Ricevitore ottico per frequenza campione

Il segnale di riferimento per il mio ricetrasmettitore satellitare per il QO-100 viaggia su fibra ottica monomodale a 1550 nm e, per poter essere utilizzato, deve essere convertito nuovamente in elettrico. 

La fibra ottica monomodo è impiegata nel campo delle telecomunicazioni per le sue caratteristiche di larghissima banda e bassissima attenuazione (0.2 dB/km), è un sottile filo di vetro del diametro di 125 um (0.125 mm) in cui la luce viaggia però nel nucleo centrale che ha un diametro di soli 10 um (1/100 di millimetro).  La connessione ottica richiede speciali connettori in grado di allineare le due ferule in zirconia del diametro di 2.5 mm, al cui interno è incollata la fibra, con grande precisione in modo assicurare che i due nuclei - da 1/100 di millimetro - siano perfettamente affacciati e che la connessione ottica avvenga con una perdita minima, tipicamente 0.3 dB. L'attestazione dei connettori richiede lavorazioni particolari eseguibili soltanto in fabbrica, ci sono anche connettori installabili in campo ma sempre mediante attrezzature speciali.

Fibre ottiche multimodo sono impiegate nei moderni televisori o negli impianti ad alta fedeltà per scopi di interconnessione, sono fibre plastiche dal diametro di 1 mm in cui la luce viaggia praticamente in tutto il diametro della fibra; è evidente che in tal caso l'allineamento della connessione è molto più semplice trattandosi di due circonferenze da 1 mm di diametro. In questo ambito i costi sono più bassi, le sorgenti ottiche sono LED rossi (per le monomodo ci vogliono i Laser), è semplice attestare un connettore impiegando un attrezzo a crimpare ma le prestazioni sono molto limitate; attenuazione di 1dB/m (1000 dB/km) e banda di 5 MHz*km.

Da alcuni anni la fibra ottica monomodale si sta affermando nel campo della TV per i cablaggi di edificio, modulatori ottici situati accanto alle antenne trasformano lo spettro RF in un segnale ottico che viene diviso e su più rami e distribuito ad albero a tutti gli appartamenti. Nell'appartamento, e nelle vicinanze del televisore/decodificatore, il segnale ottico viene riconvertito in elettrico per essere utilizzato. Sono commercialmente disponibili trasmettitori e ricevitori ottici, cavi ottici monomodali pre-connettorizzati, bretelle ottiche ed altri accessori che consentono la realizzazione degli impianti di distribuzione televisiva sfruttando le proprietà delle fibre ottiche: bassissima attenuazione, larghissima banda, piccoli diametri dei cavi che sono completamente dielettrici ed installabili nelle medesime condutture dei cavi di energia. 

Per il ricevitore occorre partire da un fotodiodo attestato ad un connettore ottico. Ho iniziato a fare un po' di prove impiegando dei fotodiodi con connettori LC che ho nel cassetto e che lavorano alla lunghezza d'onda di 1300 nm ma poi ho pensato di modificare un ricevitore ottico per TV fabbricato da una storica ditta di Roma che si sta affermando nel campo degli impianti di telecomunicazione residenziale in fibra ottica e vanta brevetti internazionali e innovazioni tecnologiche in corso di standardizzazione IEC.

E' stata una scelta comoda poichè il fotodiodo (PIN) è montato su un comune connettore SC/APC (il connettore LC è meno diffuso ed è usato per la strumentazione), il contenitore è molto compatto e saldabile a stagno, c'è un misuratore di livello ottico che fa accendere un LED verde (OPT) sul pannello quando il livello ottico è sufficiente (>-9 dBm) che diventa arancione quando il livello ottico è eccessivo (>+3 dBm). L'alimentazione era fornita tramite un connettore F e l'uscita RF stava su un altro connettore F; li ho tagliati ed ho saldato al loro posto rispettivamente un condensatore passante ed un connettore SMA.

All'interno, nell'area in cui sta il MMIC che amplifica il segnale del fotodiodo, ho posizionato la basetta di vetronite da 0.8 mm con il circuito in stile Manhattan; piazzole circolari di vetronite incollati alla basetta e integrato con terminali accorciati e sostenuto da due piazzole dello stesso tipo. 

Usando una basetta sottile e mantenendo bassa la quota di tutti i componenti si riesce a chiudere il coperchio di lamiera stagnata con alcuni punti di saldatura, la parte interna del coperchio è stata rivestita di nastro Kapton.

Notare il piccolo condensatore azzuro che preleva il segnale sul catodo del PIN, la resistenza di terminazione in alto a destra dell'ex segnale di uscita proveniente dal MMIC ed il prelievo della +5 V dal 78M05.

La parte a sinistra rappresenta la sezione di polarizzazione del PIN, già presente nel ricevitore originale, a destra il nuovo circuito per gestire il segnale digitale.

Il preamplificatore a RF innalza il livello del segnale, lo consegna al primo inverter che è polarizzato come amplificatore lineare, gli stadi successivi squadrano ulteriormente il segnale e l'ultimo ne incrementa la corrente erogabile.

Ho usato il BFR91 perchè l'avevo nel cassetto e perchè la sua struttura planare fa comodo per questo tipo di montaggio superficiale, data la moderata frequenza in gioco va bene qualsiasi altro transistor preamplificatore RF.