Bασική διάταξη τηλεπικοινωνιακού συστήµατος οπτικών ινών

Transcript

1 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 1 - Bασική διάταξη τηλεπικοινωνιακού συστήµατος οπτικών ινών ιαµορφωτής Ηλεκτρικό Σήµα Ποµπός Οπτικό Σήµα Οπτική Ίνα διαµορφωτής: διαµορφώνει τη φέρουσα συχνότητα σύµφωνα µε το σήµα οπτικός ενισχυτής : µετατρέπει το ηλεκτρικό σήµα που δέχεται σε οπτικό φωτοδίοδος: µετατρέπει το οπτικό σήµα σε ηλεκτρικό Φωτοδίοδος αποδιαµορφωτής: διαχωρίζει την πληροφορία από το φέρον έκτης Αποδιαµορφωτής -Ενισχυτής Ηλεκτρικό Σήµα 1

2 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 2 - Αρχικά κατασκευαστικά προβλήµατα οπτικών ινών Μεγάλη εξασθένιση του φωτός µέσα στην ίνα, 90% µετά από 10 µέτρα Το 1966, 90% στα 500 m. Σήµερα, 90% στα 50 km. Πλεονεκτήµατα οπτικών ινών έναντι καλωδίων χαλκού Μικρότερο µέγεθος. Μικρότερο βάρος (σηµαντικό για πλοία αεροπλάνα) Μεγαλύτερο εύρος ζώνης συχνοτήτων Μία οπτική ίνα 1 mm: φωνητικά σήµατα Χάλκινο καλώδιο µε 900 ζεύγη: µόνο φωνητικά σήµατα 2

3 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 3 - Ιδιότητες Αντοχή στις ηλεκτροµαγνητικές παρεµβολές και στον θόρυβο Απόλυτη ηλεκτρική µόνωση µεταξύ ποµπούδέκτη Υψηλή ασφάλεια µετάδοσης της πληροφορίας Χάλκινο Ζεύγος Οµοαξονικό Οπτική Ίνα Όχι Όχι Ναι Όχι Όχι Ναι Όχι Όχι Ναι Καθόλου διασταυρωµένες συνοµιλίες Όχι Όχι Ναι Ανυπαρξία κινδύνου από σπινθηρισµό και φωτιά Όχι Όχι Ναι Αντοχή σε θερµοκρασίες µέχρι Όχι Όχι Ναι Εύρος ζώνης συχνοτήτων> 1GHz (τεράστια χωρητικότητα πληροφοριών) Όχι Όχι Ναι 3

4 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 4 - Μειονέκτηµα των καλωδίων οπτικών ινών υσκολία στη σύνδεση Υψηλό κόστος της εγκατάστασης για µικρές αποστάσεις Γενικά περισσότερα πλεονεκτήµατα από µειονεκτήµατα 4

5 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 5 - Εφαρµογές Οπτικών Ινών εθνικές και διεθνείς τηλεφωνικές επικοινωνίες µε καταποντισµό καλωδίων τοπικά δίκτυα ευρείας ζώνης ζεύξεις καλωδιακής τηλεόρασης ζεύξεις ραντάρ ζεύξεις στούντιο µε τερµατικά δορυφόρων µετάδοση σηµάτων σε περιβάλλοντα ηλεκτροµαγνητικών παρεµβολών δίκτυα υπολογιστών 5

6 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 6 - Κατασκευή Οπτικών Ινών ύο τύποι φούρνων που χρησιµοποιούνται για τη θέρµανση γυαλιού για την κατασκευή οπτικής ίνας 6

7 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 7-7

8 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 8 - Τεχνικά χαρακτηριστικά Οπτικών Ινών και Καλωδίων α) Πολυρυθµικές ίνες µε οµοιόµορφο δείκτη διάθλασης του πυρήνα Εξασθένηση: 5 db/km (για πλούσια σε πυρίτιο γυαλιά) Για µικρές αποστάσεις και περιορισµένο εύρος. Σχετικά χαµηλό κόστος. β) Πολυρυθµικές ίνες µε βαθµιαίο δείκτη διάθλασης Εξασθένηση: 2-10 db/km Εύρος ζώνης : 150 MHz/km µέχρι 2 GΗz/km Μεγάλες αποστάσεις και µεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων γ) Μονορυθµικές ίνες Για ζεύξεις µεγάλων αποστάσεων και ευρείας ζώνης Εξασθένηση: 0.25 dβ/cm για λ = 1.55 µm δ) Οπτικές ίνες µε πλαστική επένδυση Εξασθένηση: 5-50 db/km Για ζεύξεις µικρής ταχύτητας και σε µικρές αποστάσεις. 8

9 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 9 - Τύποι οπτικών καλωδίων Σκοπό έχουν να προστατεύσουν την ίνα από: 1. Μηχανική κακοµεταχείριση από σύγκρουση, θλίψη, λύγιση και τάση που προέρχονται από την εγκατάσταση και τη συντήρηση. 2. Ακραίες συνθήκες θερµοκρασίας. 3. Εισροή νερού που µπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση ή πάγωµα. 4. Χηµική αποσύνθεση των υλικών του µανδύα του καλωδίου. 5. ηµιουργία καπνού ή δηλητηριωδών αερίων. 6. Εξασθένηση και υποβάθµιση από ακτινοβολίες. 7. Φθορές από τρωκτικά στα επιχωµένα καλώδια και από καρχαρίες στα υποβρύχια καλώδια. 9

10 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 10 - Οπτικά καλώδια µε µία οπτική ίνα Οπτικά καλώδια µε πολλές οπτικές ίνες 10

11 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 11 - Σύνδεση οπτικών ινών Συνδέσεις µόνιµης ένωσης που συνδέει µόνιµα δύο ίνες. Συνδέσεις µε συνδετήρες που συνδέουν µια ίνα, σε ποµπούς ή δέκτες µε τρόπο που µπορεί να αποσυνδεσµολογηθεί. Συνδέσεις συγκόλλησης: 11

12 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 12 - Η διάµετρος του σωλήνα µόλις επιτρέπει την είσοδο της οπτικής ίνας. Η σύνδεση σταθεροποιείται µε εποξική ρητίνη µηχανικές συνδέσεις Οι ίνες τοποθετούνται ταυτόχρονα και από τις δύο πλευρές του τετραγωνικής διατοµής σωλήνα και σταθεροποιούνται µε εποξική ρητίνη 12

13 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 13 - Σύνδεση οπτικού καλωδίου πολλαπλών ινών, µε µηχανική υποστήριξη 13

14 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 14 - Συνδετήρες Οπτικών Ινών 14

15 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 15 - Επένδυση µε µικρότερο δείκτη διάθλασης Ίνα από γυαλί Κάλυµµα Βασική δοµή οπτικής ίνας. Ο πυρήνας της ίνας περιβάλλεται από ένα στρώµα µε µικρότερο δείκτη διαθλάσεως και έτσι υπάρχει η απαραίτητη συνθήκη για οδήγηση του φωτός. Η επικάλυψη προστατεύει την ίνα από ξυσiµατα και δεν επιτρέπει την ανάπτυξη µικρορωγµών που οδηγούν σε καταστροφή της ίνας. 15

16 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 16 - ιασπορά οπτικού παλµού Υπάρχουν πολλοί ρυθµοί µετάδοσης κάθε µια µε διαφορετική γωνία θ Ν. Συνολική απόσταση που διανύουν οι φωτεινές ακτίνες του ίδιου ρυθµού εξαρτάται από το συνθ Ν. Παλµός υφίσταται διασπορά 2δ τ µέχρι να φτάσει στο τέρµα της ίνας. Η διασπορά αυτή δεν θα υπήρχε αν ο παλµός µεταδίδονταν κατά µήκος του κεντρικού άξονα της ίνας. Συνέπεια διασποράς: παραµόρφωση της πληροφορίας Σχέση διασποράς µε το εύρος ζώνης συχνοτήτων 350 ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ (MHz - km) = ΙΑΣΠΟΡΑ (ns/km) 16

17 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 17 - ίοδοι Laser Ένα ποσοστό από το φως που δηµιουργείται στην κοιλότητα παραµένει εγκλωβισµένο και χρησιµοποιείται στη διέγερση ηλεκτρονίων για την παραγωγή µεγαλύτερης ποσότητας φωτός Κοιλότητα Φως που διαφεύγει Ανακλαστήρες 17

18 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 18 - Οπτικοί ποµποί I C V = CC V CE(sat) R 2 V LED 18

19 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 19 - Κυκλώµατα Οπτικών εκτών 19

20 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 20 - Τεχνικές διαµόρφωσης Για να έχουµε διαµόρφωση, απαιτούνται: ΦΕΡΟΝ ΚΥΜΑ Ε C ΙΑΜΟΡΦΩΝΟΝ ΣΗΜΑ E m 20

21 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 21 - Γιατί χρησιµοποιούµε τη διαµόρφωση; Για να µεταδοθεί κάποιο σήµα, υφίσταται µεγάλη απόσβεση και συνεπώς δεν µπορεί να µεταδοθεί σε µεγάλες αποστάσεις. Παρεµβάλλονται επίσης ισχυρά παράσιτα, τα οποία έχουν σαν αποτέλεσµα την πλήρη αλλοίωση του σήµατος. Για να αποφύγουµε τις δυσκολίες αυτές, καταφεύγουµε στη διαµόρφωση του σήµατος. 21

22 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 22 - ιαµόρφωση Πλάτους Άνω περιβάλλουσα ΙΑΜΟΡΦΩ- ΤΗΣ ΦΕΡΟΝ ΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΟ Κάτω περιβάλλουσα Ε = Ε c συν2πf c t + Φέρον me c συν2π(fc +f m ) + 2 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ Άνω πλευρική me c συν2π(f c -f m ) 2 Κάτω πλευρική 22

23 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 23 - Απεικόνιση στο πεδίο ορισµού της συχνότητας Απεινόνιση µιας ηµιτονοειδούς κυµατοµορφής. (α) Τρισδιάστατη απεικόνιση (β) Απεικόνιση στο πεδίο ορισµού του χρόνου (γ) Απεικόνιση στο πεδίο ορισµού της συχνότητας ΟΠΩΣ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ Α ΟΠΩΣ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ Β 23

24 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 24 - ω c ω 2 π διαµόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης µε κατάργηση του φέροντος m Single Side Band (SSB) ωc 2π E c me c me c 2 2 ωc + ω 2π m f ω + ω ω ω = c m c m 2π 2π ω = m π me c me c 2 2 f c -f m f c+ f m 2f m 24

25 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 25-25

26 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 26-26

27 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 27-27

28 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 28-28

29 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 29-29

30 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 30-30

31 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 31-31

32 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 32-32

33 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 33-33

34 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 34-34

35 ΕΙ ΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ - διαφάνεια 35-35