8.4. Таратушы және қабылдаушы оптикалық модулдер.

Құрылымдық сұлбасы 8.12 –суретте көрсетілген таратушы оптикалық модуль (ТОМ) электрлік сигналды шалаөткізгіш лазердің қарқындылығы бойынша модуляцияланған оптикалық сәулеленуіне түрлендіреді.

8.12 – сурет. Таратушы оптикалық модуль құрылымдық сұлбасы: СФТ-сигналдың форматын түрлендіргіш, ОТҚ-оптикалық толықтырғыш құрылғы, ТТИҚ- толықтырушы тогы импульстерін қалыптастырушы, ҮҚ-үйлестіргіш құрылғы, ОС – оптикалық сәулелендіргіш, СТҚ- сигналдың тогын қалыптастырғыш, ОҮҚ-сигнал тогын қалыптастырғыш, АЖ –ажыратқыш жалғаушы

Ақпараттық электрлік сигнал форматты түрлендіргіш СФТ кірісіне келіп түседі, ол бастапқы биполярлық импульстер тізбегінен униполярлық импульстер тізбегін қалыптастырады. Мұның қажеттілігі, өйткені сәулеленіп шығатын сигнал қарқындылығы бойынша модуляцияланады ( бірлікке сәулелену импульсі сәйкес келеді де, нөлге импульстің жоқтығы).

Әрі қарай сигнал лазердің толықтыру тогы импульстерін қалыптастырғышқа (ТИҚ) келіп түседі. ТИҚ негізгі арналуы токтың жеткілікті қуатты импульстерін қалыптастыру, одан басқа мұнда бақылаудың кейбір функциялары орындалуы мүмкін, соның ішінде, бақылау жүйесіне сәйкесті сигналдарды берумен, толықтыру тогының максималды мәнін шектеу.

ТИҚ шығысынан ток импульстері оптикалық сәулелендіргішке (ОС) беріледі.

Қабылдағыш станцияның оптикалық қабылдағышы оптикалық сигналды электр тогына (кернеуіне) түрлендіруді іске асырады, бұл сигналдарды электрондық схемалармен өңдеуге мүмкіндік береді.

Қабылдағыш оптикалық модуль (ҚОМ) (8.13-сурет) - фотодетектордан (p-i-n –фотодиодтан немесе ағындық фотодиодтан) және аз шуылдайтын алдын-ала күшейткіштен тұратын, ортақ тұрқыда жинастырылған құрылғы. Фотодетектор ретінде p-i-n диодын пайдаланғанда алдын-ала күшейткіштің электрондық схемасы қарапайымдалады.

г)

8.13 – сурет. ҚОМ приципиал схемасы: а) күшейткішке фотодетекторды қосумен; б) трансимпеданстық күшейткішпен; г) аналогтық (1) және цифрлық (2) сигналдарды қабылдағандағы қажетті оптикалық қуаттың жолақ еніне тәуелділігі

Талшықтық-оптикалық технологияның кемшіліктерін атап өтейік.

1. Оптикалық шығындары аз және қосып-ажырату мүмкіншілігі жеткілікті оптикалық коннекторлар (жалғағыштар) қажеттілігі. Байланыс желісінің мұндай элементтерін жасау дәлдігі сәулелендіру толқындарының ұзындығына сәйкес келуі тиіс, яғни қателіктері микрон бөлігіндей болуы керек. Сондықтан оптикалық байланыс желісінің мұндай сыңарларын өндіру қымбат тұрады.

2. Екінші кемшілігі, осы оптикалық талшықты монтаждау үшін өте дәл (прецизионды), сондықтан қымбат техникалық жабдықтар қажет.

3. Авария болған жағдайда оптикалық кабелдерді қайта қалпына келтіру үшін мыс кәбілдерге қарағанда көп шығын кетеді.

Дегенмен, талшықты-оптикалық байланыс желілерінің қолданылу артықшылықтары маңызды. Сондықтан кемшіліктеріне қарамастан олар ақпаратты тасымалдау үшін кеңінен қолданылады.

Мысал 8.1. Регенерация учаскесі ұзындығын есептеу.

Цифрлық ТОБЖ регенерация учаскесінің максималды ұзындығы (немесе жолдық трактының регенераторларсыз максималды ұзындығы) импульстік сигналдардың өшуі және дисперсиясымен шектеледі. Осы көрсеткіштер бір-біріне тәуелсіз болғандықтан, ТОБЖ –ні жобалағанда өшуі бойынша регенерация учаскесі ұзындығын L_p және дисперсия бойынша регенерация учаскесін L_pд бөлек есептеу керек.

Регенерация учаскесінің қарапайым құрылымдық сұлбасы 8.14 – суретте көрсетілген. Мұнда ақырғы құрылғылар (таратушы және қабылдаушы станциялар, сызықтық регенераторлар) электронды оптикалық түрлендіруді іске асырады. Оларды ішкі (станциялық) кабелдерге жалғау үшін ажыратылмалы оптикалық жалғаушыларды АЖ пайдаланады. Станциялық және сызықтық ОК оптикалық талшықтарын біріктіру, сондай-ақ ОК-дің құрылыстық ұзындықтарын біріктіру пісірілген оптикалық ажыратылмайтын қосылғыштар көмегімен орындалады.

8.14 –сурет. Регенерация учаскесінің құрылымдық сұлбасы

Өшуі бойынша регенерация учаскесі ұзындығын есептеу.

Регенерациялық учаскенің жалпы өшуі

. (8.13)

мұнда Р₁, р₁ - кабел ОТ-на енгізілетін қуат және қуат деңгейі; Р₂, р₂ – қабылданатын қуат және қуат деңгейі;  - ОТ өшу коэффициенті; _нс, _рс – ажыратылмайтын және ажыратылатын оптикалық жалғаушылар енгізетін шығындары, N_нс- ажыратылмайтын, N_рс – ажыратылатын жалғаушылар саны.

Учаскедегі ажыратылмайтын оптикалық жалғаушылар жалпы саны

N_нс = L_p/l_оұ + 1, (8.14)

Мұнда l_оұ ОК орташа құрылыстық ұзындығы.

Оптикалық қабылдағыш р₂  р_қа шартында сигналды қабылдайды және өңдейді, мұнда р_қа – деңгейлік сезімталдық (қабылданатын сигналдың қуатының

минималды рұқсатты деңгейі). Оптикалық қабылдағыштың алдын-ала өзіміз анықтайтын минималды жүктемеленуі М –ді ескере отырып, аламыз

р₂ = р_қа + М. (8.15)

(8.14) пен (8.15)- ті (8.13) –ке қойып табамыз

. (8.16)

Мүнда А = р₁ - р_қа – ТОБЖ аппаратурасы қамтитын учаске өшуі мәні(энергетикалық потенциал).

Регенерация учаскесінің минималды ұзындығы, ОТ-қа енгізілетін қуаттың минималды деңгейімен А_min = p_1min - p_қа және қүрылғының динамикалық диапазоны D –мен анықталады:

. (8.17)

Дисперсия бойынша регенерация учаскесінің ұзындығын есептеу.

Цифрлық ТОБЖ сызықты кодасы қарапайым түрде берілген дейік (8.15 – сурет). Бұл жағдайда регенерациялық учаскенің басында импульс ұзақтылығы бірлік интервалға тең t_и = Т. Регенерациялық учаскенің соңында импульс ұзақтылығы t_и = Т + ₀L_рд , мұнда ₀ =  /L – ұзындық бірлігіндегі дисперсия.

1 0 1

Т Т Т t_и = Т

8.15 – сурет.

Оптикалық қабылдағыштың кірісіндегі көрші импульстер арасында бірін-бірі жауып кетпеуі үшін келесі шартты орындау керек t_и = Т + ₀L_рд2Т. Сондықтан

₀L_рд  Т . (8.18)

Цифрлық ТОБЖ күрежолдарында ақпарат күрделі цифрлық сигналдар –кодалар түрінде берілетіндігін ескерсек осы шарт былай жазылады

₀L_рд  Т/2 . (8.19)

Оптоталшықтың кең жолақтылығы F = 0,44/₀ , мұнда ₀ = /L- ұзындығы 1 км ОТ бөлігіндегі дисперсия (үлестік дисперсия) және жолдық трактыда ақпаратты тарату жылдамдығы В = 1/Т екенін ескеріп, дисперсия бойынша учаскенің максималды ұзындығын табамыз

(8.20)

мұнда f_т –жолдық цифрлық сигналдың тактылық жиілігі.

(8.17), (8.20) формулалары бойынша регенерация учаскесі ұзындығын есептеу үшін аппаратураның типтік көрсеткіштерін келтірейік:

негізгі цифрлық арналар (НЦА)............................................ 480;

тарату жылдамдығы .............................................................. В_тж = 34,368 Мбит/с;

жұмыстық толқын ұзындығы ...............................................   1,3 мкм;

сызықтық сигналды тарату жылдамдығы............................ В  41.242 Мбит/с;

энергетикалық потенциал...................................................... А  36 дБ;

ОК типтік көрсеткіштері:

ОТ типі .............................................................................. көп модалы градиентті;

өшу коэффициенті (  1,3 мкм) .....................................   0,7 дБ/км;

кең жолақтылық коэффициенті ....................................... F = 800 МГцкм;

орташа құрылыстық ұзындық .......................................... l_оұ = 2,2 км.

Жолдық трактының көрсеткіштері: N_рс= 2; _рс= 0,3 дБ; _нс = 0,1 дБ.

(9.15) және (9.20) формулаларынан табамыз:

км;

км.

Алынған нәтижеден көрініп тұр, ішкі аймақтық ТОТЖ үшін   1 дБ/км бар арзан ОК-ді таңдап алуға болады.

Бақылау сұрақтары.

1.ТОТЖ –нің қандай артықшылықтары бар?

2. Қазіргі ТОТЖ-ы қандай топтарға бөлінеді?

3.Оптикалық талшық қандай материалдан жасалады?

4.Сыну көрсеткішіне байланысты оптикалық талшықтар қандай түрлерге бөлінеді?

5. Оптикалық талшық арқылы қандай сәулелер таралады?

6. Сәулелену модалары дегеніміз не?

7. Бағытталатын модалардың қандай түрлері ба?

8. Сандық аппертура дегеніміз не?

9. Мөлдірліктің терезелері дегеніміз, не олар толқын ұзындықтары бойынша қалай ажыратылады?

10. Оптоталшықтың қандай жұмыс істеу күйі пайдалы: бірмодалы ма, әлде көпмодалы ма?

11. Оптикалық талшықта сигналдың өшуінің себептері қандай?

12. Оптикалық кабелдің құрылысы туралы айтып бер.

13. Сәулелендіргіштер ретінде қандай электрондық шалаөткізгіш аспаптар пайдаланылады?

14. Оптикалық таратқыш модулы құрылымы туралы айтып бер.

15. Оптикалық қабылдағыш модулы қандай бөліктерден тұрады?

16. Цифрлық ТОБЖ типтік құрылымдық сұлбасын сызып көрсет.

17. Жолдық регенераторлар және оптикалық күшейткіштер не үшін пайдаланылады?

18. Оптикалық жалғағыштардың түрлерін және ерекшеліктерін атаңдар.

19. Оптикалық тармақтағыштар қандай функция аи\тқарал\ды?

20. Электрлік сигналдарды уақыттық мультиплексирлеудің сұлбасын сызып көрсетіңдер.

21. Өшуі бойынша регенерация учаскесі ұзындығы қалай есептеледі?

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТ ТІЗІМІ

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 1988.- 444.

2. Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи. – М.: Высш.шк., 2002. - 510.

3. Головин О.В. Радиоприемные устройства.– М.:Горячая линия – Телеком, 2002. – 384

4. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи. М: солон-р, 2001.-237.

5. Каганов В.И., Битюгов В.К. Основы радиоэлектроники и связи. – М.: Горячая линия - Телеком. 2006. 551.

7. Кантор Л.Я. Спутниковая связь и вещание. М: Радио и связь, 1997.- 521.

8. Каплун В.А., Браммер Ю.А. и др. Радиотехнические устройства и элементы радиосистем. – М.: Высш.шк., 2002. -294 .

9.Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попандопуло В.Н.,Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Радиосвязь, радиовещание, телевидение. Т.2. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 672.

10. Устройство приема и обработки сигналов: Учебное пособие. Кн.1/ Под ред. С.Б.Макарова и С.А.Подлесного. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 136 с.

11. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. М: Радио и связь, 1988.- 352.

12. Мордухович Л.Г. Радиорелейные линии связи. М: Радио и связь, 1989.- 159.

13. Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства. М: Радио и связь, 1990. - 432.

14. Гитин В.Я., Л.Н.Кочановский. Волоконно-оптические системы передачи. М: Радио и связь, 2003. -128.

15. Нұрманов М.Ш., Құрманов А.Т., Жанқозин Ә.Ж. Электроника және микросхемотехника. Оқулық. Алматы.: ҚР ІІМ баспасы, 2000.233 бет.

16. Нұрманов М.Ш. Микросхемотехника негіздері. Астана.: «Фолиант» баспасы, 2008. – 244 бет.

17. Нұрманов М.Ш. ОӘК. Радиотехника негіздері. Алматы.: ҚазҰТУ баспасы, 2011. -100 бет.

18. Хачикян В.С., Джаманшалов М.У. ОӘК. Жерсеріктік байланыс және навигация. Алматы: ҚазҰТУ, 2009. - 53 бет..

19.ФИЛАТЧЕВКОВ С.В., Базаров И.К. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС, ИПРЖР. Москва, 1998 г.

20. Бектыбаев Т.Х., Берикұлы А., Ниеталин Ж.Н., Нұрманов М.Ш.,Токтамысов Н.М., Шайхин Б.М. Қазақша-орысша, орысша-қазақша терминологиялық сөздік. Электроника, радиотехника және байланыс. Алматы.: Рауан, 2000.- 235 бет.

21. Ж. Ниеталин, М. Нұрманов, Ж.Ниеталина, С.Әлібаева, Н.Жүнісов, С.Әлібаева, Б.Кемелбеков, Н.Құсамбаева, О.Сарсенбаев. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі. Электроника, радиотехника және байланыс. Алматы.: Мектеп, 2007. – 230 бет.

22. http: //www.goole.kz

23. http: //www/al-soft.com/saa/satinfo.shtml – сілтемесі.

МАЗМҰНЫ

Алғы сөз ...............................................................................................................3

Кіріспе...................................................................................................................4

І ТАРАУ. РАДИОТЕХНИКАЛЫҚ СИГНАЛДАР......................................7

1.1. Радиотолқындардың таралуы және жіктелуі ..............................................7

1.2. Антенналар және фидерлік құрылғылар......................................................14

1.3.Радиоарналар....................................................................................................25

ІІ- ТАРАУ.РАДИОТЕХНИКАДА ПАЙДАЛАНЫЛАТЫН

СИГНАЛДАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ МЕН

КЛАССИФИКАЦИЯСЫ………………………………………………............34

2.1. Радиотехникалық сигналдар түрлері.............................................................34

2.2. Сигналдарды динамикалық түрде көрсету....................................................39

2.3. Периодты сигналдың спектральдық көрсетілуі............................................42

2.4. Периодты емес сигналдардың спектралдық бейнеленуі.............................47

2.5. Котельников теоремасы...................................................................................50

ІІІ – ТАРАУ. МОДУЛЯЦИЯЛАНҒАН СИГНАЛДАР ЖӘНЕ

ОЛАРДЫҢ СПЕКТРІ..........................................................................................................60

3.1. Амплитудалық модуляциясы бар сигналдар..................................................60

3.2. Жиілікті және фазалы модуляцияланған сигналдар және олардың

спектрі.................................................................................................................68

3.3. Импульстік модуляция.....................................................................................72

3.4. Модуляторлар....................................................................................................80

3.5. Радиосигналдарды демодуляциялау

(детектрлеу). Детекторлар......................................................................................87

ІY –ТАРАУ.РАДИОТАРАТҚЫШ ЖӘНЕ РАДИОҚАБЫЛДАҒЫШ

ҚҰРЫЛҒЫЛАР ...................................................................................................100

4.1. Радиотаратқыш құрылғылар....................................................................... .100

4.2. Радиоқабылдағыш құрылғылары.................................................................111

Y – ТАРАУ.РАДИОЭЛЕКТРОНДЫҚ БАЙЛАНЫС

ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ............................................................................................119

5.1.Байланыс жүйесінің негізгі сипаттамалары

мен параметрлері...................................................................................................119

5.2. Теледидарлық құрылғылар.............................................................................121

5.3. Іздеп табу және өлшеу радиотехникалық жүйелері.....................................131

5.4. Қазіргі заманғы қозғалмалы радиобайланыс жүйелері................................134

YI – ТАРАУ. РАДИОРЕЛЕЙЛІК БАЙЛАНЫС ЖҮЙЕСІ...........................149

6.1.Тікелей көріністегі радиорелейлік байланыс жолдарын құрудың

жалпы принциптері...........................................................................................150

6.2. РРЖ станциясының көрсеткіштерін таңдау. Субрефракция және интерференция әсерінен тыну, Френель аймағы..................................................155

6.3. Тікелей көріністегі радиорелейлік жол аппаратурасы.................................160

6.4. Тропосфералық радиорелейлік жолдар (ТРРЖ)............................................167

YII –ТАРАУ. ЖЕР СЕРІКТІК БАЙЛАНЫС ЖҮЙЕСІ................................170

7.1. Жер серіктік байланыс жүйелері дамуы және құру принципі......................170

7.2.Жерсеріктік жүйелері құрылысы мен сипаттамалары...............................174 7.3.Жерсеріктік және жер байланыс жүйесінің электромагниттік

үйлесімділігі..............................................................................................................183

7.4. Қозғалмалы жерсеріктік байланыс жүйесі. IRIDIUM жерсеріктік жүйесі ..190

7.5. Ғарыштық жерсеріктік байланыс жүйелері......................................................194

7.6. GPS және ГЛОНАСС жерсеріктік навигация жүйесі....................................................................209

7.7. Қолданыстағы ғарыштық радиобайланыс түрлері.........................................213

YIII –ТАРАУ. ТАЛШЫҚТЫҚ ОПТИКАЛЫҚ

БАЙЛАНЫС ЖҮЙЕСІ............................................................................................230

8.1. Сигналдарды таратудың оптикалық орталары.................................................230

8.2.Сәулелендіру көздері. ..........................................................................................243

8.3. Талшықты- оптикалық байланыс жүйесі (ТОБЖ) классификациясы

және ТОБЖ –ны құру ұстанымдары..........................................................................244

8.4. Таратушы және қабылдаушы оптикалық модулдер..........................................250

262