АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ 

Кафедра телекоммуникационных систем

 

Оптические системы связи в телекоммуникациях

 

Методические указания к выполнению расчетно – графических работ

(для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: Э.К.Темырканова. Оптические системы связи в телекоммуникациях. Методические указания к выполнению расчетно – графических работ (для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации). – Алматы: АИЭС, 2008. – 13с. 

 

Методические указания предназначены для студентов обучающихся в бакалавриате по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

В работе приводятся основные разделы курса, методические указания для улучшения усвоения теоретического материала и задания. Также приведены рекомендации по последовательности расчетов, предлагаются список рекомендуемой литературы и требования по оформлению.

Методические указания к выполнению расчетно – графических работ предназначены для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Содержание 

Введение………………………………………………………………………...4

1 Задания и методические указания к расчетно – графической работе…….5

2 Задание 1……………………………………………………………………...6

3 Задание 2……………………………………………………………………...8

4 Задание 3……………………………………………………………………...9

5 Задание 4…………………………………………………………………….10

Контрольные вопросы………………………………………………………...12

Список литературы……………………………………………………………12 

 

Введение 

Методические указания предназначены к выполнению расчетно – графических работ по курсу «Оптические системы связи в телекоммуникациях» для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Целью курса является изучение основных  методов построения оптических систем связи в телекоммуникациях.

Волоконная оптика прошла очень большой путь. Она была выбрана в качестве среды передачи наземных систем связи.

Каждый студент выполняет расчетно – графическую работу по заданным индивидуальным данным, которые предложенные в методических указаниях.

1 Задания и методические указания к расчетно – графической работе 

1.1 Общие указания к выполнению расчетно – графической работы 

Выполнение РГР по курсу является одной из важнейших форм самостоятельной работы бакалавра. Каждый студент должен выполнять расчетно – графическую работу по своему варианту, который определяется по последним цифрам зачетной книги. Например, № з.к 468050, тогда студент должен выбрать 50 вариант. 

Требования по оформлению расчетно – графической работы: 

- Расчетно – графическая работа должна выполняться на белой бумаге формата А4, на русском языке компьютерной распечаткой шрифтами группы Times New Roman кегль 14 с одинарным интервалом, перед и после абзаца 0пт, в среде Word.  Текстовые документы следует печатать, соблюдая следующие точные размеры полей: левое 25 мм, правое 18 мм, верхнее 20 мм, нижнее 25 мм.

Абзацы в тексте начинают отступом, равным пяти знакам (12 мм) и включать в указанной последовательности следующие элементы:

-       титульный лист;

-       задание;

-       основная часть;

-       заключение (выводы);

-       список литературы.

 

- при выполнении расчетно – графических работ рекомендуется пользоваться литературой и методическими указаниями. Если при выполнении РГР встретятся трудности, следует обратиться за консультацией к преподавателю данного предмета;

Расчетно – графические работы выполненные не по варианту и без соблюдения перечисленных требований, возвращаются на доработку.

2   Задание №1 

Рассчитать параметры двухслойных ОВ ОК: 

1.     Числовую апертуру;

2.     Нормированную частоту;

3.     Число мод распрострсаняющихся в ОВ;

4.     Коэффициент затухания;

Исходные данные приведены в таблице 1. 

Таблица 1 –  Исходные данные для задачи №1

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тип световода

ступенчатый

градиентный

ступенчатый

градиентный

ступенчатый

градиентный

ступенчатый

ступенчатый

градиентный

градиентный

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

Диаметр сердцевины2а, мкм

10

62,5

50

10

10

62,5

50

62,5

50

50

Диаметр оболочки2в, мкм

125

150

200

250

125

150

200

250

125

200

Предпоследняя цифра зачетной книжки

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

Методические указания к решению задачи 1

 

1.     Числовая апертура:

NA=.

 

Обычно величина NA= 0,15÷0,25. В сущности, числовая апертура используется для того, чтобы описать светособирающую способность волокна.

 

2.        Нормированная частота. Другим важным параметром, характеризующим волокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная частота, которая является как

V=. 

Если V≤2,045, то в нем распространяется только одна волна, а если V≥2,045, то имеет многомодовый режим. 

где а – радиус сердцевины волокна, мкм;

λ – длина волны, мкм. 

3.        Общее число распространяемых мод в световодах может быть определено

N= V2=()2 _ для ступенчатого профиля,

N= V2/2=1/2()2 _ для градиентного профиля

 

где n – показатель степени изменения профиля показателя преломления (для ступенчатого волокна n=∞, а для градиентного волокна n=2).

По числу мод принята следующая классификация:

одномодовые N=1 при d≈λ;

маломодовые N≤20 при d> λ;

многомодовые N>20 при d >>λ.

 

4.        Коэффициент затухания. Затухание предопределяет длину регенерационных участков

 

α=αс + αк. 

где αс – собственные потери;

αк – дополнительные потери или же кабельные. 

3       Задание №2 

Рассчитать в многомодовом ступенчатом и градиентном ОВ уширение импульса при заданных значениях: 

Таблица 2 - Исходные данные для задачи №2

Предпоследняя цифра зачетной книжки

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

Последняя цифра зачетной книжки

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

 

Методические указания к решению задачи 2 

В ступенчатых световодах при многомодовой передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая больших значений (20…50 нс/км)

В одномодовых ступенчатых световодах отсутствует модовая дисперсия.

В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод. Абсолютый предел (3…5 нс/км).

 

= , 

 

=  - для ступенчатого волокна, 

 

= l - для градиентного волокна. 

 

4  Задание №3 

Определить длину регенерационного участка ВОЛС, лимитированную затуханием. ВОЛС построена на основе кабелей разных типов, которые заданы по варианту. Эти кабели работают в 3- м «окне прозрачности», с исплоьзованием разных аппаратур. Оценить зависимость длины усилительного участка от изменения потерь на неразъемных соединителях.  

Таблица 3 – Варианты для индивидуального задания

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Аппаратуры

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

Тип кабеля

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

Энергетический 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

Энергетический запас системы, 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

 Методические указания к решению задачи 3 

Для решения этой задачи используем формулу, где определяем длину регенерационного участка ВОЛС

 

L= 

где  Э – энерегетический потенциал системы передачи, дБ;

С – энерегетический запас системы, дБ;

Аа – дополнительные потери в пассивных компонентах ВОЛС (на вводе/выводе), дБ;

αк – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

αс – потери в неразъемном соединении, дБ;

lс.д – строительная длина оптического кабеля. 

5 Задание №4 

Определить, какое дополнительное затухание следует ожидать в кварцевом оптическом волокне, если при изготовлении кабеля ОК-50-2-3-8 возликли дополнительные микроизгибы. Парметры оптического волокна и микроизгибов приведены в таблице. 

Таблица 4 – Парметры оптического волокна и микроизгибов

Последняя цифра зачетной книжки

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

 

 

Методические указания к решению задачи 4

 

Затухание является важнейшим параметром оптических кабелей. Затухание обусловлено собственными потерями, так называемыми кабельными, αк, обусловленными скруткой, а также деформацией и изгибами оптических волокон при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления ОК

α = αс + αк.

Собственные потери волоконного световода состоят из потерь поглощения αп и потерь рассеяния αр:

αс = αп + αр. 

Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями, состоит из суммы, по крайней мере, семи видов парциальных коэффициентов затухания 

αк = . 

Вследствие микроизгиба происходит ограничение апертурного угла излучения, распространяющегося по ОВ, и часть энергии излучается из ОВ. Зависимость приращения затухания от микроизгибов  можно определить из выражения

 

 

где к3 = 0,9 ÷ 1,0;

а – радиус сердцевины;

b – диаметр оптической оболочки;

Δ – относительное значение показателя преломления;

Nн – число неоднородностей в виде выпуклостей со средней высотой ун на единицу длины;

Ео и Ес – модули Юнга оболочки и сердцевины ОВ;

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

 

Контрольные вопросы: 

1.        Что такое мода, какие виды мод вы знаете?

2.        На какие группы делятся оптические волокна?

3.     Перечислите геометрические параметры волокна?

4.        Что такое затухание?

5.        Благодаря какому физическому явлению, световые волны распространяются вдоль ОВ, приведите примерный рисунок.

6.     Что такое дисперсия и виды дисперсии?

7.        Что такое затухание?

8.        Какие виды скруток существуют?

9.        Использование оптического диапазона волн для передачи сигналов связи по световодам;

10.   Макро и микроизгибы;

11.    Частотные зависимости затухания различных волн в световоде.

 

Список литературы 

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.