Методические указания по выполнению курсового проекта. Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»
жүктеу/скачать 3,3 Mb.
|
умкд рус НСС
Лекция 7-8. Волоконные световодыРассматриваемые вопросы: 1 Полное внутренние отражения 2 Волоконные световоды. Основными свойствами ВС 3 Одномодовые и многомодовые ВС 4 Параметры и характеристики ВС 5 Основные положения волновой теории ВС Волоконные световоды используются для передачи информации электромагнитными волнами оптического диапазона. В технике волоконно – оптической связи используется ближний инфракрасный диапазон (рисунок 7.1), который занимает определённое место на шкале электромагнитных волн. 
Рисунок 7.1 – Шкала электромагнитных волн Волоконные световоды обладают уникальными качествами, отличающими их от направляющих систем с металлическими границами. Основными свойствами ВС являются: - малые поперечные размеры; - малый коэффициент затухания, не зависящий от поперечных размеров ВС и частоты модулирующего сигнала; - высокая скорость передачи информации; - неподверженность внешним электромагнитным воздействиям; - отсутствие взаимных влияний; - гальваническая развязка цепей передачи и приёма; - отсутствие коротких замыканий. Волоконные световоды являются основой волоконно – оптических кабелей. Волоконный световод состоит из сердцевины с показателем преломления и оболочки с показателем преломления , причём  (рисунок 7.2)
Рисунок 7.2 – Структура волоконных световодов Волоконные световоды как среда передачи в технике оптической связи определяют параметры системы и её назначение в целом. Направляющие свойства волоконных световодов, плёночных (планарных) и полосковых оптических волноводов основаны на явлении полного внутреннего отражения света. Такие структуры состоят их оптически прозрачного вещества, окруженного оптически менее плотным материалом. Световые лучи, падающие на торец такой структуры, при определённых условиях захватываются и направляются плёнкой, полоской или волокном. Такое объяснение направляемости света, использующее законы геометрической оптики не учитывает свойства света как электромагнитной волны, поэтому при анализе процессов распространения электромагнитной энергии в световодах используется два подхода – лучевое приближение и волновая теория Числовая апертура и апертурный угол. Световые лучи, падающие на торец при определенных условиях захватываются сердцевиной ВС и распространяются вдоль него (рисунок 7.3). 
Рисунок 7.3 – К определению апертурного угла В сердцевине и оболочке существует два типа лучей: меридиональные, которые расположены в плоскости, проходящей через ось ВС и косые, не пересекающие эту ось. Если точечный источник излучения расположен на оси ВС, то существуют только меридиональные лучи. Если же точечный источник расположен вне оси, или имеется сложный источник, то появляются одновременно как меридиональные, так и косые лучи. В зависимости от числа распространяющихся на рабочей длине волны мод ВС делятся на одномодовые (распространяется одна волна) и многомодовые. В соответствии с требованиями ITU для многомодовых ВС диаметр сердцевины 2а=50 мкм, диаметр оболочки 2b=125 мкм, диаметр сердцевины одномодовых ВС составляет обычно 8 – 10 мкм. Основные положения волновой теории ВС. Анализ процессов в ВС в рамках лучевой теории позволяет получить некоторые результаты, но он не даёт представления о всех особенностях распространения света, как электромагнитной волны. Методика анализа ВС, аналогична методике анализа распространения волн в круглом волноводе (подробно рассматриваются на СРС и на практике). В настоящее время в технике ВОСП для систем с высокой скоростью передачи используются в основном одномодовые. волокна, т.е. волокна, в которых распространяется один тип волны. Многомодовый режим работы ВС приводит к такому нежелательному явлению, как уширение импульсов. Множество типов волн, распространяющихся по ВС, называется "континуумом мод". Дисперсия в световодах. С количеством мод, которые распространяются вдоль ВС, связано такое важное понятие как дисперсия. Дисперсия приводит к расширению оптических импульсов, которыми передается информация Уширение импульсов вызывает их перекрытие или даже слияние, что приводит к появлению ошибки при передаче импульсных последовательностей. Дисперсия является погонным параметром, измеряется на длину линии в км. Дисперсия обусловлена такими факторами: - разностью скоростей модовых составляющих или лучей в ВС (межмодовая дисперсия); - зависимостью скорости распространения света от длины волны оптической несущей; - зависимостью показателя преломления от длины волны. Cоставляющие дисперсии приведены на рисунке 7.4. Дисперсия ограничивает длину регенерационного участка, поэтому на линиях с высокоскоростными ЦСП большой протяженности используются только одномодовые ВС. Дисперсия и затухание являются параметрами передачи оптических кабелей. 
Рисунок 7.4 - Виды дисперсии Затухание в волоконных световодах. Одним из основных требований, предъявляемых к любой системе передачи, является большая длина участка регенерации, которая определяется потерями в среде передачи. Поэтому важнейшим параметром ВС является его затухание. Затухание ВС зависит от нескольких факторов, и, в первую очередь, от материала световода и длины волны излучения. В таблице 7.1 приведены значения коэффициентов светоослабления (затухания) различных сред, а также для сравнения даны коэффициенты затухания кабелей и атмосферы. Таблица 7.1 – Затухание для различных сред передачи
Основными причинами возникновения потерь в ВС являются поглощение и рассеяние энергии. Потери вследствие поглощения подразделяются на собственные и несобственные. Собственное поглощение вызвано взаимодействием распространяющейся световой волны с компонентами материала световода и оболочки, не содержащего примесей. Поглощение энергии в этом случае ведет к квантовым переходам между различными электронными и молекулярными энергетическими уровнями вещества. Эти явления носят резонансный характер. Полное затухание в материале волоконного световода определяется суммой потерь:  ;  ;  ,
где - потери вследствие поглощения; - потери вследствие рассеяния; - собственные потери;  - потери рэлеевского рассеяния; - потери молекулярного рассеяния; - потери лучевого рассеяния.
Кроме этих потерь в кабеле возникают дополнительные - кабельные потери. При производстве волокна и в процессе его укладки в кабель возникают микро- и макроизгибы. Микроизгибы – это искажения прямолинейности оптического волокна в процессе его производства, макроизгибы возникают при укладке ОВ в кабель. Механизм потерь при микро- и макроизгибах ясен из рисунке 7.5. На микроизгибах возникает рассеяние свет, на макроизгибах нарушается условие полного внутреннего отражения. 
а) на микроизгибах; б) на макроизгибах Рисунок 7.5 – Механизм потерь Вопросы и задания для самоконтроля В каком диапазоне волн используются ВС? Охарактеризуйте преимущества ВС. Объясните явление полного внутреннего отражения. Объясните принцип действия ВС. Дайте определение апертурного угла и числовой апертуры. Приведите расчёт числовой апертуры. Приведите профили показателей преломления ВС. Объясните ход лучей в одномодовом ВС, в многомодовом градиентном и ступенчатом. Что такое нормированная частота, какой её смысл? Что такое одномодовый и многомодовый ВС? Какие типы волн распространяются в ВС? Объясните явление уширения импульсов. Чем оно вызвано? Охарактеризуйте виды дисперсии. Что такое окна прозрачности ВС, каким длинам волн и затуханием они соответствуют? Чем вызваны дополнительные потери в ВС? Письменные задания Получите расчётную формулу для межмодовой дисперсии. Определите диаметр одномодового ВС в каждом их окон прозрачности, если  .
При каком апертурном угле в стандартном многомодовом ВС будет распространяться только один тип волны? Определите количество волн в световоде с параметрами  мкм;  в каждом из окон прозрачности.
Нормированная критическая частота ВС  . Определите, какие моды распространяются в ВС.
Определите диаметр ВС, в котором будет распространяться 4 моды для третьего окна прозрачности, если  .
Лекция 9-10. Электромагнитные влияния в линиях связи Рассматриваемые вопросы: 1 Проблема электромагнитной совместимости 2 Классификация влияний 3 Влияния в коаксиальных кабелях 4 Защита цепей и трактов от взаимных влияний 5 Экранирование кабелей связи. Проблема электромагнитной совместимости, природа и сущность влияний. Классификация влияний. Направляющие системы, цепи и такты линий связи находятся под постоянным воздействием сторонних электромагнитных полей различного происхождения. Эти поля наводят токи и напряжения в трактах линий связи, создают помехи, ухудшают качество связи. Эти воздействия называются электромагнитными влияниями или просто влияниями на ЛС. Сущность проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) состоит в том, что радиотехнические устройства связи испытывают воздействие сторонних полей, спектры которых полностью или частично совпадают (рисунок 9.1). 
Рисунок 9.1 - Понятие помехи: а) помех нет; б) есть помеха Эта проблема является общей для всех систем и устройств, связанных с генерацией, приёмом и обработкой электрических сигналов. Проблема ЭМС имеет две стороны: одни устройства сами создают влияния, другие же испытывают воздействие этих влияний. Проблема ЭМС требует оптимального решения двух задач: защиты сетей и устройств от влияний и ограничения влияний устройств, создающих мешающие сторонние поля. Физическая сущность влияний независимо от источника их происхождения единая: влияние на цепи линий связи возникает вследствие того, что эти цепи находятся в электромагнитном поле, которое создаётся источником влияния (рисунок 9.2). 
Рисунок 9.2 – Сущность электрического а) и магнитного б) влияний Классификация влияний. Разнообразие влияний и особенности источников влияний требуют их классификации, которая приведена на рисунке 9.3. 
Рисунок 9.3 – Классификация источников влияний Внутренние влияния в одном кабеле называются взаимными. Внутренние и внешние влияния отличаются рядом признаков: по интенсивности, локализации, времени воздействия, а также соотношением спектров сигнальных и сторонних полей. В решении проблемы ЭМС выделяются такие этапы: -анализ характеристик (интенсивности, спектральных, временных характеристик и др.) сторонних полей и их зависимость от состояния внешней среды, времени, режима работы и др.; -исследование законов индуцирования помех, степени их воздействия на качество передачи информации; -разработка мер защиты цепей и трактов от влияния внешних полей. Определения теории взаимных влияний. В теории взаимных влияний приняты следующие основные определения (рисунок 9.4): - влияющая цепь – активная цепь, создающая влияющее электромагнитное поле; - цепь, подверженная влиянию (пассивная) – цепь, на которую воздействует влияющее электромагнитное поле и в которой возникают помехи; - ближний конец (БК) – конец линии, на котором включен генератор влияющей цепи; - дальний конец (ДК) – конец линии, на котором включена нагрузка. 
Рисунок 9.4 – К определению взаимных влияний В кабельных линиях связи различают следующие влияния: - непосредственные (прямые), помехи индуцируются непосредственно полем влияющей цепи; - косвенные влияния, обусловленные отражениями от концевых, стыковых и внутренних неоднородностей электромагнитными полями в цепях 1 и 2; - влияния через третьи цепи, вызванные индуцируемыми вторичными электромагнитными полями, возникающими под воздействием поля влияющей цепи в третьих физических цепях линии; третьими цепями являются соседние пары, металлические оболочки кабеля, соседние кабели.. Абсолютные значениями мощностей, напряжений и токов помех в пассивных линиях не дают представления о взаимных влияниях в линии, зависят от мощностей, токов и напряжений во влияющей цепи, значения которых не связаны с электрическими параметрами цепей. Поэтому взаимные влияния между цепями характеризуются в относительных единицах отношением модулей кажущихся мощностей сигнала во влияющей цепи и помехи в цепи, подверженной влиянию, в логарифмических единицах. Такие параметры не зависят от абсолютных значений сигналов в цепях вследствие линейности системы. Формул основных параметров взаимных влияний между цепями линий связи рассмотрим на практических занятиях. Основное уравнение взаимных влияний и его анализ рассмотрим В СРСП. Взаимные влияния между цепями симметричных кабельных линий связи характеризуются следующими особенностями: неоднородная структура кабеля, отклонение геометрических размеров от номинальных значений, пространственная асимметрия цепей приводит к искажению электромагнитных полей, возрастанию случайных составляющих электромагнитных связей; кабельная линия связи создается в 2 этапа: на первом этапе изготавливаются строительные длины кабеля, на втором – строится линия; процессы индуцирования влияний в строительных длинах и на линиях существенно различаются, что приводит к необходимости раздельного анализа этих процессов; возникают задачи измерения и нормирования параметров влияний в строительных длинах и на регенерационных (усилительных) участках; симметричные кабели используются для организации линий ГТС, зоновых линий связи, т.е. по ним передаются сигналы в диапазоне от тональных частот до нескольких мегагерц, в одном кабеле совмещаются тракты передачи нескольких систем. В строительных длинах кабелей нормируются и определяются первичные параметры взаимных влияний (m, k, r и g). В телефонных кабелях нормируются емкостные связи и емкостная асимметрия. С увеличением частоты уменьшается волновое сопротивление и возрастают магнитные связи. В области высоких частот связи характеризуются соотношениями:  ;  , следует заметить, что  .
При анализе взаимных влияний на усилительных (регенерационных) участках необходимо учитывать влияния от стыковых и концевых неоднородностей, токи помех от концевых отражений складываются. Несогласованность волновых сопротивлений цепей строительных длин кабелей приводит к появлению n участков перехода токов из одной цепи в другую. Эти влияния, а также влияния через третьи цепи вызывают сильное петлевание годографа ПФВП на ближнем конце в широком диапазоне частот. На участках ОУП-ОУП (ОРП-ОРП) кабельных линий с аналоговыми системами передачи происходит накопление токов помех по всей длине линии. Необходимо также учитывать дополнительные влияния, наводимые в станционных устройствах, а также воздействие нестабильности коэффициента усиления усилителей НУП (НРП) и ОУП (ОРП). В кабельных линиях с цифровыми системами передачи накопления токов помех по длине линии не происходит, т.к. в каждом регенераторе сигналы восстанавливаются. жүктеу/скачать 3,3 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|