Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Кабели местных телефонных сетей.

Абельные линии связи.

Общая конструкция кабеля электрической связи.

Кабель – направляющая система, состоящая из изолированных токопроводящих жил, скрученных в группу и помещенных во влагозащитную оболочку.

Классификация:

I. По назначению:

1. Кабели ГТС

2. Кабели МТС

3. Кабели СТС

II. По диапазону частот:

1. Низкой частоты

2. Высокой частоты

III. По способу прокладки:

1. Подземные

2. Подводные

3. Голые (прокладываются в КТК)

IV. По конструкции цепи:

1. Коаксиальные

2. Симметричные

Коаксиальный кабель – один проводник расположен внутри другого внутренний проводник сплошной, внешний медная трубка.

Симметричный кабель – жилы одинаковой конструкции расположены симметрично, относительно друг друга.

V. По материалу жил и способу их скрутки

VI. По материалу изоляции жил

VII. ПО материалу оболочки:
- Полихлорвиниловая
- Свинцовая
- Стальная гофрированная

VIII. По конструкции бронепокрова:
- Стальная лента
- С круглой проволокой

Конструктивные элементы кабеля:

1. Жилы

2. Изоляция жил

Для симметричных кабелей:

а. Сплошная полиэтиленова

б. Бумажная

в. Кордельно-стрерофлексная

Для коаксиальных кабелей:

а. Шайбовая

б. Пористый полиэтилен

в. Полиэтиленовая болонного типа

3. Скрутка жил

а. Парная – две изолированных жилы скручены в пары с шагом скрутнки от 70 до 300 мм.

б. Звездная (четверочная) – 4 изолированные жилы, расположенные по углам квадрата, скрученные в четверку с шагом скрутки от 150 до 300 мм.

Изолированные жилы, скрученные в группы, образуют сердечник кабеля.

Виды скруток сердечника:

- Повивная

- Пучковая

Повивная – собирается из повивов (n + 6), счет ведется с красной жилы по часовой стрелке. В каждом последующем повиве, начиная от центрального будет на 6 групп (пар, четверок) больше.

Пучковая – собирается из пучков (n + 4).

Сердечник собирается из главных пучков. Элементы пучка состоят из десяти пар или пяти четверок. Главные пучки состоят из 50 пар или из 25 четверок.

200*2 - 400 жил.

Сердечник скрепляется поясной изоляцией.

Поясная изоляция - служит для скрепления сердечника и повышения сопротивления изоляции. Бывает:

- Бумажная

- Полиэтиленова

Экран – служит для уменьшения взаимных влияний (поверх поясной изоляции). Изготавливается из алюминиевой фольги в виде двух лент. У алюминиевой и свинцовой оболочки экрана нет.

Экранная проволока – медная, луженая. D = 0,1 – 0,2 мм.

Назначение: скрепление экрана и прозвонка кабеля.

Оболочка – защищает сердечник от влаги и механических повреждений.

Виды: - металлическая (стальная, свинцовая, алюминиевая)

- пластмассовая (полихлорвиниловая [*цветная], полиэтиленова [*черная].

- металлопластмассовая:

Алпэт – алюминиево-полиэтиленовая

Сталпэт – стальная полиэтиленовая.

Броня – состоит из нескольких слоев.

Существует 2 типа: - стальная лента

- проволока.

СЛОИ:

1. Подушка – защищает оболочку от повреждений при наложении брони (бумажная, резиновая, джут).

2. Броня – наносится поверх подушки (круглопроволочная – в реки, стальные ленты – в грунт).

3. Антикоррозийное покрытие (в виде шланга, джута).

Маркировка кабелей:

Т – телефонный НЧ кабель

П – 1. полиэтиленовая изоляция жил

2. полиэтиленовая оболочка

А – алюминиевая (оболочка)

З – 1. звездная скрутка (по середине)

2. зоновый кабель

Шп – шланг полиэтиленовый

Б – бронированный стальными лентами

С – кордельно-стирофлексная изоляция

Ст – стальная гофрированная оболочка

М – 1. междугородный (для симметричных кабелей)

2. магистральный (для коаксиальных кабелей)

3- Малогабаритный (для коаксиальных кабелей)

К – 1. Кабель (для симметричных кабелей)

2. Коаксиальный (пишется в начале маркировки)

3. Круглопроволочная броня (пишется в конце маркировки)

Г – голый

В – 1. Полихлорвиниловая оболочка (в конце маркировки)

2. внутризоновый (в начале маркировки)

Р – распределительный

Ст (Пт) – стальной тросик

 

Кабели местных телефонных сетей.

Тип Т.

Жилы медные (d = 0,4; 0,5; 0,7)

Бумажная (трубчато-бумажная) изоляция

Скрутка жил – парная

Скрутка сердечника – повивная, свыше 100 пар – пучковая

Поясная изоляция – полиэтиленовая

Несколько слоев кабельной бумаги

Оболочка – свинцовая, стальная гофрированная

Примеры:

ТГ – кабель телефонный, с воздушно-бумажной изоляцией жил, в свинцовой оболочке, голый, используется для прокладки кабеля в КТК.

ТБ – кабель телефонный, с воздушно-бумажной изоляцией жил, в свинцовой оболочке, бронированный стальными лентами, используется для прокладки кабеля в грунт.

ТК – кабель телефонный, с воздушно-бумажной изоляцией жил, в свинцовой оболочке, бронированный круглой проволокой, используется для прокладки кабеля в грунт.

ТСтШп – кабель телефонный, с воздушно-бумажной изоляцией жил, в стальной оболочке со шланговым покрытием, используется для прокладки кабеля в КТК.

ТСтБпШп – кабель телефонный, с воздушно-бумажной изоляцией жил, в стальной оболочке со шланговым покрытием,, бронированный стальными лентами, используется для прокладки кабеля в грунт.

Тип ТП.

Кабель телефонный с полиэтиленовой изоляцией жил.

Жилы медные (d = 0,32; 0,4; 0,5; 0,64)

Сплошная полиэтиленовая изоляция

Скрутка жил – парная или звездная

Скрутка сердечника – повивная, свыше 100 пар – пучковая

Поясная изоляция – полиэтиленовая

Экран из двух лент алюминиевой фольги, экранная проволока

Оболочка – полиэтиленовая, полихлорвиниловая, стальная гофрированная

Емкость кабеля – от 10 до 1200 пар

Примеры:

ТПП – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полиэтиленовой оболочке.

ТППБ – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полиэтиленовой оболочке, бронированный стальными лентами, для прокладки в грунт.

ТППК – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полиэтиленовой оболочке, бронированный круглой проволокой, для прокладки в воде.

ТПВ – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полихлорвиниловой оболочке.

ТПВБ и ТПВК – аналогично.

ТПСтШп – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в стальной гофрированной оболочке, со шланговым покрытием.

ТПСтБШп – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в стальной гофрированной оболочке, бронированный стальной лентой, со шланговым покрытием.

ТПСтКШп – телефонный, с полиэтиленовой изоляцией жил, в стальной гофрированной оболочке, бронированный круглой проволокой, со шланговым покрытием.

 

СТС кабели.

КСПП – кабель сельской связи, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полиэтиленовой оболочке.

Жилы медные (d = 0,9; 1,2 мм)

Сплошная полиэтиленовая изоляция

Скрутка жил – звездная

Емкость кабеля – 1*4; 2*4

Поясная изоляция – полиэтиленовая, в виде трубки

Оболочка – полиэтиленовая

Экран, экранная проволока

КСППБ – конструкция та же, + бронирование стальными лентами под оболочкой.

ПРППМ – провод, с полиэтиленовой изоляцией жил, в полиэтиленовой оболочке, жилы медные.

Жилы медные (d = 0,8; 1; 1,2 мм)

Жилы алюминиевые (d = 1,6 мм)

Емкость кабеля – 1*2

 

Зоновый кабель.

Тип ЗКП

Жилы медные (d = 1,2 мм)

Сплошная полиэтиленовая изоляция

Скрутка жил – звездная, в центре четверки находится полиэтиленовый кордель.

Поясная изоляция – полиэтиленовая

Оболочка – полиэтиленовая, полихлорвиниловая

Экран, экранная проволока

Марки: ЗКП, ЗКПБ, ЗКПК.

Тип ЗКПА

Жилы медные (d = 1,2 мм)

Сплошная полиэтиленовая изоляция

Скрутка жил – звездная, в центре четверки находится полиэтиленовый кордель.

Поясная изоляция – полиэтиленовая

Оболочка – алюминиевая

Экран отсутствует

Марки: ЗКПАШп, ЗКПАБШп, ЗКПАКШп.

 

Коаксиальные кабели.

Оптические кабели связи

Волоконно-оптический кабель

– группа оптических волокон (ОВ),оформленных в единую конструкцию, отвечающую комплексу оптических и механических требований, а также условиям окружающей среды

Конструкция ОК должна обеспечить:

1.защиту ОВ от внешних воздействий (механических, климатических и т.д.);

2) защиту ОВ от обрывов при растяжении;

3) защиту от статического усталостного разрушения;

4) защиту ОВ от микроизгибов;

5) стабильность характеристик ОВ;

6) простоту и низкую стоимость строительно-монтажных (СМР), эксплуатационных и аварийно-восстановительных работ (АВР).

Основные элементы конструкции ОК:

1) оптические волокна – ОВ;

2) оптические модули (ОМ) – полимерные трубки для укладки в них ОВ;

3) упрочняющие силовые элементы (стальные тросы, проволоки, броневые покровы, стеклопрутки, синтетические нити и т.д.);

4) гиброфобный заполнитель для защиты от влаги при частичном повреждении ОК (при попадании влаги создает пробку);

Основные элементы конструкции ОК:

5) хлопчато-бумажные ленты – для защиты от вибраций (демпфирования);

6) полимерные оболочки (обычно полиэтиленовые) для защиты от влаги;

7) кордели – используются вместо модулей, если не требуется большого количества ОВ;

8) металлические элементы – медные жилы для дистанционного питания аппаратуры, алюминиевые проволоки в стальной броне для уменьшения сопротивления брони.

Бывают:

I. Линейные:

1. Подвесные (ЛЭП, на опорах ВЛС, ЛЖД)

2. Подводные (речные переходы, на глубоководных участках, морских участках)

3. Подземные (грунт, КТК)

II. Внутриобъектовые:

1. Распределительные (внутри зданий)

2. Станционные (для монтажа аппаратуры)

Основные конструктивные элементы:

1. Оптическое волокно – основной конструктивный элемент оптического кабеля, выполняющий роль направляющей среды передачи.

2. Оптический модуль – элемент, который содержит одно или несколько оптических волокон. Выполняет роль защитного элемента. (полимерные трубки для укладки в них ОВ)

Типы модулей:

- трубчатые

- профилированные

- ленточные

Оптический сердечник – формируется из одного или нескольких оптических модулей. Повышает механическую прочность и защищает оптическое волокно от изгибов. используются вместо модулей, если не требуется большого количества ОВ;

8) металлические элементы – медные жилы для дистанционного питания аппаратуры, алюминиевые проволоки в стальной броне для уменьшения сопротивления брони.

Может содержать дополнительные элементы (кордель, медные жилы и пр.).

3. Силовые элементы – обеспечивают требуемую механическую прочность (стеклопластиковый пруток, арамидные нитки (кевларовые)). (стальные тросы, проволоки, броневые покровы, стеклопрутки, синтетические нити и т.д.);

Силовой элемент может быть:

- центральным – обеспечивает большую гибкость и нагрузку на разрыв.

- на переферии (сбоку) – обеспечивает стойкость кабеля к ударам и растягивающим нагрузкам.

4. Гидрофобные материалы – препятствуют проникновению влаги, увеличивают срок службы оптического кабеля. (при попадании влаги создает пробку)

5) хлопчато-бумажные ленты – для защиты от вибраций (демпфирования);

6. Оболочка – защищает сердечник от внешних механических воздействий.

7.Броня – повышает механические свойства и защитные функции оптического кабеля.

 

Типы оптических волокон:

1. Многомодовые

- Ступенчатые – показатель преломления меняется резко от сердцевины к оболочке.

- Градиентные – показатель преломления меняется плавно от сердцевины к оболочке.

2. Одномодовые

Примеры одномодового волокна:

G-652 – одномодовое волокно стандартного типа.

G-655 – одномодовое волокно с нулевой дисперсией, смещенное в область длин волн 1,5 мкм.

G-653 – оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией.

Срок службы оптического волокна – 25 лет.

Диаметр сердцевины одномодового оптического волокна = 8 – 10 мкм.

многомодового = 50 – 100 мкм.

Диаметр оболочки = 125 – 180 мкм.

Материал для изготовления:

1. Кварц – кварц

2. Кварц – полимер

3. Полимер – полимер

 

ОКБ-М8П-10-022-32

1. ОК – оптический кабель

2. Б – бронированный

3. М8 – количество оптических модулей (8)

4. П – тип центрального силового элемента (П - стекловолоконный пруток, Т – стальной тросик)

5. 10 – тип волокна (10 – стандартное волокно G-652, 8 – многомодовое)

6. 022 – рабочее затухание волокна (0,22)

7. 32 – качество оптических модулей

 

DAY-012E-004N

1. D – диэлектрический сердечник

2. A – алюмополиэтиленовая лента

3. Y – усилен круглопроволочной броней

4. 012E – 12 стандартных волокон (E – стандарт)

5. 004N – 4 оптических волокна с ненулевой (N) дисперсией

Сев-ДАС-036Е-06-06-М4

1. Сев – завод изготовитель

2. Д – тип центрального силового элемента (Д – диэлектрический)

3. А – тип внутренней оболочки (А – алюминиевая)

4. С – тип наружного покрова (С – стальная проволока)

5. 036 – количество оптических волокон

6. Е – тип волокна (Е – стандартное)

7. 06 – максимальное количество оптических волокон в можуле

8. 06 – количество модулей

9. М4 – количество медных жил

Содержание кабеля под избыточным давлением

Общие положения: бесперебойная и надёжная работа каналов связи и передачи

Иформации, зависит от герметичности оболочки кабеля на всём его протяжении.

С целью контроля герметичности муфт, кабельные линии устанавливают под постоянное избыточное давление.

В случае повреждения оболочки, избыточное воздушное давление, предотвращает попадание воды в кабель

Техническая атмосфера – это давление силы в 1 кг на площадь в 1 см2

Си: [1Паскаль]

1атм=1ккс/см2

Паскаль – это давление силы в 1 Ньютон на площадь в 1 м2

1Па=Н/м2

1атм=98066,5 Н/м2

ВОЛС. Параметры

Преимущества ВОЛС:

I широкая полоса пропускания, F=10 ГГц

II малое затухание светового сигнала в волокне

III экономически выгодно (относительно дешёвые материалы + не нужны регенераторы => до 100 км дальность действия)

IV малый вес и объём

V высокая защищённость от несанкционированного доступа

VI взрыво-, пожаро- безопасность

VII длительный срок эксплуатации (25 лет)

Недостатки ВОЛС:

I высокая стоимость интерфейсного оборудования

II очень дорогая сварка

Рисунок 2.1

Волокно состоит из сердцевины (сердечника) и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна.

Показатель преломления сердечника n1, а оболочки n2, причем всегда n1 > n2.

Рассмотрим ход лучей света в волокне(рисунок 2.2):

Предположим, что θ1 – угол падения луча света, а θ2 - угол преломления этого луча.

Так как n1 > n2, то существует критический угол падения Q1 = θс, при котором угол преломления Q2 будет равен 90 градусов (Sin90=1), при этом свет не будет выходить в оболочку.

Рисунок 2.2 – Ход лучей света в волокне

Тогда согласно закону Снеллиуса : (2.1)

θс = arcsin (n2 / n1) (2.2)

Если угол падения на границе раздела меньше критического угла падения (Луч 2), то при каждом внутреннем отражении часть энергии рассеивается наружу, что приводит к затуханию света.

Необходимо учесть, что свет вводят в торец волокна, При этом на боковую поверхность волокна будет падать луч, преломлённый его торцом. И падать он должен так, чтобы полностью отражаться от боковой поверхности. Возникает вопрос, под каким же углом надо вводить луч в волокно?

Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец ОВ, так как ОВ пропускает лишь свет, заключённый в пределах телесного угла θA. Этот телесный угол характеризуется апертурой.

Апертураэто угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Угол ввода светового потока в оптическое волокно должен быть меньше апертурного.

Таким образом, апертура световода – это максимальный возможный угол ввода лучей на торец световода. Обычно пользуются понятием числовой апертуры:

NA = n0 · Sin θ A.(2.3)

Для воздуха n0 = 1.Для волокна со ступенчатым профилем значение числовой апертуры выражается через показатели преломления:

NA = Sin θ A = (2.4)

Для кварца n1 ≈ 1,47, n2 ≈ 1,46, NA = 0,17, θ A ≈ 100.

Один из важнейших параметров, характеризующий волокно, это – относительная разность показателей преломления Δ

Δ = (2.5)

В волоконном световоде могут существовать три типа волн – направляемые, излучаемые и вытекающие. Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде, называются направляемыми. Энергия направляемых лучей не рассеивается наружу, и такие лучи могут распространяться на большие расстояния. Излучаемые волны возникают за счёт лучей, введённых вне апертуры, и уже вначале линии они излучаются в окружающее пространство. Вытекающие волны (лучи оболочки) частично распространяются вдоль световода, а часть излучается в окружающее пространство.

В современных волокнах обычно показатель преломления оболочки n2 меньше n1 (показателя преломления сердцевины) на 0,36%, то есть:

Режим работы ОВ зависит от нормированной частоты , значение которой рассчитывается по формуле:

(2.6)

где ас - радиус сердцевины ОВ.

В случае, если < 2.405- то в волокне будет распространяться только одна мода (одномодовый режим). С увеличением значения нормированной частоты число распространяющихся мод в ОВ возрастает, т. е, при > 2,405 - режим многомодовый.

В случае, если: 2.405 < < 3,832 – то в ОВ распространяется 4 моды.

Минимальная длина волны, при которой в волокне распространяется только одна мода, называется волоконной длиной волны отсечки, значение которой определяется из выражения как:

(2.6)

Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света.

Типы оптических волокон

Некоторые свойства оптического волокна как световода напрямую зависят от диаметра сердцевины. По этому параметру оптоволокно делится на две категории:

многомодовое (MMF) и одномодовое (SMF).

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные.

Одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые одномодовые волокна или стандартные волокна (SF), на волокна со смещённой дисперсией (DSF), и на волокна с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF).

Многомодовое оптоволокно.

У этой категории оптоволокна диаметр сердцевины относительно большой по сравнению с длиной волны света, излучаемого передатчиком. Диапазон его значений составляет 50--1000 мкм при используемых длинах волн около 1 мкм. Однако наиболее широкое распространение получили волокна с диаметрами 50 и 62,5 мкм. Передатчики для такого оптоволокна излучают импульс света в некотором телесном угле, т. е. лучи (моды) входят в сердцевину под разными углами. В результате лучи проходят от источника к приемнику неравные по длине пути и, следовательно, достигают его в разное время. Это приводит к тому, что ширина импульса на выходе оказывается больше, чем на входе. Такое явление называется межмодовой дисперсией. В ступенчатом ОВ, более простом для изготовления, коэффициент преломления изменяется ступенчато на границе сердцевины с оболочкой. Ход лучей в таком волокне показан на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Ход лучей света в волокне

 

В градиентном ОВ коэффициент преломления плавно понижается от центра границе. Лучи света, пути которых проходят в периферийных областях с меньшим коэффициентом преломления, распространяются быстрее, чем те, которые проходят вблизи центра, что в итоге компенсирует разницу в длинах путей. В таком оптоволокне эффект межмодовой дисперсии намного ниже, чем в ступенчатом (рисунок 2.3).

Уширение сигнала устанавливает предел числу передаваемых в секунду импульсов, которые все еще могут быть безошибочно распознаны на принимающем конце канала. Это, в свою очередь, ограничивает полосу пропускания многомодового волокна.

 

 

Рисунок 2.4 –Конструкции различных волокон

 

Очевидно, что величина дисперсии на приемном конце зависит также и от длины кабеля. Поэтому пропускная способность для оптических магистралей определяется на единицу длины. Для оптоволокна со ступенчатым профилем коэффициента преломления она в типичном случае составляет 20-30 MГц на километр (MГц/км), в то время как для градиентных ОВ она находится в диапазоне 100-1000 MГц/км.

Многомодовое оптоволокно может иметь стеклянный стержень и пластиковую оболочку. Такому оптоволокну присущи ступенчатый профиль коэффициента преломления и полоса пропускания 20-30 MГц/км.
Одномодовое оптоволокно

Основным отличием такого волокна, во многом определяющим его свойства как световода, является диаметр сердцевины. Он составляет всего от 7 до 10 мкм, что уже сравнимо с длиной волны светового сигнала. Малая величина диаметра позволяет сформировать только один луч (моду), что и нашло отражение в названии (рисунок 2.4).

Достоинства многомодовых ОВ по сравнению с одномодовыми:

1) Из-за большого диаметра сердцевины многомодового ОВ снижаются требования к источникам излучения, так как для ввода излучения могут применяться более дешевые и вместе с тем более мощные полупроводниковые лазеры, и даже светодиоды. Для электропитания светодиодов применяют очень простые схемы, что упрощает устройство, и уменьшает стоимость ВОСП.

2) В приемном оптическом модуле могут применяться фотодиоды с большим диаметром фоточувствительной площадки. Такие фотодиоды имеют низкую стоимость.

3) При сращивании многомодовых ОВ требуемая точность совмещения торцов на порядок ниже, чем в случае сращивания одномодовых ОВ.

4) Оптические разъемы для многомодовых ОВ по тем же причинам имеют на порядок менее жесткие требования, чем оптические разъемы для одномодовых ОВ.

Недостатки многомодовых ОВ:

1) В многомодовых ОВ распространяются сотни мод, минимальное затухание имеют центральные моды и моды низких порядков, а с повышением порядка затухание мод увеличивается, в результате затухание многомодовых ОВ больше, чем одномодовых (от 0.6 до 5 дБ на км).

2) В процессе распространения импульсы света расплываются и даже начинают перекрывать друг друга. Такое уширение импульсов называется дисперсией.

Дисперсия многомодового ОВ много больше, чем одномодового. Чем меньше значение дисперсии, тем больше поток информации может быть передан по ОВ.

Вывод:Повышенное затухание и малая полоса пропускания являются причиной того, что на основе многомодовых ОВ строятся, главным образом, местные, локальные и внутриобъектовые относительно низкоскоростные ВОСП.

Достоинства одномодовых ОВ:

1) Малое затухание (от 0,22 до 0,35 дБ/км)

2) Небольшая дисперсия, а значит, широкая полоса пропускания.

Вывод: Одномодовые ОВ применяют в подавляющем большинстве современных ВОСП, работающих чаще всего на базе аппаратуры SDH, благодаря чему имеется возможность создавать высокоскоростные высоконадежные магистральные и местные цифровые сети.

Волоконные световоды характеризуются двумя важнейшим параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери), и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше расстояние между повторителями (длина регенерационного участка). Кроме того, дисперсия приводит к ограничению полосы передачи по световоду.

Рисунок 2.5 – Классификация потерь в оптическом волокне

 

Макроизгибы обусловлены скруткой ОВ вдоль всего оптического кабеля. На изгибе нарушается условие полного внутреннего отражения. Такой луч преломляется и рассеивается в окружающем пространстве (оболочке).

Потери от микроизгибов возникают в результате случайных отклонений волокна от его прямолинейного состояния. Размах таких отклонений составляет менее 1 мкм, а протяженность - менее миллиметра. Подобные случайные отклонения могут появляться в процессе наложения защитного покрытия и изготовления из стекловолокон кабеля, в результате температурных расширений и сжатий непосредственно волокна и защитных покрытий.

Собственные потериас состоят из трёх составляющих:

(2.7)

ап - ослабление за счёт поглощения;

апр - ослабление за счёт наличия в материале ОВ постоянных примесей;

ар- ослабление за счёт потерь на рассеяние.

Рисунок 2.6 – Спектр света

Для того, чтобы понять природу потерь на поглощение, надо вспомнить чем представлен спектр света (рисунок 2.6). Спектр света представлен инфракрасными лучами, видимым светом и ультрафиолетовыми лучами. Инфракрасная часть спектра оптического сигнала делится на 3 поддиапазона: ближний, средний и дальний. К среднему относится тепловое излучение, которое создаётся любым нагретым объектом (солнцем, отопительными приборами, теплокровными существами.) В электронике и связи чаще всего используют ближнюю часть инфракрасного диапазона (см. рисунок 2.6)

Как известно, стекло очень сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Потери света в видимом диапазоне меньше, чем в ультрафиолетовом, но ещё достаточно велики, что не позволяет использовать их для передачи по оптическому кабелю. Так называемое ультрафиолетовое поглощение простирается вплоть до длины волны 1,3 мкм, где оно имеет минимальное значение.

На длинах волн меньших 1,3 мкм имеет место ультрафиолетовое поглощение, а на длинах волн, больших 1,3 мкм - инфракрасное поглощение, которое с увеличением длины волны растет. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным

Таким образом, минимальное затухание в ОВ имеет оптический сигнал в диапазоне 0,8 – 1,7 мкм(в ближнем поддиапазоне инфракрасного диапазона).

Поскольку свет является электромагнитной волной, то механизм поглощения связан с поведением диэлектрика в электрическом поле (диэлектрической поляризацией).

Это означает, что под действием света происходит поворот связанных зарядов молекул стекла относительно центров связи, на что затрачивается энергия световой волны, этим обусловлены потери на поглощение.

Для изменения показателя преломления волокна используются различные легирующие добавки. Некоторые из них, например, бор (В2О3) имеют большее естественное поглощение, а некоторые, например, германий (GeO2) - меньшее. В настоящее время при производстве стекловолокон используют легирующие добавки с низкими потерями на поглощение.

Потеря энергии также существенно возрастает из-за наличия в материале ОВ постоянных примесейапр, таких, как ионы металлов Fe, Ni, Cr, V, Cu и других включений.

Более существенной в отношении поглощения примесью является вода, присутствующая в виде ионов ОН-. На содержание ионов ОН- в стекле влияет процесс его изготовления. Примесями вызваны максимумы потерь на длинах волн 0,95 и 1,39 мкм (рисунок 2.8).

На ранних этапах развития оптических волокон большую часть примесей составляли ионы металлов. Но в настоящее время эти примеси существенно малы в современных высококачественных волокнах, и единственной оставшейся значительной примесью является гидроксильная группа ОН.

Рассеяние света в волоконном световоде в основном обусловлено наличием в материале сердечника мельчайших (около одной десятой доли длины волны) случайных неоднородностей. Эти неоднородности рассеивают свет во всех направлениях (рисунок 2.7). Часть рассеянного света выходит из сердцевины волокна, а часть может отразиться назад к источнику. Согласно закону Рэлея с увеличением длины волны потери на рассеяние уменьшаются:

Такое рассеяние присутствует в любом волоконном световоде и получило название Релеевского рассеяния. Оно обратно четвертой степени длины волны.

Легирующие добавки, которые необходимы для изменения показателя преломления сердечника световода, увеличивают степень неоднородности стекла.

 

 

Рисунок 2.7 – Природа Релеевского рассеяния

 

Наибольший интерес представляет зависимость затухания ОВ от длины волны (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 – Зависимость затухания оптического волокна от длины волны света

 

На длинах волн 0,95 и 1,39 мкмвозникают всплески затухания, которые обусловлены резонансными явлениями в гидроксильных группах ОН («водные пики»).

Между пиками затухания находятся три области с минимальными оптическими потерями, которые получили название окон прозрачности. С увеличением номера окна затухание уменьшается.

Так первое окно прозрачности наблюдается на длине волны 0,85 мкм. Второе окно прозрачности соответствует длине волны 1,3 мкм. Третье окно прозрачности наблюдается на длине волны 1,55 мкм, на которой затухание сигнала в ОВ минимально и составляет 0,22 дБ/км. Таким образом, целесообразно, чтобы оптические системы передачи по волоконным световодам работали именно на указанных длинах волн, которые получили название рабочих. В настоящее время наибольший интерес вызывают два последних окна прозрачности, которые обеспечивают наименьшее затухание и максимальную пропускную способность волоконных световодов. Внедрение технологий «плотного» частотного уплотнения (DWDM) вкупе с использованием эрбиевых оптических усилителей привело к разработке нового типа оптических волокон. При использовании технологии DWDM в оптическом волокне одновременно вводится большое количество (до 300) оптических сигналов на близких длинах волн, каждый из которых несет свой, независимый от других информационный поток.

 

Кроме выше перечисленных потерь необходимо учитывать потери, возникающие при вводе излучения в ОВ, к ним относятся:

аап- апертурные потери, обусловленные несовпадением апертур излучателя и ОВ;

афр - френелевские потери на отражение от торцов световода и т. д.

В качестве излучателей в ВОСП используют светоизлучающие диоды СИД полупроводниковые лазеры ППЛ. СИД излучают свет в телесном угле 30-60°, а ППЛ – в телесном угле от 3 до 30°. Если апертура излучателя больше апертуры ОВ, то часть оптического сигнала теряется ещё при вводе в ОВ. Это и есть аппертурные потери. Для уменьшения апертурных потерь для ввода излучения в ОВ используют фокусирующие линзы.

Для уменьшения френелевских потерь торцы ОВ покрывают специальными антиотражающими плёнками толщиной кратной λ/4.

Рисунок 2.11 – Виды дисперсии

 

Результирующая дисперсия определяется из формулы:

(2.10)

1) Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной траектории распространения у разных мод по ОВ (рисунок 2.3). Эта дисперсия имеет место только в многомодовом волокне, величина её может достигать τ = 20 – 50 нс/км (больше, чем у любого другого вида дисперсии в тысячи раз).

2) Хроматическая (частотная) дисперсия, возникает из-за того, что источник излучения излучает вместо одной моды несколько мод с разными длинами волн. Эта дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место, как в одномодовом ОВ, так и в многомодовом ОВ. Наиболее отчётливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления оптического волокна от длины волны λ.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны λ. Волноводная дисперсия возникает из-за ограничения света направляющей структурой (волокном). Тогда как почти вся энергия в многомодовом ОВ сконцентрирована в относительно большой сердцевине, в одномодовых ОВ свет распространяется и в сердцевине и в оболочке. Единственная направляемая мода может рассматриваться как распространяющаяся со скоростью, определяемой эффективным показателем преломления, большим чем показатель преломления оболочки, но меньшим показателя сердцевины. С ростом длины волны всё больше энергии распространяется в оболочке с малым показателем преломления. В результате получается расширение импульса, зависящее от структуры волокна, т. е.волноводная дисперсия.

3) Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) - это дисперсия, вызываемая разностью в скоростях распространения двух основных ортогонально-поляризованных мод, существующих в одномодовом волокне. Наличие ПМД приводит к тому, что результирующий выходной импульс света уширяется по сравнению с входным. Луч света от источника излучения попадает на вход ОВ. При этом возникает явление двойного лучепреломления. Это означает, что внутри ОВ образуется две волны (моды), которые поляризуется в двух ортогональных (взаимно-перпендикулярных) плоскостях и распространяется в виде двух мод одной волны. Из-за физической асимметрии показателя преломления ОВ эти моды одной волны движутся с разной скоростью.

ПМД также может быть возникать в местах соединения волокон или изгибах. ПМД влияет на работу ВОЛС так же, как и хроматическая дисперсия, но механизм уширения импульсов в этих случаях различен.

 

Рисунок 2.12 – Поляризационно-модовая дисперсия

Существенным отличием ПМД от хроматической дисперсии является тот факт, что влияние хроматической дисперсии в линии можно компенсировать, в то время как методов компенсации влияния ПМД в настоящее время не существует. В прошлом (лет 15 назад) влияние ПМД не принималось во внимание, поскольку скорости передачи, а также расстояния между регенераторами в ВОЛС были относительно невелики. В настоящее время, когда скорости передачи достигают сотен Гбит/с, а расстояния между оптическими регенерат

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 51; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.166 с.) Главная | Обратная связь