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利用光缆解决音频信号传输问题 摘要：探讨了用光缆传输音频信号和光发射机的工作 原理及其温 度、噪声的自动控制。 关键词：光发射机 光缆传输 信号质量 1 前言 濮阳人民广播电台播控中心与发射机房相距 200 多米， 调频机房又与调幅发射机房相距 7 千多 米，给广播节目信 号的传输带来了极大的不便。为了保证信号安全优质地传 输到发射机，几 年来，想尽了方法，均因故障率高、传输 不佳而终止。 1998 年 10 月我台购置了 1kW 调频发射机和数字音频工 作站，使我台首次实现了音频 信号由模拟向数字化的转变。 由播控中心至发射机房的音频信号采用了音频电缆传输， 但由 于距离远，信号衰减大，推动发射机困难，达不到技 术标准，故又增加了音频放大器、调音 台等周边设备。但 却出现了噪声问题，经过反复调试和配接，音质仍达不到 预定效果。最后 ，在中控机房增加了 50W 小调频发射机， 在发射机房增加了调频、调幅接收机，用 无线发射、无线 接收的方法替代了音频电缆。但由于中间设备增多，故障 率也就随着增高， 给人力和物力都造成了极大的浪费，停 播率也相对增高。 近几年来，随着广播事业的不断发展，光缆传输系统 以其频带宽、容量大、损耗小、抗干扰 能力强、非线性失 真小、工作稳定、维护方便等优点，越来越多地在音频信 号的传输中得到 应用。而光纤设备和光缆的成本也很低， 无论从目前还是从长远来看，都是音频电缆无法 比拟的。 光缆传输已经成为广播电视系统传输的主要手。 2 光纤线路在光传输网络中的 根据传输设备的不同，光纤线路在光传输网络中主要 有两种应用：一种为数字传输， 一般为 PDH、SDH 制式。 PDH 目前较少用于广播电视传输，多用于数据传输。SDH 多 用于组建干 线传输网，也是目前广电系统采用的传统模式。 另一种为 AM 模拟传输，AM 模拟有线电视光传 输系统又可 分为直接调制调幅和外调制调幅系统。直接调制调幅系统 是半导体、激励器直接 光强度调制，将调频电信号转换成 调幅光信号进行传输。(DFB)激励器，其光谱线窄、线性 好、输出功率高(可达十几 mW)、光波长为 1310nm，目前使 用最多，适用于中短 距离传输。 3 光发送机 上海广电集团生产的光发送机 KD-50A 型，其内部集成 有光隔离器、热敏电阻、光功率监测及 控制所需的光电二 极管，可以提供高线性、低噪声、高功率(最高达 20mW)的 激光 输出。热敏电阻电阻值为 10k 佟舛 、激光器 偏值静态输 入电流为 100mA，负偏值电压范围为50V。 光检测二极管(PD )阳极电流为 1001 600 霢。致冷器 (TEC)正常温度为 25。射频输入正极阻抗为 25 佟 31DFB 激励器 DFB 激励器的射频特性与器件的偏值电流关系很大。当 偏值电流超过阈值时，光功率线性 增加，激励器的频率特 性(如噪声频响失真)与光功率的平方根(或超过阈值的偏值 电流) 成比例。光发射机中激光器的光输出功率非常稳定。 激光器的阈值电流、偏值电流和光输出 功率都与激光器的 工作温度有密切关系。激光器的内部发热都使其性能大大 降低，因此， 光发送机的自动功率控制(APC)电路和自动 温度控制(ATC)电路在保证光发送机正常工作中起 着非常 重要的作用。 32 自动功率控制(APC)电路 当激光器的偏值电流大于其阈值电流时，加到激励器 中激光二 极管上的偏值电流与激光器的输出功率基本上成 正比的关系。LED 是通过改变驱动电流来进 行直接调制的， 因此，自动功率控制(APC)电路就是利用激光器内的光电检 测二极管(PD)检 测激 光器的输出光功率，并根据光电二 极管的输出电流产生一个电压，把它与预置的一个参考电 压进行比较，经过反馈控制电路驱动一个稳定的电流源， 从而达到自动调节激光器的光输出 功率，保证激光器正常 工作的目的。当光功率增大时，控制电路促使驱动器电流 减小，使输 出功率减小；当光功率减小时，控制电路又使 激光器的控制电流增大，从而使输出光功率增 加。输出光 功率的波动不超过一定的范围。 其工作过程是：激励器的背向输出光由光电检测二极 管(PD)接收后转化为光电压，经 N1 放 大后送至比较器 N2 的反向输入端；从直流稳压电源中取出的直流参考电压送 往比较器 N1 的同 相输入端。V1 和 V2 组成直流恒流源，向 激光器提供偏值电流，该偏值电流的大小通过调节 直流参 考电压来实现。 除了直流供电电压外，光功率控制电路中还有两个附 加电路：一个是慢启动电路，当光发送 机开机时，这个电 路使激光器的偏值电流延时 2s 后才由零增加到设定值，以 消除 瞬时冲击电流损坏激光器；另一个是限流器，通过限 流电路控制激光器电流的最大值， 即使光电检测三极管损 坏，也不会导致激光器的偏值电流失去控制而烧毁激光器。 33 自动温度控制(ATC)电路 激光器的阈值电流、偏值电流、输出光功率与激光器 的工作温度有密切关系。激光器的阈值 电流随温度变化， 随着温度的升高，激光器的效率降低，使输出光功率及激 励器发射波的峰 值发生变化。为了保证激光器的工作状态 即阈值电流不变，输出功率不变，必须通过自动温 度控制 (ATC)电路来控制致冷器的工作状态，消除温度变化。 其工作过程是：当激光器温度变化时，热敏电阻的电 阻值随之变化，可设定一个参考值与其 进行比较。误差电 压驱动一个放大电路，由它向电子致冷器提供电流。自动 温度 控制电路通过改变加到激励器内致冷器上的电流大小 和方向，对激光器进行加热或致冷， 从而控制激励器的工 作温度，稳定激光器的输出功率。当激光器温度升高时， 致冷器致冷， 激光器温度下降；当激光器温度降低时，致 冷器加热，激光器温度上升。自动温度控制(ATC )电路可 以使激光器的工作温度控制在 25范围内，使光发送机的 输出光功率在较大的温度 范围内保持稳定。 4 光纤的损耗 光纤的连接分为熔接和磨接，无论何种连接都会产生 接头损耗。1310nm 的光纤 衰减系数(a) 为 035dB/km 。无论信号传输远近，光缆的连接都需要进行 光纤 熔接 ，其接头熔接损耗一般在 005dB 以下。因此 在计算光纤自动损耗时还应考虑接头 和其他损耗(2km 一般 取 1dB)。L 长度光纤的损耗Am aL 10 dB035L 10dB 。我台所用光缆的长度为 200 多 米，两个熔接 头损耗一个为 002dB ，另一个为 003dB 。两个活接头的接头损耗均 达到了技术要求。 5 光缆的噪声 光缆的噪声主要分为激光器噪声、热噪声和侵入噪声。 激光器噪声、热噪声是由设备的制造 工艺造成的，侵入噪 声是由外界无线电通信、广播和电视等信号造成的。 6 结论 我们利用光缆传输两套节目：综合节目为 1001MHz 、1kW 立体声调 频广播，经济频道为 91MHz、5kW 立体