Тема 17. Вплив і перешкодозахищеність оптичних кабелів

1. ПРИРОДА ВЗАЄМНИХ ВПЛИВІВ ОПТИЧНИХ КАБЕЛЯХ І КЛАСИФІКАЦІЯ ХВИЛЬ.

2. ПЕРЕХІДНЕ ЗГАСАННЯ І ЗАХИЩЕНІСТЬ ВІД ПЕРЕШКОД

1. ПРИРОДА ВЗАЄМНИХ ВПЛИВІВ ОПТИЧНИХ КАБЕЛЯХ І КЛАСИФІКАЦІЯ ХВИЛЬ.

Для повної оцінки властивостей будь-яких ліній зв'язку і правильного їхнього конструювання необхідно, крім процесорів поширення електромагнітної енергії уздовж лінії, знати також явища переходу енергії з одного ланцюга на інший і їхню перешкодозахищеність від заважаючих впливів.

Волоконні світловоди, що знаходяться в загальному сердечнику оптичного кабелю, можуть впливати на сусідні світловоди.

Природа взаємних перехідних перешкод в оптичних кабелях зв'язана з характеристикою хвиль, що діють у волоконних світловодах. Розглянемо ці хвилі.

У загальному випадку у волоконному світловоді можуть існувати три типи хвиль: направлені (хвиля осердя), витікаючі (хвиля оболонки), випромінюванні (хвиля випромінювання). Дія і перевага якого-небудь типу хвиль зв'язано в першу чергу з апертурою і співвідношенням кутів падіння хвилі () і повного внутрішнього відображення (θв)

Хвилі осердя -це основний тип хвилі, що поширюється по світловоду. Тут вся енергія зосереджена усередині осердя світловода і забезпечує передачу інформації. Дані хвилі збуджуються при введенні променів у торець світловода під кутом більше кута повного відображення (> θв), тобто в межах апертурного кута.

Хвилі випромінювання (просторові хвилі) виникають при введенні променів під кутом, меншим кута повного відображення (<θв), тобто поза апертурою. Тут вся енергія вже спочатку лінії випромінюється в навколишній простір і не поширюється уздовж світловода. Це зв'язано з додатковими непродуктивними втратами енергії.

Проміжне положення займають хвилі оболонки . Тут енергія частково поширюється уздовж світловода, а частина її переходить в оболонку і випромінюється в навколишній простір. Хвилі, що виікають, утворяться в першу чергу за рахунок косих променів. Типи хвиль і їхніх епюрів приведені на мал. 17.1.

Рис. 17.1. Типи (а) і епюри (б) хвиль у світловоді:

1 - направлені (хвилі осердя); 2 - витікаючі (хвилі оболонки);

3 - випромінюванні (просторові хвилі).

Таким чином, у світловодах уздовж усієї лінії поширюється що направляється (власна) хвиля, що забезпечує передачу енергії по лінії. Витікаючі (хвилі оболонки) і випромінюванні (просторові хвилі) хвилі діють лише на початковій ділянці лінії, потім роль їхнія різко знижується.

Варто мати на увазі, що і при дотриманні кута повного відображення (ф>θв) частина енергії, що направляється, просочується в оболонку і поширюється уздовж межі розподілу середовищ у поверхневому шарі. Розрахунок її може проводитися по формулі:

Е = Е_о е^-kх , де

Е_о - вихідна хвиля довжиною λ, падаюча під кутом φ;

θв -кут повного відображення; х-координата в радіальному напрямку, по-іншому

k - параметр загасання оболонки в радіальному напрямку

Протікаюче через () поле зменшується, а при (<θв) воно максимальне.

2. ПЕРЕХІДНЕ ЗГАСАННЯ І ЗАХИЩЕНІСТЬ ВІД ПЕРЕШКОД

Взаємні перехідні впливи між волоконними світловодами в оптичних кабелях обумовлені двома процесами:

• просочуванням енергії через оболонку світловода, що впливає в навколишній простір і впливом на сусідній світловод. Це явище домінує в оптичних кабелях з однорідними світловодами.

• розсіюванням енергії на неоднорідностях світловодного тракту. Сюди відносяться технологічні неоднорідності сердечника й оболонки по довжині і перетину, вигини і скрутка світловодів, мікротріщини й інші порушення однорідності тракту, що приводять до розсіювання енергії і її випромінюванню.

Поля розсіювання на відміну від полів однорідних світловодів не локалізовані поблизу осі світловода і є основною причиною виникнення взаємних впливів між ними.

Взаємні впливи в неоднорідних світловодах являють собою складний процес і в даний година ще не знайдений оптимальний спосіб їхнього розрахунку.

На малий. 17.2 показано розподіл електромагнітного поля в двох сусідніх світловодах. Амплітуда поля спадає за законом експоненти в поперечному напрямку:

Е = Е_о е^-kх , де

k - параметр загасання оболонки (див. вище);

х — відстань від осі світловода.

1 2

Рис.17.2. Схема взаємного впливу між світловодами

Частина поля одного світловода проникає в сусідній світловод і виявляється там у вигляді перешкоди.

Перехідне загасання і перешкодозахищеність однорідних оптичних кабелів без обліку розсіювання енергії в неоднорідних світловодах можуть бути визначені по наступним формулах [9]:

перехідне загасання на ближньому кінці лінії, дБ A₀ =20lg

перехідне загасання на далекому кінці, дБ A_l =20lg+ αl

захищеність від перешкод, дБ A₃ =20lg

де х=d/2 πr - параметр зв'язку між світловодами;

d – діаметр світловода;

г — відстань між центрами світловодів;

Δ - товщина оболонки світловода;

l - довжина лінії;

k - параметр загасання оболонки;

α -коефіцієнт загасання.

Рис.17.3. Залежність перехідного загасання від товщини оболонки:

1-при λ = 1 мкм; 2 — при = 1,6 мкм.

Рис.17.4. Частотна залежність перехідного загасання оптичних кабелів.

Експериментально встановлено, що в однорідних оптичних кабелях перехідне загасання складає звичайно велику величину (200 дб). У реальних оптичних кабелях за рахунок розсіювання на неоднородностях світловодного тракту величина перехідного згасання може знизитися приблизно до 100—120 дб і з перешкодами необхідно рахуватися.

Частотна залежність перехідного згасання зі збільшенням частоти (малий. 17.3) має закономірне фізичне пояснення: з ростом частоти електромагнітне поле вусі більше концентрується в сердечнику світловода і менше проникає в оболонку і навколишній простір, у результаті взаємний вплив зменшується і перехідне згасання росту. При частотах менше критичної fо поле випромінюється в навколишній простір і ефективна передача по світловоду неможлива.

Зі збільшенням відстані між світловодами перехідне згасання зростає по логарифмічному закону. Перехідне згасання і перешкодозахищеність оптичних кабелів зменшуються зі збільшенням довжини хвилі.

В оптичному кабелі, за звичай, під загальною зовнішньою оболонкою розміщується велике число волоконних світловодів, тому треба враховувати також вплив сусідніх навколишніх волокон.

Варто мати на увазі, що приведені формули справедливі для прямолінійних світловодів регулярних конструкцій. Наявні в реальних умовах неоднорідності можуть істотно збільшити взаємні перешкоди і знизити величину перехідного загасання. Найбільш радикальним способом підвищення перешкодозахищеності оптичних кабелів є збільшення товщини оболонки і застосування покриття з поглинаючого матеріалу. Воно ж і виконує роль механічного захисту волоконного світловода.