射频光收板的射频光输入端；接收光衰减器的输出端连接接收光探测器的输入端，接收光路自适应电路的输入端连接接收光探测器的感知端，接收光路自适应电路的输出端连接接收光衰减器的控制端；接收光探测器的感知端与第一接收对插连接器连接；接收光探测器的输出端经由接收初级低噪声放大器连接接收数控衰减器的输入端；接收数控衰减器的控制端与第一接收对插连接器连接；接收数控衰减器的输出端经由接收温补衰减器与接收宽带增益均衡器的输入端连接；接收宽带增益均衡器的输出端经由接收次级低噪声放大器连接接收耦合器的输入端；接收耦合器的支路输出端连接接收检波器的输入端，接收检波器的输出端与第一接收对插连接器连接；接收耦合器的主路输出端连接接收π形衰减电路的输入端，接收π形衰减电路的输出端形成射频光收板的射频输出端；接收光衰减器、接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收次级低噪声放大器和接收检波器的电源端与第一接收对插连接器连接。

5.根据权利要求4所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，接收光探测器、接收光路自适应电路、接收初级低噪声放大器、接收数控衰减器、接收温补衰减器、接收宽带增益均衡器、接收次级低噪声放大器、接收耦合器、接收检波器和接收π形衰减电路的工作带宽覆盖30MHz～4GHz的频段。

6.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，发射监控板上集成有发射电源滤波电路、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射单片机、发射串口接口电路、第二发射对插连接器；

发射电源滤波电路的输入端形成发射监控板的直流电源输入端，发射电源滤波电路的输出端连接发射单片机、发射电压电流检测电路、发射温度检测电路、发射串口接口电路以及第二发射对插连接器；发射电压电流检测电路和发射温度检测电路的输出端与发射单片机的输入端连接；发射串口接口电路的一端连接发射单片机输入输出口，发射串口接口电路的另一端形成发射电源滤波电路的串口管理端。

7.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，接收监控板上集成有接收电源滤波电路、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收单片机、接收串口接口电路、第二接收对插连接器；

接收电源滤波电路的输入端形成接收监控板的直流电源输入端，接收电源滤波电路的输出端连接接收单片机、接收电压电流检测电路、接收温度检测电路、接收串口接口电路以及第二接收对插连接器；接收电压电流检测电路和接收温度检测电路的输出端与接收单片机的输入端连接；接收串口接口电路的一端连接接收单片机输入输出口，接收串口接口电路的另一端形成接收电源滤波电路的串口管理端。

8.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，发射中间隔板上设有射频光发板的带电过孔避让凹坑和连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台；接收中间隔板上设有射频光收板的带电过孔避让凹坑和供接收对插连接器贯穿的连接通槽，且连接通槽周围设计屏蔽凸台。

9.根据权利要求1所述的一种多用途宽带智能射频光电一体化发射接收组件，其特征是，外部控制计算机通过组件串口设置来对光发射组件和/或光接收组件进行工作模式控制，其中工作模式包括常规模式、动态范围智能扩展模式和稳幅输出模式；常规模式配置于光发射组件和光接收组件；动态范围智能扩展模式配置于光发射组件；稳幅输出模式配置于光接收组件。

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