- •Литература основная
- •Литература дополнительная
- •1. Современные системы связи
- •1.1. Виды направляющих систем электросвязи.
- •1.2. Принцип телефонной связи. Системы многоканальной передачи по линиям связи
- •1.3. Классификация кабелей связи. Основные конструктивные элементы кабелей связи
- •Классификация симметричных кабелей связи
- •Междугородные симметричные кабели
- •2. Зоновые (внутриобластные) кабели.
- •Городские телефонные кабели.
- •4. Кабели сельской и проводного вещания
- •Элементы конструкций коаксиальных кабелей связи (кк)
- •1. Магистральные коаксиальные кабели
- •2. Зоновые (внутриобластные) коаксиальные кабели
- •2. Электродинамика направляющих систем
- •2.1 Основные положения. Основные уравнения электромагнитного поля
- •2.2. Метод комплексных амплитуд. Уравнения Максвелла в комплексной форме. Однородные волновые уравнения для векторов e и h.
- •2.3. Эмп в диэлектрике (а )
- •2.4. Эмп в диэлектрике (а)
- •2.5. Классы электромагнитных волн направляющих систем. Исходные принципы расчета направляющих систем
- •3 Двухпроводные направляющие системы.
- •3.1 Основное уравнение однородной кабельной цепи
- •3.2 Вторичные параметры двухпроводных направляющих систем
- •3.2.1 Волновое сопротивление
- •3.2.2 Коэффициент распространения
- •3.2.3. Скорость распространения электромагнитной энергии по кабелям.
- •3.3 Свойства неоднородных линий
- •3.3.1 Падающие, отраженные и стоячие волны
- •3.3.2 Входное сопротивление и рабочее затухание кабельной линии
- •3.3.2 Рабочее затухание кабельной линии
- •3.3.3 Линии неоднородные по длине
- •3.3.4 Качество передачи и дальность связи по кабельным линиям
- •3.4 Симметричные кабели
- •3.4.2. Определение сопротивления и индуктивности цепи симметричного кабеля
- •Определение емкости и проводимости симметричной цепи
- •3.5 Коаксиальные кабели связи
- •3.5.1 Электрические процессы в коаксиальных кабелях связи
- •3.5.2 Определение сопротивления и индуктивности коаксиальной цепи
- •3.5.5 Конструктивные неоднородности в коаксиальных кабелях
- •3.6 Взаимное влияние между симметричными кабельными цепями.
- •Для одной строительной длины
- •3.6.3. Способы увеличения переходных затуханий.
- •3.6.4 Защита цепей симметричных кабелей связи от взаимных влияний методом скрутки.
- •3.6.5 Симметрирование кабелей связи
- •Коэффициенты асимметрии
- •3.7 Взаимные влияния между коаксиальными цепями
- •3.8 Экранирование
- •Экранирующее действие оболочки относительно внешних помех
- •Волоконно-оптические кабели
- •1. Основные положения. Световоды.
- •2. Лучевая теория передачи по световодам.
- •3. Волновая теория передачи по световодам.
- •4. Затухание световодов.
- •4.3.5 Дисперсия.
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 – 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:F = 1/. Так, если = 20нс/км, то F = 50 МГцкм.
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:
-
межмодовый мод;
-
материальной мат;
-
волноводной вв.
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 = 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 МГцкм. Она неодинакова для различных типов световодов. Для градиентных световодов с лазерным источником света частотная полоса составляет 100...250 МГцкм. В многомодовых световодах она сужается до 50 МГцкм. Наивысшей пропускной способностью обладают одномодовые световоды. У них полоса пропускания достигает 0,5...1 ГГцкм.
Явление дисперсии приводит как к ограничению пропускной способности (F) оптических кабелей, так и к снижению дальности передачи по ним. Эти параметры - полоса частот F 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 F,
т.е. тогда: .
Так, если для оптического кабеля со строительной длиной и полосой пропускания , то на участке линии длиной , полоса пропускания существенно сузится и составит .
Д