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车载无线光通信的信标光和信号光发射模块的研究

作　者: 冀勇
导　师: 吴尽昭
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线光通信信标光发射模块信号光发射模块脉冲电路
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线光通信(Wireless optical communication,WOC)是一种在世界上新崛起的可与光纤通信形成鼎足之势且潜力巨大的通信方式。而车载无线激光通信是其在地面上特定的实现形式,它的出现为军事应用提供了一种新的无线通信手段。它具有高保密性、设备不占用有限的无线电频率资源、可以与现有无线电通信设备同时使用,实现性能互补以及能大幅度提高信息传输速度等优点。因此,将其应用在军事通信上可以极大地提高了武器系统在恶劣电磁环境中的通信和信息交换能力。由此可见,车载无线激光通信在军事应用上起着举足轻重的作用。本文主要是关于车载无线激光通信发射机中的两类光发射模块的研究和设计。在对大气激光通信发射机系统的组成部分和关键技术研究的前提下,从理论和实验上研究了无线激光通信发射机中的信标光发射模块和信号光发射模块。在车载无线激光通信这样的应用背景下,设计出了适合远距离通信、高输出光功率的两类发射模块,并对各发射模块的电路设计原理做了详细分析。测试结果表明,所设计的两类模块基本符合技术指标的要求。在总结前人工作的基础上,本论文的主要工作和贡献体现在如下几个方面:1.信标光驱动电路设计方面:通过自动增益控制电路将驱动电压设置在恒定值从而进一步使得激光器驱动电流恒定,使得驱动电流控制精度做的更好,通过外部温度辅助控制电路使得该驱动电路电流受外界温度干扰小;2.信标光脉冲电路设计中:采用FPGA设计脉冲信号源,通过软件编程可调输出频率,即使输出5Hz的脉冲频率,但驱动激光器的脉冲频率仍是10KHz或更大,这样的设计极大的保护了激光器,导通状态持续时间短使得功率转换期间功耗也明显降低;3.在信号光发射模块设计中:利用光纤通信中的EDFA技术设计该模块,实现了对信号光的高增益输出,很好地解决了输出光功率和调制频率相互制约的问题。该模块升级方便,一般只需更换小功率信号光源,升级成本低。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 论文研究背景  10-11
  1.2 无线激光通信系统概述  11-14
    1.2.1 无线光通信应用分类和研究意义  12-13
    1.2.2 无线光通信系统的国内外研究状况  13-14
      1.2.2.1 国外研究现状  13-14
      1.2.2.2 国内研究现状  14
  1.3 光发射模块的关键技术研究现状  14-16
  1.4 主要研究内容和工作成果  16-17
  1.5 论文安排  17
  1.6 本章小结  17-18
第二章光发射模块方案设计的对比和选取  18-27
  2.1 无线光通信发射机总体设计  18-21
    2.1.1 激光发射机组成  18-19
    2.1.2 发射模块方案考虑  19
    2.1.3 两类发射模块技术要求  19
    2.1.4 两类发射模块的发-收功率估算  19-21
  2.2 发射模块子系统概述  21-23
    2.2.1 光源的关键技术  21-22
    2.2.2 半导体激光器特性  22-23
      2.2.2.1 P-I 特性  22
      2.2.2.2 调制特性  22-23
      2.2.2.3 P-T 特性  23
  2.3 驱动电路介绍  23-24
    2.3.1 激光器驱动原理  23-24
    2.3.2 通用的光发射模块组成原理  24
  2.4 调制方式与驱动方式的选取  24-26
    2.4.1 调制方式对比与选择  24-25
    2.4.2 驱动方式对比与选择  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章信标光发射模块设计  27-55
  3.1 设计参照分析  27-28
  3.2 信标光发射模块设计原理和光源选择  28-30
  3.3 温度控制  30-33
    3.3.1 半导体热电制冷器  30-31
    3.3.2 温度传感器  31-33
  3.4 驱动电路和控制电路设计  33-52
    3.4.1 LD 驱动电路设计  33-36
    3.4.2 自动温度控制(ATC)电路设计  36-44
      3.4.2.1 热敏电阻前置放大电路设计  37-39
      3.4.2.2 热电制冷（TEC）控制电路设计  39-44
    3.4.3 慢启动电路设计  44-46
    3.4.4 激光器保护电路的设计  46
    3.4.5 脉冲信号源设计  46-50
    3.4.6 电源电路设计  50-52
  3.5 PCB 制作  52-54
    3.5.1 信号完整性分析  52-54
    3.5.2 阻抗匹配设计  54
  3.6 本章小结  54-55
第四章信号光发射模块设计  55-64
  4.1 基于EDFA 的通信发射模块概述  55
  4.2 信号光发射模块设计  55-62
    4.2.1 光纤放大器  55-58
    4.2.2 EDFA 的特性及性能指标  58
    4.2.3 光源模块  58-59
    4.2.4 电信号接口设计  59-62
      4.2.4.1 PECL (Positive Emitter-Coupled Logic)电平  59-60
      4.2.4.2 LVDS (Low-Voltage Differential Signals)电平  60
      4.2.4.3 LVDS 到LVPECL 的连接  60-61
      4.2.4.4 PECL 到LVDS 电路设计  61-62
  4.3 制作PCB 板考虑的因素  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章试验测试  64-73
  5.1 信标光发射模块实验测试  64-67
    5.1.1 模块设计指标、输入接口、装置连接  64-65
    5.1.2 实验测试结果  65-66
    5.1.3 测试结果与功能指标对比  66-67
  5.2 信号光发射模块实验测试  67-72
    5.2.1 信号光测试指标、实验装置说明  67-68
    5.2.2 信号光测试结果说明  68-71
    5.2.3 信号光测试结果与功能对比  71-72
  5.3 本章小节  72-73
第六章总结和展望  73-75
参考文献  75-77
致谢  77-78
在研期间参加的课题及发表论文  78-79
附录  79-83

车载无线光通信的信标光和信号光发射模块的研究

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