Принцип организации связи по кабельным магистралям.

По междугородним кабельным линиям связь организовывается по двухпроводной или четырехпроводной схеме.

 

 

Рис. 1. Двухпроводная система связи

 

 

Рис. 2. Четырехпроводная система связи

 

При двухпроводной схеме передачи в прямом и обратном направлениях осуществляется по одной паре проводников (жил). При четырехпроводной схеме связь в прямом направлении осуществляется по одной паре проводников, а в обратном направлении – по другой. Сравнивая эти схемы по дальности и устойчивости связи, по числу каналов и взаимозащищенности между цепями, можно отметить следующее:

1. По устойчивости и дальности связи преимущество на стороне четырех проводных систем. При двухпроводной системе для разделения передач в прямом и обратном направлениях на входе и выходе каждого усилителя (У1 и У2) необходимо ставить разделительные фильтры (Ф). Эти фильтры вносят искажения и ограничивают дальность связи (не более 40 усилительных участков). При четырехпроводной системе связи для прямой и обратной передачи используются различные пары, и в разделительных фильтрах нет необходимости.

2. По числу получаемых каналов двухпроводные и четырехпроводные системы высокочастотной связи равноценны.

3. По защищенности цепей от взаимных помех в лучших условиях находятся двухпроводные цепи (совпадающий режим передачи). При четырехпроводной связи по цепям осуществляется встречная передача и возможны большие взаимные влияния. Установлено, что в наихудших условиях (в смысле взаимного влияния) находятся встречная передача.

 

Рис. 3. Двухпроводная система связи

 

Рис. 4. Четырехпроводная система связи

 

 

 

Рис. 5. Совпадающий режим передачи Рис. 6. Встречный режим передачи

 

Оценивая двух- и четырехпроводную системы связи в целом (по всем параметрам), следует подчеркнуть, что четырехпроводная схема обладает существенными преимуществами по устойчивости и дальности связи и равноценна двухпроводной по числу каналов. Поэтому четырехпроводная схема является наиболее целесообразной для организации дальней высококачественной связи. Для повышения помехозащищенности цепей и устранения нежелательного режима встречной передачи симметричные кабельные магистрали строят, как правило, по двухкабельной схеме связи. В этом случае прямые и обратные цепи находятся в отдельных кабелях. Цепи прямой и обратной передачи можно разделить при помощи электромагнитных экранов.

На коаксиальных кабельных магистралях применяется четырехпроводная схема связи при однокабельной организации передачи, в силу высоких экранирующих свойств коаксиальных кабельных цепей.

На воздушных линиях применяется двухпроводная система связи, т.к. для устранения недостатков встречного режима передачи пришлось бы сооружать две параллельные воздушные линии, что нецелесообразно.

 

Волоконно-оптические кабели

1. Основные положения. Световоды.

Видимый спектр света на шкале частоты, расположен между инфракрасными и ультрафиолетовыми диапазонами (см. табл. 1).

Таблица 1.

  ИКЛ ВЛ УФЛ
f, Гц 1012 - 4×1014 4×1014 - 0,75×1015 0,75×1015 - 1017
l, мкм 300 - 0,75 0,75 – 0,4 0,4 – 0,03

Для связи по световоду используют видимые лучи (0,4-0,75 мкм) и ближний диапазон ИК- лучей (0,85…1,3…1,55 до 4…6 мкм).

Световоды – это однопроводные направляющие системы, относящиеся к классу диэлектрических волноводов, в которых создается граница раздела двух диэлектриков с различными значениями коэффициента преломления. Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными оптическими характеристиками (показателями преломления n1 и n2). Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание условий отражения на границе сердцевина-оболчка и защита энергии от излучения в окружающее пространство. Снаружи располагается защитное покрытие для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения расцветки.

Наиболее широкое применение получили волоконные световоды двух типов: ступенчатые и градиентные (см. рис. 1).

Рис. 1. Световоды со ступенчатым (а) и градиентным (б) профилем показателя преломления.

 

У ступенчатых световодов показатель преломления в сердечнике постоянен и имеет резкий переход от n1 сердцевины, к n2 оболочки, и лучи зигзагообразно отражаются от границы сердечник-оболчка.

Градиентные световоды имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердцевине по радиусу световода, от центра к периферии и лучи распространяются в световоде по волнообразным траекториям. Показатель преломления сердцевины меняется вдоль радиуса по закону показательной функции:

, где n0 – показатель преломления в центре сердечника (при r = 0); а – радиус сердечника; u – показатель степени, описывающий профиль изменения показателя преломления.

.

Чаще всего применяются волноводы с параболическим профилем u = 2.

Свет имеет двойственную природу:

1. Волновую

2. Корпускулярную (квантовую)

 

1. Волновая теория света обосновывает, что все свойства света совпадают со свойствами электромагнитных волн, т.е. свет является разновидностью электромагнитного поля. В этом случае применяется волновая теория электродинамики и уравнения Максвелла.

2. По корпускулярной теории свет – это поток быстро двигающихся мелких частиц корпускул (поток фотонов), которые излучаются светящимся телом. Здесь применима лучевая теория. Лучи света распространяются по законам геометрической оптики.

Сравнивая лучевую и волновую теории световодов, можно отметить, что лучевые методы менее громоздки и дают весьма наглядное объяснение физическим процессам, происходящих в волноводах. Но они гораздо менее точные.

 

2. Лучевая теория передачи по световодам.

Лучи света распространяются зигзагообразно по сердечнику волновода, многократно отражаясь от границы сердцевина-оболочка.

Q®90° l®0 f®¥ Q®0° l®d f®f0 Q=0° l=d f=f0

 

Рис. 2. Распространение энергии в световодах

 

Здесь луч образует с поперечным сечением световода угол Q и многократно отражается от границы сердцевина-оболочка под углом 2Q (см. рис.2). Установлено, что между длиной волны l, диаметром волновода d и углом Q, действует следующее соотношение: .

Рассмотрим предельные случаи распространения малых длин волн , волн, соизмеримых с диаметром световода , и критических длин волн. В первом случае ( и ) угол , отражений мало и луч стремится к прямолинейному движению вдоль световода. Во втором случае ( и ) угол , луч испытывает наибольшее количество отражений, и поступательное движение его весьма мало. При определенной длине волны наступает такой режим, когда и волна падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В волноводе устанавливается режим стоячей волны, и энергия вдоль него не передается. Это свойственно случаю с критической длиной волны и критической частоты .

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь волны длиной, меньше чем диаметр сердечника световода ( ).

При требуется два провода (прямой и обратный), и передача происходит по обычной двухпроводной системе. При передача происходит за счет многократного отражения волны от границ раздела двух сред с различными показателями преломления.

Однако в световоде, учитывая, что границей раздела сред сердечник-оболочка является прозрачное стекло, возможно, не только отражение оптического луча, но и проникновение его в оболочку. Для предотвращения перехода энергии в оболочку и излучения в окружающее пространство необходимо соблюдать условие полного внутреннего отражения. Реализация этого условия показана на рис. 3

Рис. 3. Условие полного внутреннего отражения

 

Закон преломления имеет вид: .

Необходимо чтобы .

Тогда угол полного внутреннего отражения определяется следующим образом:

,

где n1 и n2 – коэффициенты преломления сердечника и оболочки, соответственно; m 1, m 2 и

e 1, e 2 – относительные магнитные и диэлектрические проницаемости.

При угле энергия, поступившая в сердечник, полностью отразится и зигзагообразно распространится по световоду.

При угле, меньшем угла полного отражения, т.е. , энергия проникает в оболочку, излучается в окружающее пространство, и передача по световоду не эффективна, т.к. имеется преломленный луч. Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец волоконного световода. Как видно из рис. 4 световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла Q0, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения QВ. Этот телесный угол характеризуется апертурой­.

Рис. 4. Схема для определения апертуры

 

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волнового световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Апертура определяется из условия полного внутреннего отражения (рис. 4). По закону преломления , где – показатель преломления воздуха.

Тогда .

Поскольку .

Тогда .

Откуда

Обычно пользуются понятием числовой апертуры:

.

По световодам возможна передача лучей двух видов: меридиальных и косых. Меридиальные расположены в плоскости, проходящей через ось световода. Косые лучи не лежат в плоскости световода, они имеют сложные траектории прохождения в световоде.

Рассмотрим критические частоты и длины волн световодов. Выше было показано, что между длиной волны l и диаметром сердцевины световода d имеется соотношение . Учитывая, что , и используя условие полного отражения , получим . Тогда критическая длина волны определится:

.

Критическая частота: ,

где V1 - скорость распространения волны в сердечнике, – скорость света в вакууме.

Анализируя полученные соотношения, можно отметить – чем больше диаметр сердцевины d и чем сильнее отличаются n1 и n2, тем больше критическая длина волны и соответственно ниже критическая частота.

Выше изложенное дает основание сделать вывод, что при частотах выше критической f0, вся энергия поля концентрируется внутри сердечника световода и эффективно распространяется вдоль него. Ниже критической частоты энергия рассеивается в окружающем пространстве и не передается по световоду.

 

3. Волновая теория передачи по световодам.

Рассмотрим волоконный световод без потерь двухслойной конструкции. Поперечные составляющие напряжённости электрического и магнитного полей могут быть выражены через продольные составляющие Ez и Hz.

Рис. 5. К расчёту световода

 

Используем цилиндрическую систему координат, ось которой совместим с осью цилиндра. Для сердечника имеем следующую систему уравнений ( ):

,

где – поперечная составляющая волнового числа в сердцевине световода; b - коэффициент распространения в световоде; k1 - волновое число среды с коэффициентом преломления n1: .

Решение данных уравнений для сердечника следует выразить через цилиндрические функции первого рода функций Бесселя, имеющие конечные значения при r = 0.

Поэтому для r < a можно записать:

,

где Am и Bm - постоянные интегрирования.

Для оболочки имеем аналогичную систему уравнений:

,

где – поперечная составляющая волнового числа в оболочке световода; b - коэффициент распространения в световоде; k2 - волновое число среды с коэффициентом преломления n2:

.

Для решения данных уравнений, исходя из условия, что при r ® ¥ поле должно стремиться к нулю, следует при r > a использовать функции Ганкеля:

,

где Cm и Dm - постоянные интегрирования.

Постоянные интегрирования Am , Bm , Cm , Dm определяются из граничных условий. Используем условие равенства тангенциальных составляющих напряжённостей электрических и магнитных полей на поверхности раздела сердцевина – оболочка (при r = a):

.

Найдя постоянные интегрирования и подставив их в уравнения, после соответствующих преобразований получим следующее трансцендентное уравнение:

В общем случае данное уравнение имеет бесконечное множество решений , каждому из которых соответствует определенная структура поля, называемая типом волны или модой. Здесь индексом m нумеруется порядок функции Бесселя (m – это число стоячих волн поля, укладывающихся по окружности), а n – номер корня, удовлетворяющего граничным условиям для данного порядка функции Бесселя (n – это число целых стоячих волн, укладывающихся по диаметру).

В световоде могут раздельно существовать симметричные ( ) электрические волны типа и магнитные волны типа , обладающие круговой симметрией. Раздельное распространение по световоду несимметричных волн типа и невозможно. Эти волны в световоде существуют только совместно, т.е. имеются продольные составляющие как , так и . Эти волны обычно называются смешанными (гибридными, дипольными) и обозначаются в форме , если поле в поперечном сечении напоминает поле , или в форме , если это поле по своей структуре ближе к волнам .

Обычно режим работы световода характеризуется обобщенным параметром V, включающим радиус сердечника, длину волны и коэффициенты преломления сердечника и оболочки. Этот параметр называется нормированной (характеристической) частотой. Он определяется следующим образом:

.

Определим критические частоты и длины волн световодов. В волоконных световодах при очень высоких частотах почти вся энергия поля концентрируется внутри сердцевины световода, с уменьшением частоты происходит перераспределение поля, и оно переходит в окружающее пространство. При определенной частоте f0 – критической, или частоте отсечки, поле больше не распространяется вдоль световода и вся энергия рассеивается в окружающем пространстве.

Воспользуемся ранее приведенными соотношениями

(при r < a); (при r > a).

Имея ввиду, что

Получим:

.

Для определения критической частоты f0 надо принять g2 = 0 (при всех значениях g2 > 0 поле концентрируется в сердцевине световода, а при g2 < 0 оно выходит из сердцевины и процесс распространения по световоду прекращается). Условие g2 = 0 соответствует по закону геометрической оптике углу полного внутреннего отражения, при котором отсутствует преломленная волна, а есть только падающая и отраженная волны. В данном случае имеем

.

Подставив сюда значения , определим критическую частоту f0 световода: .

Умножим числитель и знаменатель на радиус сердцевины световод а, тогда

.

Соответственно критическая длина волны, передаваемая по световоду, определится

, где g1a = pmn.

Сравнивая эти формулы для и с ранее полученными методом геометрической оптики, видим полную тождественность. Отметим, что разница лишь в параметре , характеризующим тип волны.

Для определения критических частот различных типов волн рассмотрим корни ранее полученного выражения бесселевых функций для симметричных и – несимметричных волн. Эти равенства дают бесконечное число корней, значения которых приведены в таблице 2.

 

 

Значения корней pnm

Таблица 2

m N Тип Волны
2,405 0,000 3,832 2,445 5,136 5,520 3,832 7,016 5,538 8,417 8,654 7,016 10,173 8,665 11,620 E0n, H0n HE1n EH1n HE2n EH2n

 

Корни бесселевых функций ( ) могут быть представлены в следующем виде. Поскольку при частоте отсечки , поэтому .

Тогда .

Сравнивая полученную формулу с формулой нормированной частоты видим, что они идентичны ( ), и отличие состоит лишь в том, что вместо произвольной величины l, взят ее частный случай l0.

Таким образом, каждая мода имеет нормированную частоту, которая определяет область ее существования.

При V<V0 имеем f < f0, т.е. частота меньше критической и волна по сердцевине волокна не распространяется, т.е. не существует. Область существования волны, имеющей нормированную частоту отсечки V > V0, составляет f > f0.

В световоде распространяется лишь один тип волны НЕ11, когда соблюдается условие

0 < V < 2,405. При выборе частоты передачи или толщины сердечника световода исходят из этого условия. Выбирая параметры световода таким образом, чтобы не могли распространяться высшие моды, можно получить режим передачи только одной моды HE11.

Такая ситуация реализуется при условии

Это условие можно выполнить, уменьшая либо разность показателей преломления, либо радиус сердечника. Для типичного случая (n1 = 1,5 и n2 = 1,497) и, следовательно, максимальное значение диаметра сердечника (2a) составит 6,8 мкм при l = 0,85 мкм и 12,8 мкм при l=1,6мкм. Волна НЕ11 используется при передачи по одномодовым световодам.

Достоинствами одномодовых систем являются весьма широкий диапазон частот и большая пропускная способность. Используются на междугородних линиях. К недостаткам одномодовых систем относятся: из-за малого диаметра сердечника волокна менее надежны и имеют большие потери на вводе в световод. Поэтому они используются в основном на междугородних ВОЛС, обеспечивая большую дальность связи и высокую пропускную способность.

Общее число передаваемых мод в световодах может быть определено по формулам:

- для ступенчатого профиля,

- для градиентного профиля.

В одномодовом режиме число мод получается равным 2.

.

Это объясняется тем, что мода волны НЕ11 по сути это вырождение двух мод в одну, имеющих для круглой сердцевины одинаковые параметры распространения. В случае некруглости сердцевины оптического волокна, каждая из составляющей моды HE11 имеет свои значения параметра распространения, что приводит к различным значениям скорости распространения.

Для многомодового оптического волокна диаметр сердцевины, как правило, составляет 50 мкм, а диаметр оболочки 125 мкм.

Рис. 6. Структура волны НЕ11

 

4. Затухание световодов.

 

Волоконные световоды характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Затухание предопределяет длину регенерационных участков (расстояние между регенераторами). Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей a обусловлен собственными потерями в волоконных световодах aC и дополнительными потерями, так называемыми кабельными aK, вызванными скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля: a = aC + aK.

Собственные потери волоконных световодов состоят: из потерь поглощения энергии в диэлектрике aП; потерь рассеяния ее на мельчайших частицах световодной структуры aР. Потери поглощения существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут достигать значительной величины (aП + aПР). Потери на рассеяние лимитируют предел минимально допустимых значений потерь в волоконных световодах. В результате: a = aП + aР + aПР + aК.

Затухания поглощения aП связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода (tgd).

Потери обусловлены комплексным характером показателя преломления , который связан с выражением .

Затухание поглощения определяется отношением величины потерь в световоде к удвоенному значению всей мощности, передаваемой по световоду:

, где ; .

Тогда ,

где – проводимость материала световода; – волновое сопротивление; – скорость распространения энергии по световоду.

Используя условие и , получаем формулу расчета потерь на поглощение, Дб/км:

,

где – показатель преломления; – длина волны; tgd – тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Выражая tgd через комплексный показатель преломления, получаем:

Если коэффициент преломления имеет действительное значение , то и потери на поглощение отсутствуют.

Потери на рассеяние (aР) обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

Рассеяние, называемое рэлеевским, определяются по формуле, дБ/км:

,

где – коэффициент рассеяния, равный (1¸1,5) (мкм4 дБ)/км – для кварца.

Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущи волоконным световодам. Этот предел различен для различных волн, и с увеличением длины волны уменьшается. На рис. 4 представлены частотные зависимости коэффициента затухания волоконного световода.

 

Рис. 7. Частотная зависимость затухания поглощения aп и затухания рассеяния aр

 

Потери энергии существенно возрастают за счет наличия в материале волоконного световода посторонних примесей, таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов (железа, кобальта никеля, меди) и другие включения. Присутствующие в стекле ионы металлов имеют электронные переходы в области длин волн 0,5¸1 мкм и вызывают соответствующие полосы поглащения. За счет ионов гидроксильных групп проявляются поглощения на длинах волн 0,95; 1,24 и 1,39 мкм. Максимум поглощения на волне 2,7 мкм. Наличие этих примесей приводит к возрастанию потерь в волокне и появлению резонансных всплесков затухания. Затухание в инфракрасной области (свыше 1,6–2 мкм) определяется по формуле, дБ/км

, где ; .

Волнообразный характер потерь на примере (aПР) обусловлен проявлением резонансных всплесков затухания при определенной длине волны. Из таблицы видна целесообразность работы световода при l равной 0,85; 1,3 и 1,55 мкм.

 

Таблица 3

l, мкм a, дБ/км lр, км
0,85 2 ¸ 3 10 – 15
1,3 0,7 ¸ 1,0 30 – 40
1,55 0,3 ¸ 0,5 60 – 100

 

Рис. 8. Затухание волоконного световода при различных длинах волн

 

Кроме собственных потерь (aС) надлежит учитывать также дополнительные- кабельные потери (aК), связанные с геометрией волокна и наличием оболочки (a=aС+aК).

Основными факторами, приводящими к потерям, вызываемыми геометрией волокна, являются:

1. Непостоянство размеров поперечного сечения сердцевины волокна по длине

2. Неровности границы раздела сердцевина - оболочка

3. Нерегулярности, связанные с наличием микроизгибов и макроизгибов волокна.

Макроизгибы обусловлены скруткой волоконных световодов по геликоиде вдоль всего оптического кабеля. Микроизгибы связаны с конструктивными и технологическими неоднородностями волоконного световода в процессе его изготовления.

При достаточно хорошо отработанной технологии производства оптических кабелей доминируют потери на микро изгибы. Наличие оболочки и защитного покрытия волокна также приводит к дополнительным потерям за счет частичного проникновения поля в эти среды.

Установлено, что все эти кабельные потери aK приводят к значительному увеличению затухания. Так, если собственное затухание световода aC=3дБ/км, то за счет дополнительных кабельных потерь оно возрастает до 4...5 дБ/км.

На рис. 8 показано изменение затухания волоконного световода в зависимости от длины волны для кварцевого стекла, очищенного от посторонних примесей. На графике четко видны три окна прозрачности световода, причем с увеличение длины волны коэффициент затухания снижается и соответственно увеличивается длина регенерационного участка, определяемая по критерию затухания.

Отсюда видна явная целесообразность использования диапазона волн 1,3...1,55 мкм. Для работы по волоконо-оптическим линиям связи. Этим объясняется целесообразность применения волн этой длины для организации междугородней связи с расстоянием между регенераторами 40...80 км.

 

4.3.5 Дисперсия.

Дисперсия определяет полосу частот, пропускаемую световодом и соответственно объем информации, который можно передавать по оптическим кабелям. В идеализированном варианте по световоду возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически имеются значительные ограничения. Это обусловлено тем, что сигнал на входе приемного устройства приходит размытым и искаженным, и чем длинней линия, тем больше искажается передаваемый сигнал. Данное явление носит название дисперсии, и обусловлено оно различным временем распространения различных мод в световоде и наличием частотной зависимости показателя преломления.

 

Рис. 9. Уширение импульсов за счёт дисперсии

Дисперсия t – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, приводящее к увеличению длительности импульса на приеме. Величина уширения определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе кабеля, по формуле: .

Причем значения tВЫХ и tВХ берутся на уровне половины амплитуды импульсов.

Связь между дисперсией и полосой частот, передаваемых по волоконному световоду, приближенно выражается соотношением:DF = 1/t. Так, если t = 20нс/км, то DF = 50 МГц×км.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов. Она существенно снижает дальность передачи по оптическому кабелю, так как чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса.

Пропускная способность оптического кабеля существенно зависит от типа и свойств волоконных световодов (одномодовые, многомодовые, градиентные), а также от типа излучателя (лазера, световода).

Дисперсия складывается из трех составляющих:

1) межмодовый tмод;

2) материальной tмат;

3) волноводной tвв.

Результирующее значение уширения импульсов определяется:

.

Модовая дисперсия обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно.

Материальная и волноводная дисперсии обусловлены некогерентностью источников излучения и появление спектра ( – ширина спектральной линии источника излучения). Ширина спектральной лини лазера составляет 1–3 нм, светоизлучающего диода – 20–40 нм. Волноводная дисперсии характеризуется зависимостью коэффициент распространения моды от длины волны ( ). Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны ( ). При этом скорость распространения волны зависит от коэффициента распространения и от показателя преломления.

В ступенчатых волноводах при многомодовом режиме передачи доминирует модовая дисперсия, достигающая больших значений (20–250 нс/км), из-за разного времени прохождения лучей. В геометрической интерпретации соответствующие модам лучи идут под различными углами (рис. 1 а), проходят различный путь в сердцевине волокна и, следовательно, поступают на вход с различной задержкой.

В одномодовых ступенчатых световодах модовая дисперсия отсутствует. Здесь проявляется волноводная и материальная дисперсии, но они почти равны по абсолютной величине и противоположны по фазе в достаточно широком спектральном диапазоне. В силу этого происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия при l = 1,2…1,7 мкм не больше 1 нс/км.

В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод. В таких световодах лучи распространяются по волнообразным траекториям (см. рис. 1 б). Причем лучи, находящиеся близко от оси световода, проходят меньший путь, но в области с большим показателем преломления, а периферийные лучи имеют большой путь, но в среде с меньшим показателем преломления. В результате скорость распространения различных лучей выравнивается и они приходят к концу линии практически в одинаковое время ( ). Вследствие этого искажения передаваемого сигнала в градиентных световодах меньше, чем в ступенчатых. По абсолютной величине дисперсия в градиентных световодах колеблется в пределах 3...5 нс/км.

Сравнивая дисперсионные характеристики световодов, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодовые световоды. Хорошие данные также у градиентных световодов с плавным изменением показателя преломления. Наиболее резко дисперсия проявляется у ступенчатых многомодовых световодов.

Частотная полоса пропускания существующих конструкций оптических кабелей колеблется в широких пределах и составляет от 30 до 1000 МГц×км. Она неодинакова для различных типов световодов. Для градиентных световодов с лазерным источником света частотная полоса составляет 100...250 МГц×км. В многомодовых световодах она сужается до 50 МГц×км. Наивысшей пропускной способностью обладают одномодовые световоды. У них полоса пропускания достигает 0,5...1 ГГц×км.

Явление дисперсии приводит как к ограничению пропускной способности (DF) оптических кабелей, так и к снижению дальности передачи по ним. Эти параметры - полоса частот DF и дальность передачи l взаимосвязаны. Соотношение между ними для коротких линий выражается формулой:

где значения с индексом х - искомые, без индекса - заданные.

Соответственно: и .

В длинных линиях (примерно свыше 8 км), в которых процесс распространения волны уже установился, действует квадратичный закон соотношения между l и DF,

т.е. тогда: .

Так, если для оптического кабеля со строительной длиной и полосой пропускания , то на участке линии длиной






Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 3323; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2020 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.077 сек.