Модернизация, телекоммуникационного оборудования в ЗАО "Кузбассэнергосвязь"
8.2.1 Расчет затухания
Затухание и потери являются параметрами, определяющими дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность.
Затухание световодных трактов оптических кабелей (), характеризуется собственными потерями в световодах (c) и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (к). Суммарное затухание равно [10]:
"right"> = с + к (5.2.1)Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения (п) и потерь рассеяния (р).
Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей (пр) могут быть значительными.
Собственное затухание рассчитывается по формуле [10]:
"right">с = п + р (5.2.2)Затухание в результате поглощения (п) связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, оно линейно растет с частотой, зависит от свойств материала световода (tg?) и определяется по формуле [10]:
"right">, (5.2.3)где n1 - показатель преломления сердцевины;
tg? = 1•10-12 - тангенс диэлектрических потерь материала
сердцевины оптического волокна;
? - рабочая длина волны, км.
Затухание поглощения равно:
= 0,0261 дБ/км
Затухание вследствие рассеяния (р) обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.
Затухание рассеяния определяется выражением [10]:
"right">, (5.2.4)где Кр - коэффициент рассеяния, для кварца равен 0,6 мкм4.
Затухание рассеяния равно:
= 0,104 дБ/км
Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь оптического волокна.
В результате, собственные потери мощности в ОВ составят:
с = 0,0261 + 0,104 = 0,130 дБ/км
Дополнительные потери в оптических кабелях (к) обусловлены деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля - скруткой, изгибами волокон и так далее.
В общем случае дополнительные потери определяются, как:
"right"> (5.2.5)В процессе изготовления волокна их классифицируют по следующим семи составляющим:
1 - возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических
воздействий в процессе изготовления кабеля;
2 - вследствие температурной зависимости коэффициента
преломления материала ОВ;
3 - вызывается микроизгибами ОВ;
4 - возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);
5 - возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси;
6 - возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;
7 - возникает вследствие потерь в защитной оболочке ОВ.
При соблюдении норм технологического процесса изготовления доминируют потери на микроизгибы.
Потери на микроизгибы и потери в защитных оболочках сравнительно невелики и составляют 0,1 дБ/км.
Расчетное суммарное затухание кабеля равно:
= 0,130 + 0,1 = 0,23 дБ/км
8.2.2 Расчет дисперсии
При прохождении импульсных сигналов по световоду изменяется не только амплитуда импульсов, но и их форма - импульсы уширяются. Это явление называется дисперсией (?).
Дисперсия - это рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ, рисунок 8.2.
Рисунок 8.2 - Искажение формы импульсов вследствие дисперсии.
Полная классификация составляющих дисперсии оптического волокна приведена на рисунке 8.3.
Рисунок 8.3 - Классификация составляющих дисперсии оптического волокна.
Модовая (межмодовая) дисперсия обусловлена наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью, и имеет место только в многомодовом волокне.
Основной причиной возникновения хроматической (частотной) дисперсии является некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн. Хроматическая дисперсия складывается из волноводной (внутримодовой) (?вв), материальной (?мат) и профильной (?пр):
"right">?хр = ?мат + ?вв + ?пр (5.2.6)Волноводная (внутримодовая) дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется направляющими свойствами сердцевины ОВ, а именно: зависимостью групповой скорости моды от длины волны оптического излучения, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления сердцевины и оболочки от длины волны оптического излучения.
К основным причинам возникновения профильной дисперсии относятся поперечные и малые продольные отклонения геометрических размеров и формы волокна. Они могут возникать в процессе изготовления ОВ, строительства и эксплуатации ВОЛC.
Материальную, волноводную, профильную дисперсии определим по формулам [10]:
"right">?мат=?? М(?), (5.2.7) "right">?вв=?? В(?), (5.2.8) "right">?пр=?? П(?), (5.2.9)где ?? = 0,5 ширина спектра источника излучения, нм
(для выбранной системы передачи);
М(?)=-18 пс/нм•км удельная дисперсия материала;
В(?)=12 пс/нм•км удельная волноводная дисперсия;
П(?)=5,5 пс/нм•км удельная профильная дисперсия.
По формулам (5.2.7; 5.2.8; 5.2.9) рассчитаем материальную, волноводную, профильную дисперсии:
?мат=0,5 • (-18)=-9 пс/км,
?вв= 0,5 • 12=6 пс/км,
?пр=0,5 • 5,5=2,75 пс/км
Поляризационная модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Главная физическая причина появления PMD - некруглость профиля сердцевины одномодового волокна.