2.12. Пропускная способность и дальность связи

В электрических кабелях с медными проводниками (симметричных и коаксиальных) полоса пропускания и дальность связи в основном лимитируются затуханием и помехозащищенностью цепей. Оптические кабели принципиально не подвержены электромагнитным воздействиям и обладают высокой помехозащищенностью, поэтому параметр помехозащищенности не является ограничивающим фактором. В оптических кабелях полоса пропускания и дальность связи лимитируются затуханием и дисперсией.

При определении дальности связи по кабельным линиям необходимо учитывать специфику различных систем передачи. В аналоговых системах передач (АСП) происходит накопление помех по всей длине линии и нужно учитывать всю длину линии. В цифровых системах передачи (ЦСП) в каждом регенерационном пункте устраняются помехи и восстановленный сигнал передастся дальше. Так что в ЦСП качество связи определяется соотношением сигнал/шум одного регенерационного участка.

Длину регенерационного участка ВОЛС при использовании ЦСП определяют следующим образом. Длину регенерационного участка выбирают по наименьшему значению l_aили но так, чтобы выполнялись требования по затуханию сигнала и пропускной способности Как видно из рис. 2.28, с увеличением длины линии возрастает затухание цепи которое не должно превышать энергетический потенциал системыЭ, обычно составляющий 35...40 дБ.

Рис. 2.28. К определению длины регенерационного участка оптического кабеля.

Одновременно с увеличением длины линии уменьшается пропускная способность световодакоторая зависит от используемой системы передачи (например, для цифровых систем передачи ИКМ-480v = 34 Мбит/с). Из рис. 2.28 видно, что оптимальная длина участка по затуханию составляет 18 км, а по пропускной способности 14 км; принимаем длину регенерационного участка по наименьшему значению, в данном случае по пропускной способности

В общем виде ограничивающим фактором длины регенерационного участка может быть как дисперсия τ так и затухание. Применительно к передаточным характеристикам существующих оптических кабелей в многомодовых световодах длина регенерационного участка и дальность связи лимитируются дисперсией и соответственно полосой пропускания, а в одномодовых световодах, обладающих хорошими дисперсионными характеристиками, длина участка и дальность связи определяются затуханием световодного тракта. Для систем цифровой передачи по многомодовым оптическим кабелям при λ=0.85 мкм длина регенерационного участка равна 10... 30 км, а по одномодовым кабелям на длинах волн 1,3 или 1,55 мкм она достигает 50... ... 100 км.

2.13. Коэффициент распространения, скорость передачи по световоду и волновое сопротивление

Коэффициент распространения βявляется важнейшим параметром, определяющим форму сигнала, качество и скорость передачи по линии. На основании ранее приведенных волновых уравнений и используя значения поперечных коэффициентов (для сердцевины) и (для оболочки), получаем следующее выражение для расчета β (рад/км):

где n₁, иn₂—показатели преломления сердцевины и оболочки;f—расчетная частота;—критическая частота;с—скорость света;d—диаметр сердцевиныp_nm-значения корней функций Бесселя для различных типов волн (см. табл. 2.6).

В предельных случаях при критической частоте f₀и при больших расчетных частотах

при

при

Из рис. 2.29, где приведена частотная зависимость коэффициента распространения, видно, что β изменяется от значений k₂в оболочке (при (f=f₀) до значенийk₁ в сердцевине прит. е.

Рис. 2.29. Частотная зависимость коэффициента распространения кабеля.

Для каждого типа волны (моды) имеется своя критическая частота. Волна НЕ₁₁имеет критической частоты.

Исходную формулу расчета β (рад/км) можно представить несколько в другом виде, используя значение критической частоты

В табл. 2.22 приведены данные расчета β для волн иE_0mв широком диапазоне частотHE₁₂

Таблица 2.22

НЕ12 pnm=3,832	f*1013, Гц	f0= 2,62	1.25f0= 3,28	1,5f0= 3,94	1,75fо=4,59	2f0= 5,24	4f0= 10,49
	β*106, рад/км	8,05	10,1	12,08	14,41	16,47	32,95
Е01 Рпт=2,405	f*1013ГЦ	fо=1,647	1.25f0=2,06	1,5 f0=2,47	1.75f0=2,88	2f0=3,29	4f0= 6,59
	β*106рад/км	5,12	6,44	7,75	9,06	10,36	20,79

Фазовая скорость v — это скорость (км/с) перемещения вдоль линии фронта определенной волны, определяющаяся соотношением

Где f—расчетная частота;f₀-критическая частота. В предельных случаях приf₀ и

приf=f₀

_при

Фазовая скорость передачи по световоду (рис. 2.30) при критической частоте равна скорости распространения волны в оболочке (c/n₂) а с ростом частоты поле все больше концентрируется в сердцевине световода, происходит эффективная передача и скорость определяется свойствами сердцевины (c/n₁)

Рис. 2-30. Частотные зависимости ско­рости распространения.

Волна HE₁₁распространяется во всем диапазоне частот. Значения фазовой скорости находятся в пределах скоростей в оболочке и сердцевине:

Используя значение критической частоты f₀можно несколько упростить формулу расчета фазовой скорости:

В табл. 2.23 приведены результаты расчета фазовой скорости для волны НЕ₁₁ (p_nm=3.832)

Таблица 2.23

f*101ЭГц	f0=2,62	1,25f0=3,28	1.6f0=3,94	1,75f0= 4,59	2f0=5,25	4f0=10.4
v, км/с	202 157	200 884	200 203	199 795	199 532	198 892

Волновое сопротивление Z_B Ом, определяется на основе ранее приведенных выражений для электрическогоЕ и магнитногоН полей.

Для электрических полей

для магнитных полей

В предельных случаях при f₀и:

для электрических полей

приf=f₀

при

для магнитных полей

приf=f₀

при

В табл. 2.24 приведены расчетные данные значений волновых сопротивлений электрических и магнитных полей при различных частотах. Расчеты выполнены при Z₀=376,7 Ом иZ₀/n₁= 249,5 Ом.

Таблица 2.24

fo. Гц	, Ом	, Ом	fо. Гц	, Ом	Ом
f0=2,385*1013 1,25 f0 1.5 fo	245,17 246,73 247,57	253,84 252,24 251,38	1,75 f0 2f0 4fo	248,08 248,40 249,20	250,87 250,54 249,74

Из рис. 2.31, где показан ход кривых, видно, что с ростом частоты несколько растет, ападает. В обоих случаях в области высоких частот они становятся равными сопротивлению сердцевины(Z₀/n₁=249,5 Ом).

Рис. 2.31. Частотные зависимости вол­нового сопротивления.