Указания к выполнению работы

Длина регенерационного участка ОВЛ – l_р между оптическим передатчиком и оптическим приемником зависит от двух факторов – затухания в световоде и полосы частот, которая должна быть на входе приемника ∆f_пр.

Структурная схема участка ОВЛ длиной l_р показана на рисунке 1.

Р_пзл Р_пр

ИКМ-N 2 1 3 4 5 6

∆f_пр ИКМ-N

7 8

Оптический передатчик Оптический приемник

Рисунок 1

В состав оптического передатчика входят следующие устройства:

(1) - оптический генератор/ светодиод или полупроводниковый лазер;

(2) - модулятор, управляющий величиной тока через 1;

(3) - согласующе-оптическое устройство, направляющее излучение в апертуру световода;

(7) - источники питания.

В состав оптического приемника входят:

(4) - согласующее оптическое устройство, направляющее излучение из световода на входное устройство приемника;

(5) - фотоприемник фотодиод, фототранзистор, фотосопротивлениея;

(6) - усилитель импульсов;

(7) - источники питания.

При расчете собственных потерь в световоде следует учитывать [2,4], что они состоят из потерь на поглощение излучения диэлектриком – α_n и потерь на рассеивание – α_n на мельчайших частицах материала световода. Кроме того из-за деформации световода в оптическом кабеле имеют место кабельные потери – α_к.

В результате общие потери α₀ составляют α₀=α_n+α_р+α_к.

Потери α_n для отрезка кабеля длиной 1км определяются формулой (1)

Дб/км, (1)

где

λ – длина волны оптического излучения;

n₁ – коэффициент преломления в сердечнике;

tgδ=(1÷15)·10^-10 для кварцевого стекла.

Потрери на рассеивание α_р – определяет соотношение (2)

(2)

где

λ – длина волны в мкм

К=(1÷15) мкм⁴х (Дб/км)

Кабельные потери α_к могут составлять (0,5÷1) Дб/км [3]

Кроме того следует учитывать, что отрезок l_р состоит из нескольких строительных участков оптического кабеля длиной 1 км. При соединении двух строительных участков появляются потери

Таким образом общие потери α_∑ 1 км оптического кабеля равны α_∑=α_n+α_р+α_к+α_с

Длина регенерационного участка с учетом α_∑ и a определяется (3)

, (3)

где а=(40÷60) Дб – энергетический потенциал

Полоса пропускания ∆f, пропускается оптическим кабелем, длиной 1 км, зависит от дисперсии τ, характерной для конкретного световода (ступенчатого, градиентного, одномодового) [2,4]

Величина ∆f определяется формулой:

, (4)

где τ=(1÷20) нс/км. 1нс=10^-9с

∆f_пр= МГц·км

Полоса частот на выходе ОВЛ длиной l_f равна ∆f_пр=

, (5)

где ∆f_пр – полоса частот на входе фотоприемника

При цифровой передаче на один канал отводится около 60 кГц. Поэтому для сигналов ИКМ-N (N – число каналов)

∆f_пр=60·10³·N Гц

Для ИКМ-120 ∆f_пр=7,2 МГц

Для ИКМ-480 ∆f_пр=28,8 МГц

На регенерационном участке ОВЛ длиной l_р должны выполняться условия, определяемые l_α и l_f. Поэтому длина l_р принимается равной меньшему значению.

Если l_α< l_f, то l_р= l_α,

Если l_f < l_α, то l_р= l_f.

Используя выражение для энергетического потенциала

α(Дб)=10lg· ,

по заданным и α можно определить - излучаемую оптическим генератором мощность.

Мощность Р₀, подаваемая на оптический генератор равна:

Р₀= , (4)

где y – коэффициент полезного действия оптического генератора.

С другой стороны Р₀=Е₀·I₀

Е₀ – напряжение, приложенное к оптическому генератору;

I₀= - ток, задаваемый модулятором через оптический генератор.

Модулятор, управляющий током через оптический генератор VD, может быть выполнен по схеме, изображенной на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема модулятора на VT и оптического генератора VD

Делитель R₁, R₂ определяет смещение на базе VT, при котором ток через VT отсутствует и VD не излучает оптические колебания.

При подаче U_вх(f) в виде последовательности положительных импульсов VT открывается на времени τ_н и через него и VD проходит ток I₀, определенный выше.

Работу модулятора можно пояснить с помощью входных i_б(е_б) и выходных i_к(е_к) характеристик VT (рисунок 3а, 3б)

Рисунок 3 - Входная и выходные характеристики транзистора.

Выбор транзистора VT проводится с учетом, необходимого тока I₀ и учета требуемой полосы ∆f_пр.

Необходимо по справочнику [5] выбрать высокочастотный транзистор с предельной частотой f_т ≥(5÷10)∆f_пр и способный пропускать ток I_к=I₀ при e_kmin. (см. рис. 3б).

Напряжение питания E_п, подаваемое на модулятор - E_п=Е₀+ e_kmin.

Вид статических характеристик i_k(e_k), i_б(e_б) нужно привести в пояснительной записке.