Алматы энергетика және байланыс институты 

Телекоммуникациялық жүйелер кафедрасы

 

 

Телекоммуникациядағы оптикалық байланыс жүйелері

5В0719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттері үшін есептік сызба жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

 

Алматы 2010

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Темырканова Э.К. Телекоммуникациядағы оптикалық байланыс жүйелері. 5В0719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған есептік – сызба жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. – Алматы: АЭжБИ, 2010. – 14б. 

Әдістемелік нұсқаулар 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша бакалавриатта оқитын студенттерге арналған.

Жұмыста курстың негізгі бөлімдерімен теориялық материалдарды толық меңгеруге арналған тапсырмалармен әдістемелік тапсырмалар келтіріліп кеткен. Сонымен қатар, есептеулер тізбегі бойынша ұсыныстар, безендіру бойынша талаптармен ұсынылатын әдебиеттер тізімі  келтірілген.

 

Мазмұны 

Кіріспе                                                                                                                    4

1 Есептік сызба жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулармен тапсырмалар                                                                                                          5

2  1 Тапсырма                                                                                                         6

3  2 Тапсырма                                                                                                         8

4  3 Тапсырма                                                                                                         9

5  4 Тапсырма                                                                                                       10

Бақылау сұрақтары                                                                                              12

Әдебиеттер тізімі                                                                                                 12

 

Кіріспе 

Әдістемелік нұсқаулар 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша бакалавриатта оқитын студенттердің «Телекоммуникациядағы оптикалық байланыс жүйесі» курсы бойынша есептік-сызба жұмыстарды орындауға арналған.

Курстың мақсаты телекоммуникациядағы оптикалық байланыс жүйесін тұрғызудың негізгі әдістерін оқып-үйрену болып табылады.

Талшықты оптика өте үлкен жолды жүріп өткені бізге белгілі. Ол жерлік байланыс жүйесінің тарату ортасы ретінде таңдалынған.

Әрбір студент әдістемелік нұсқауларда келтіріліп кеткен, берілген жеке мәндер бойынша есептеу-сызба жұмысын орындайды.

 

1 Есептік – сызба жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулар және тапсырмалар 

 

1.1  Есептік сызба жұмыстарына арналған  ортақ жағдайлар

 

Курс бойынша ЕСЖ орындау бакалаврдың өзіндік жұмысының негізгі формасының бірі болып табылады. Әрбір студент ЕСЖ сынақ кітапшасының соңғы сандары бойынша орындауы тиіс. Мысалы, с.к. № 468050, онда студент 50 нұсқаны таңдауы тиіс. Келтірілген тапсырмалар 2 ЕСЖ құрайды, оның құрамына 4 тапсырма кіреді.

 

Есептік сызба жұмысты безендіру бойынша қойылатын талаптар:

 

- ЕСЖ Word ортасында, қызыл жолдың алдынан және артынан 0пт, бірлік интервалмен Times New Roman Kaz кеглының шрифтымен, компьютерлік басылыммен, А4 форматты ақ қағазда орындалуы тиіс. Мәтіндік құжаттарды өрістің келесідей нақты өлшемдерін сақтай отыра басып шығару керек: сол жағы 25 мм, оң жағы 18 мм, жоғарғы жағы 20 мм, төменгі жағы 25 мм.

Мәтіндегі қызыл жолды бес белгіге тең (12 мм)  қашықтықпен бастайды және берілген тізім бойынша келесі элементтерді қосу керек:

-            титулдық парақ;

-            тапсырма;

-            негізгі бөлім;

-            қорытынды;

-            әдебиеттер тізімі.

 

- ЕСЖ орындау кезінде әдістемелік нұсқаулармен және әдебиеттермен қолдану ұсынылады. Егер ЕСЖ орындау кезінде қиыншылықтар туындаса, осы пәнді оқытатын оқытушыдан кеңес сұрауға болады.

Нұсқа бойынша орындалмаған және тізімдегі талаптар сақталмаған ЕСЖ  өңделуге жіберіледі. 

 

2   №1 Тапсырма

 

Екіқабатты оптикалық талшықтың оптикалық кабелінің параметрлерін есептеу керек:

 

1.     Сандық апертурасын;

2.     Нормаланған жиілігін;

3.     ОТ таралатын модалар саны;

4.     Өшулік коэффициенті;

Бастапқы мәндер 1кестеде келтіріліп кеткен.

 

1 Кесте –  №1 тапсырмаға арналған бастапқы мәліметтер

Сынақ кітапшасы

ның соңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Жарықөткізгіш типі

сатылы

градиентті

сатылы

градиентті

сатылы

градиентті

сатылы

сатылы

градиентті

градиентті

N1

1,5

1,48

1,44

1,45

1,5

1,49

1,42

1,5

1,43

1,45

N2

1,41

1,42

1,45

1,48

1,43

1,44

1,45

1,5

1,49

1,5

Өзекше диаметрі 2а, мкм

10

62,5

50

10

10

62,5

50

62,5

50

50

Қабықша диаметрі 2в, мкм

125

150

200

250

125

150

200

250

125

200

Сынақ кітапшасының соңғысының алдыңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

λ (мкм)

1,3

1,5

0,85

1,5

1,3

0,85

1,5

1,5

1,3

1,3

αрс (дБ)

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

αнс (дБ)

0,31

0,2

0,31

0,1

0,5

0,31

0,1

0,5

0,31

0,2

 

№1 тапсырманы орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

1.     Сандық апертура:

NA=.

 

Көбіне NA= 0,15÷0,25 мынаған тең. Турасына келгенде, сандық апертура талшықтың жарық жинақтаушы қасиетін суреттеу үшін қолданылады.

2.        Нормаланған жиілік. Талшықты және оның бойымен таралатын жарықты сипаттайтын ең негізгі параметрдің бірі, нормаланған жиілік болып табылады. Ол келесі түрде жазылады:

 

V=.

 

Егер де V≤2,045, онда оның бойымен тек қана бір толқын таралады, ал V≥2,045 болса, онда көпмодалы режимге ие болады.

мұндағы а – талшық өзекшесінің радиусы, мкм;

λ – толқын ұзындығы, мкм.

 

3.        Жарықөткізгіштегі таралатын модалардың ортақ саны келесі түрде анықталады:

 

N= V2=()2 _ сатылы профиль үшін,

 

N= V2/2=1/2()2 _ градиентті профиль үшін

 

мұндағы n – сыну көрсеткіш профилінің өзгеруінің дәреже көрсеткіші  (сатылы талшық үшін n=∞, ал градиентті талшық үшін n=2).

Модалар саны бойынша келесідей классификация қабылданған:

бірмодалылар N=1 при d≈λ;

азмодалылар N≤20 при d> λ;

көпмодалылар N>20 при d >>λ.

 

4.        Өшулік коэффициенті. Өшулік регенерациялық аумақ ұзындығын алдын ала анықтайды.

 

α=αс + αк.

 

мұндағы αсөздік жоғалулар;

αкқосымша жоғалулар немесе кабельдік жоғалулар. 

 

3       №2 тапсырма

 

Сатылы және градиентті көпмодалы талшықты оптикадағы берілген мәндер кезіндегі импульстің кеңеюін есептеу:  

 

2Кесте -  №2 тапсырмаға арналған бастапқы мәліметтер

Сынақ кітапшасының соңғысының алдыңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

L (км)

 

13

2

11

5

7

9

3

12

4

15

∆n

 

0,005

0,4

0,009

0,8

0,02

0,5

0,3

0,06

0,7

0,003

Сынақ кітапшасының соңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

N2

 

1,4

1,42

1,45

1,48

1,43

1,44

1,45

1,5

1,49

1,5

Lс.ступ (км)

 

5

5,5

6

5,3

6,4

6,5

5,9

6,1

6,8

7

Lс.град (км)

 

10

11

11,5

12

12,7

13

13,8

14

14,5

15

 

2 тапсырманы шешуге арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Көпмодалы тарату кезінде сатылы жарықөткізгіштерде үлкен мәндерге ие болатын (20…50 нс/км) модалық дисперсия көбірек қолданылады.

Бірмодалы сатылы жарықөткізгіштерде модалық дисперсия болмайды.

Градиентті жарықөткізгіштерде түрлі модалардың таралуының уақыттық түзелуі жүреді. Оның абсолютті шегі (3…5 нс/км).

 

= ,

 

 

=  - сатылы талшық үшін,

 

 

= l – градиентті талшық үшін.

 

 

 

4  №3 тапсырма

 

Өшулікпен лимиттендірілген, ТОБЖ регенерациялық аумақ ұзындығын анықтау. ТОБЖ  нұсқау бойынша берілген, түрлі кабельдер типінің негізінде тұрғызылған. Бұл кабельдер үшінші «мөлдір терезеде» түрлі аппаратуралардың қолданылуымен жұмыс істейді.

Ажыратылмайтын жалғағыштардағы жоғалулардың  өзгеруінен болатын күшейткіш аумақ ұзындығының тәуелділігін бағалау.

 

3Кесте Жеке тапсырмаларға арналған нұсқаулар

Сынақ кітапшасы

ның соңғысы

ның алдыңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Аппаратуралар

Соната-2

Сопка-2

Сопка-3

ИКМ-120-4/5

Сопка-3М

Соната-3

Соната-2

Сопка-4М

ИКМ-120-4/5

ИКМ-120-4/5

Кабель типі

ОМЗКГ-10

ОКК-50-01

ОКЛ-01-0,3

ОКЛБ-02-0,5

ОК-50-2-5-4

ОКЛ-01-0,7

ОМЗКГ-10

ОКК-50-01

ОМЗКГ-10

ОКЛ-01-0,3

 Энергети

калық потенциал, дБ

50

43

41

50

38

43

51

38

34

25

αс , дБ

 

0,1

0,3

0,5

0,2

0,4

0,6

0,3

0,2

0,15

0,7

Жүйенің энергетика

лық қоры, дБ

3

4

5

6

3

4

5

6

5

6

Аа, дБ

 

1,5

1

2

2,5

1,5

2

1

1,5

1,5

2

 

3 тапсырманы шешуге арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Бұл тапсырманы шешу үшін ТОБЖ регенерациялық аумақ ұзындығын анықтайтын формуланы қолданамыз.

 

L=

 

мұндағы  Э – тарату жүйесінің энергетикалық потенциалы, дБ;

С – жүйенің энергетикалық қоры, дБ;

АаТОБЖ пассивті компоненттеріндегі қосымша жоғалулар (кірісінде/шығысында), дБ;

αкоптикалық кабельдің өшулік коэффициенті, дБ/км;

αс ажыратылмайтын жалғағыштардағы жоғалулар, дБ;

lс.доптикалық кабельдің құрылыстық ұзындығы.

 

 

5 №4 Тапсырма

 

ОК-50-2-3-8 кабельді өндіру кезінде қосымша микроиілулер пайда болған жағдайда, кварцты оптикалық талшықта қандай қосымша өшулер болатынын анықтау. Микроиілулермен оптикалық талшық параметрлері кестеде келтіріліп кеткен.

 

4 Кесте Микроиілулермен оптикалық талшық параметрлері

Сынақ кітап

шасының соңғы саны

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Δ

 

0,005

0,003

0,02

0,3

0,045

0,01

0,02

0,005

0,011

0,025

Nн

 

200

100

50

200

150

50

100

140

150

200

ун, мм

0,0025

0,025

0,0035

0,0040

0,03

0,0028

0,0043

0,035

0,05

0,04

 

 

4 тапсырманы шешуге арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Өшулік оптикалық кабельдердің негізгі параметрінің бірі болып табылады. Өшулік өзіндік жоғалулармен белгіленген, оларды кей кезде кабельдік деп те атайды. Өшулікті келесі түрде анықтайды

 

 

α = αс + αк.

 

Талшықты жарықөткізгіштің өзіндік жоғалулары αж жоғалуларынан және αт таралу жоғалуларынан құралады:

 

αс = αп + αр.

 

Қосымша өшулік, кабельдік жоғалуларымен белгіленген және де өшуліктің жеті түрлі парциалды коэффициенттерінен тұрады

 

αк = .

 

 

 микроиілуінен болатын өшуліктің ұлғаю тәуелділігін келесі өрнек бойынша анықтап алуға болады:

 

 

мұндағы к3 = 0,9 ÷ 1,0;

а – өзекше радиусы;

b – оптикалық жабын диаметрі;

Δ – сыну көрсеткішіне қатысты мән;

Nнорташа биіктікті бүйір түріндегі бірқалыпсыздықтар саны;

Ео и Ес – оптикалық талшықтың сыртқы жабынымен өзекшесінің Юнг модулі;

Ео – 6,9*108 Н/м2, Ес - 6,2*1010 Н/м2.

  

Бақылау сұрақтары:

 

1.        Мода дегеніміз не, модалардың қандай түрлерін білесіздер?

2.        Оптикалық талшықтар қандай топтарға бөлінеді?

3.     Талшықтың геометриялық параметрлерін атап өтіңіз?

4.        Қандай физикалық құбылысқа байланысты жарық толқындары оптикалық талшық бойымен таралады.  Мысал ретінді бір суретті келтіріп өтіңіз;

5.     Дисперсия дегеніміз не?

6.      Дисперсияның қандай түрлері бар?

7.        Өшулік дегеніміз не?

8.     Жарықөткізгіштегі өшуліктің пайда болуы;

9.        Жарықөткізгіштегі түрлі толқындар өшулігінің жиіліктік тәуелділігі.

10.   Есілудің қандай түрлері болады?

11.   Жарықөткізгіш бойымен байланыс дабылдарын таратуға арналған толқындардың оптикалық диапазонын қолдану;

12.   Макро және микроиілулер;

13.   ТОТЖ қандай параметрлермен сипатталады?

14.   Регенерациялық аумақ ұзындығы дегеніміз не?

15.   Талшықты жарықөткізгіштің сандық апертурасы;

16.   Талшықты – оптикалық жарықөткізгіштің құрылымдық сұлбасы.  

 

Әдебиеттер тізімі 

1.     Убайдуллаев Р.Р. Волоконно – оптические сети. – ЭКО – ТРЕНДЗ, Москва, 2000.

2.     Семенов Н.А. Оптические кабели связи. – М.: Радио и связь, 1981.

3.     Гроднев И.И., Курбатов Н.Д. Линии связи. – М.:Связь, 1980.

4.     Ксенофонтов С.Н., Портнов Э.Л. Направляющие системы электросвязи: Учебное пособие для вузов. – М: Горячая линия Телеком, 2004

5. Фриман Р. Волоконно – оптические системы связи. – ТЕХНОСФЕРА, Москва, 2006.

6. Бутусов М.М., Верник С.М. Волоконно – оптические системы связи. –Москва, 1992.