2. 2 Kiến trúc mạng có cấu trúc
3.3.7.1Tân sắc trong mode (Intramode Dispersion)
Tân sắc trong mode có thể hiểu nh sau: bởi vận tốc nhóm của một mode lă phụ thuộc tần số nín trễ truyền lan đơn vị (tức lă nghịch đảo của vận tốc nhóm) cũng phụ thuộc tần số. Khai triển chuỗi Taylor đối với trễ đơn vị tại bớc sóng xâc định ta có:
τg = τg (λ0) + (λ- λ0) + 0.5(λ- λ0)2 + … (3.27)
Trong đó τg (λ0) lă trễ truyền lan khoảng câch đơn vị ở bớc sóng trung tđm λ0. Từ khai triển trín, tân sắc trong mode đợc tính bởi:
Dintra = = () = () (3.28)
Trong đó chỉ số i đối với βzi đợc bỏ đi cho đơn giản. Biểu thức (3.27) có thể tính gần đúng nh sau:
Từ (3.24) ta có Dintra:
Dintra = + () = Dmaterial + Dwaveguide (3.32) ở đđy tân sắc vật liệu:
Dmaterial = ≈ (-λ) ≈ (-λ) (3.33)
Vă tân sắc ống dẫn sóng:
Dwaveguide = () (3.34)
Từ câc định nghĩa trín, lu ý rằng Dmaterial lă tham số không phụ thuộc mode lan truyền mă chỉ phụ thuộc văo n1. Tân sắc vật liệu của sợi quang Silic thông thờng đợc coi lă một hăm của bớc sóng vă đợc mô tả ở hình 3.12
Tân sắc ống dẫn sóng thì ngợc lại, nó phụ thuộc văo mode lan truyền thứ i đ- ợc xâc định bởi cấu trúc ống dẫn sóng quang. Nói một câch tổng quât, việc tính toân tân sắc ống dẫn sóng lă rất phức tạp. 3.3.7.2 Tân sắc mode – Đồ ân tốt nghiệp 51 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 0 10 20 -20 -10 Bước sóng λ (ăm) Ps/(nm.km)
Tân sắc mode lă do sự trễ truyền lan khâc nhau của câc mode khâc nhau. Từ (3.20) βzi lă khâc nhau đối với câc mode khâc nhau. Do vậy, vận tốc nhóm tơng ứng vgi trong (3.23) cũng khâc nhau. Cụ thể, ta có thể tính tân sắc mode nh sau:
Dmode = - = τg.max - τg.min (3.35) Với τg.max vă τg.min lă trễ truyền lan nhóm đơn vị cực đại vă cực tiểu.
Với sợi chiết xuất bậc (SI): có thể tính toân tân sắc mode của sợi SI bằng ph- ơng phâp quang hình. Theo công thức (3.16) ta có:
τg.max≈ = (3.36)
Vậy tân sắc mode:
Dmode = τg.max - τg.min≈ ( - 1) = ∆ (3.37)
Kết quả (3.37) cho thấy rằng tân sắc mode trong sợi SI tỉ lệ thuận với độ chính lệch chiết xuất ∆. Do NA tỉ lệ thuận với nín có một sự tơng ứng giữa hiệu suất ghĩp nối vă tân sắc.
Với sợi chiết xuất Gradient (GI): Mặt cắt chỉ số chiết xuất của sợi GI có thể đợc biểu thị tổng quât bởi biểu thức sau:
Trong đó α lă tham số đợc tối u hoâ sao cho có thể đạt đợc tân sắc mode cực tiểu.
Tân sắc mode trong sợi GI rất khó xâc định đợc trong phơng phâp quang hình. Theo câc kết quả nghiín cứu thì khi:
α = 2(1 - ∆) (3.39)
thì tân sắc mode lă cực tiểu vă đợc xâc định bằng biểu thức:
Dmode = (3.40)
Khi đó tân sắc mode trong sợi GI lă nhỏ hơn nhiều so với sợi SI đợc tính bởi (3.37) do yếu tố ∆2 (vì ∆ < 1 nín ∆2 <<1).
Tổng số mode có thể truyền lan đợc trong sợi GI đợc tính nh sau:
M = α2β12() (3.41)
3.3.7.3 Tân sắc tổng cộng của sợi–
Từ tân sắc trong mode vă tân sắc mode có thể tính đợc tân sắc tổng cộng của n(r) =
n1(1 - 2∆[r/a]α)1/2 Với r <a (3.38) n1(1 - 2∆)1/2 Với r ≥ a
Bsợi = (3.43)
Biểu thức (3.43)cho thấy tân sắc tổng vă độ dăi sợi quang căng lớn thì tốc độ bít có thể truyền căng thấp.
3.3.7.4 Sự hạn chế do tân sắc–
Tơng tự nh với tân sắc sợi, tân sắc sợi lăm hạn chế cự ly truyền cực đại ở một tốc độ bít nhất định đợc gọi lă giới hạn tân sắc vă có thể đợc hiểu nh: Khi tín hiệu đ- ợc truyền đi trín sợi quang đến đầu thu chúng trở nín rộng hơn vă chồng lấn lín nhau, nếu khoảng câch truyền dẫn quâ lớn thì đến một lúc năo đó ta không thể phđn biệt đợc câc xung vă không thể tâch tín hiệu có ích ra đợc (thể hiện trong hình 3.14). Sự can nhiễu năy trong truyền dẫn số đợc gọi lă can nhiễu giữa câc bít vă kết quả lă lăm tăng BER (thể hiện trong hình 3.15lă hình xung số).
Câc xung tâch nhau ở t1
Câc xung còn phđn biệt được ở t2
Khó phđn biệt xung ở t3
Không phđn biệt được xung ở t4 Giao nhau D ạn g xu ng v ă bi ín đ ộ
Chiều dăi sợi
Hình 3.14 Sự giên xung vă suy hao của hai xung kề nhau khi chúng được truyền dọc theo sợi
Trong hệ thống thông tin câp sợi quang, sự giên xung không chỉ gđy ra bởi tân sắc sợi mă còn do một yếu tố khâc đó lă độ rộng sờn trớc nguồn phât quang vă của bộ thu cũng gđy ra giên xung.
Tơng tự với tổng bình phơng của tân sắc sợi tổng cộng, độ giên xung tổng cộng lă tổng bình phơng của tất cả câc yếu tố:
∆T’ = τt2 + τr2 + (DtotalL)2 (3.45) Với τt vă τr lă độ rộng sờn trớc của mây phât vă mây thu.
Kết hợp (3.44) vă (3.45) ta có:
τt2 + τr2 + (DtotalL)2 < ()2 (3.46) Đđy chính lă biểu thức tổng quât cho giới hạn tân sắc.
3.4 - Câc mối hăn vă câc bộ kết nối (Connector) trong mạng quang. quang.
Một nhđn tố quan trọng trong việc lắp đặt hệ thống thông tin quang lă sự kết nối qua lại giữa câc thiết bị hoặc giữa câc thănh phần với nhau. Câc liín kết đó xảy ra tại nguồn quang, thiết bị tâch quang hay câc điểm trung chuyển trong đờng truyền khi có hai sợi quang hoặc câc sợi câp nối với nhau. Việc sử dụng câc mối hăn hay dùng câc bộ kết nối (connector) tuỳ thuộc văo liín kết đó lă tạm thời hay lđu dăi. Liín kết lđu dăi lă câc điểm nối hiếm khi thay đổi nh nối hai sợi quang, nối giữa sợi quang vă dđy nhảy. Còn liín kết tạm thời lă liín kết giữa câc thiết bị có thể thay đổi đợc nh: Giữa sợi quang vă node quang ,sợi quang vă hub, giữa sợi quang vă câc bộ chia, ..Nói chung, câc mối hăn có suy hao thấp hơn so với câc connector nh… ng lại yíu cầu thiết bị hăn đắt tiền vă nhiều nhđn lực hơn connector.
Đối với sợi đơn mode, yíu cầu độ chính xâc rất cao tại điểm kết nối giữa câc sợi quang. Câc nguyín nhđn gđy nín suy hao trong cả connector vă mối hăn có thể chia lăm hai loại cơ bản: Suy hao bởi câc yếu tố bín ngoăi vă suy hao bởi câc yếu tố nội tại. Suy hao bởi câc yếu tố bín ngoăi nh: Sự không đồng tđm giữa hai lõi sợi, chất lợng mặt cắt sợi vă có khe hở giữa hai đầu sợi.
Đồ ân tốt nghiệp 55
Tín hiệu phât
Tín hiệu thu
Hình 3.15 Dạng câc xung phât vă thu được T0
Có 3 yếu tố gđy suy hao bín ngoăi trong mối hăn quang cơ bản sau (Hình 3.16)
+ Có khe hở giữa hai sợi quang + Trục của hai sợi bị lệch + Trục của hai sợi tạo góc
Trong trờng hợp có khe hở thì trục của hai sợi quang trùng nhau nhng mặt cắt của hai sợi câch nhau một khoảng s. Khoảng câch năy tạo ra một vùng không gian tạo ra sự phản xạ vă nếu sự phản xạ năy lớn thì ngời ta gọi lă phản xạ Fresnel vă gđy ra suy hao. Còn trong trờng hợp lệch trục lă trục của hai sợi song song với nhau nh- ng lệch nhau một khoảng d. Trờng hợp tạo góc lă trục của hai sợi không song song với nhau mă tạo với nhau thănh một góc hay mặt cắt giữa hai đầu cuối sợi tạo thănh với nhau một góc θ nh trong hình 3.16. Để khắc phục suy hao bởi câc yếu tố bín ngoăi thì đầu cuối hai sợi quang phải mịn ,trục của hai sợi phải trùng nhau vă mặt cắt hai sợi phải khít nhau.
Suy hao bởi câc yếu tố nội tại do câc nguyín nhđn gđy ra nh: Đờng kính hai sợi không bằng nhau, lõi sợi hình elip,…
Cả hai loại suy hao bín trong vă bín ngoăi đều ảnh hởng đến hiệu suất ghĩp của sợi quang, hiệu suất giữa nguồn vă sợi quang. Trong sợi đa mode, thì suy hao do bẻ góc lă lớn nhất rồi đến suy hao do lệch trục vă suy hao ít nhất lă suy hao do có
s d
θ
Hình 3.16 Câc mối hăn gđy suy hao giữa hai sợi quang (a) có khe hở, (b) Trục hai sợi bị lệch, (c Đầu cuối hai sợi tạo góc)
xâc đến ăm (với n lă số nguyín) còn đối với sợi đa mode thì điều chỉnh chính xâc đến ăm.
3.4.1 - Phơng phâp hăn câp
Hăn bằng câch lăm nóng chảy sợi quang: Trong phơng phâp năy việc đầu tiín cần phải lăm lă gia công bề mặt lõi sợi nơi cần lăm mịn bề mặt sợi vă mặt cắt phải vuông góc với trục của sợi. Sau đó hai đầu cuối của sợi phải đợc đặt văo câi giâ có rênh hình chữ V vă chụm đầu với nhau nh trong hình 3.18. Tiếp theo chúng đợc cố định bằng câc thiết bị đợc điều khiển bằng tay hoặc bằng bộ vi xử lý. Bớc tiếp theo tại điểm tiếp xúc đợc lăm nóng chảy bằng đỉn hồ quang hoặc bằng laser vì vậy đầu cuối sợi quang bị chảy ra một câch nhanh chóng vă liín kết lại với nhau. Kỹ thuật năy có thể đợc sử dụng cho câc sợi đơn mode vă sợi đa mode với suy hao nhỏ hơn 0.1dB. hơn nữa, câc sợi quang nóng chảy có thể bao phủ gần nh lă kích thớc sợi quang ban đầu. Hiện nay hầu nh câc mây hăn quang đều sử dụng phơng phâp hăn
Đồ ân tốt nghiệp 57 0 0 0 0 10 20 30 40 4 3 2 1 1 2 3 0.5 1.0 1.5 2.0 Độ lệch d (ăm) Góc θ (Độ) Khoảng hở s (ăm) Su y ha o gh ĩp (d B ) Lệch trục Bẻ góc Khe hở
Hình 3.17 Suy hao ghĩp trong sợi đơn mode đối với nguồn MDF vă bước sóng 10ăm trong câc trường hợp: Khe hở,
bằng câch lăm nóng chảy sợi quang. Câc sợi quang đợc đa văo mây hăn vă nó đợc điều chỉnh hoăn toăn tự động bằng bộ vi xử lý vă hăn cũng hoăn toăn tự động. Câc nhđn viín kĩo câp chỉ thực hiện một số bớc nh sau:
- Đầu tiín dùng dao chuyín dụng cắt câp.
- Sau đó tuốt vỏ bảo vệ ở ngoăi cùng, tiếp theo lă tuốt lớp vỏ chỉ định mău của sợi quang vă lớp vỏ trong suốt.
- Rửa sạch sợi quang bằng cồn (thờng để đầu sợi câp tuốt vỏ khoảng 1 ữ 1.5m) vă cắt bằng đầu cuối sợi.
- Sau khi xong câc khđu chuẩn bị thì sợi quang đợc đa văo mây hăn quang có rênh chữ V để cố định câp.
- Sau khi nhấn nút set thì mây sẽ tự động điều chỉnh vị trí tơng đối của hai sợi quang cần hăn vă hai tia hồ quang sẽ lăm nóng chảy sợi quang vă chúng đợc liín kết lại với nhau một câch nhanh chóng.
Điện cực Sợi quang
Câc thanh cố định câp
Hình 3.18 Phương phâp hăn sợi quang nóng chảy
3.4.2 - Câc Connector
Trong mạng truyền hình câp hữu tuyến thờng dùng hai loại connector chính lă FC/APC (Angled Physical Contact) vă SC/APC. FC/APC lă loại connector đầu tròn có ren vặn để cố định đầu câp. Còn SC/APC lă loại đầu vuông không có ren mă chỉ có khớp cố định khi cắm văo. Tuy SC/APC ổn định hơn FC/APC nhng lại có suy hao lớn hơn. Cấu tạo của hai loại năy đợc thể hiện nh trong hình 3.19. Nguyín tắc hoạt động của hai loại connector lă bức xạ chùm tia ở sợi quang phía truyền vă hội tụ lại tại lõi của sợi quang phía thu sau khi đi qua hai thấu kính. Chức năng của câc connector lă kết nối giữa câc thiết bị quang nơi có thể dễ dăng thay đổi vă chuyển tuyến sau năy.
Đồ ân tốt nghiệp 59
Hình 3.19 Cấu tạo của conector
Thấu kính Thấu kính
Sợi quang ra
Keo dính Sợi quang văo
3.5 – Ghĩp công suất quang
Việc ghĩp công suất ânh sâng từ nguồn quang văo sợi quang phải xĩt đến khẩu độ số NA, kích cỡ sợi, cờng độ phât xạ vă phđn bố công suất theo góc của nguồn quang.
Lợng công suất quang phât ra từ nguồn quang có thể ghĩp đợc văo sợi đợc đặc trng bởi hiệu suất ghĩp η:
η = (3.47)
Trong đó:
PF: lă công suất đợc ghĩp văo sợi quang PS: lă công suất phât ra từ nguồn quang
η phụ thuộc văo loại sợi gắn văo nguồn vă văo xử lý ghĩp (có sử dụng thấu kính ghĩp hoặc câc biện phâp năng cao hiệu suất ghĩp hay không). Hình 3.19 thể hiện góc phât xạ tia sâng của nguồn quang văo sợi quang vă góc nhận ânh sâng (cũng chính lă khẩu độ số NA) của sợi quang.
Trong mạng truyền hình câp thực tế thì việc ghĩp tín hiệu từ nguồn quang văo sợi hay ghĩp giữa câc sợi quang với nhau có thể dùng cả hai phơng phâp lă dùng một dđy nhảy hay còn gọi lă dđy đuôi lợn (pigtail) nó bao gồm một đoạn câp quang ngắn vă một connector vă dùng mối hăn trực tiếp.
Hình 3.20 Góc ghĩp của nguồn quang văo sợi quang Lõi Vỏ Vỏ n2 n1 n2 Nguồn quang Góc phât của nguồn
Chơng IV - Câc thiết bị chính trong mạng đồng trục
4.1 - Câp đồng trục
Câp đồng trục đợc sử dụng rộng rêi cho việc phđn phối tín hiệu câc trơng trình truyền hình . Hình 4.1 vẽ sơ đồ cấu trúc câp đồng trục sử dụng trong CATV.
Phần lõi của dđy dẫn trong thờng lăm bằng đồng với điện trở nhỏ thuận lợi cho việc truyền dòng điện cờng độ cao. Lớp vỏ ngoăi câp vă phần lõi trong thờng lăm bằng nhôm. Vật liệu giữa hai lớp nhôm thờng lă nhựa. Giữa lõi vă phần ngoăi có câc túi không khí để giảm khối lợng vă trânh thấm nớc. Ngoăi cùng lă một lớp vỏ bọc chống câc tâc động cơ học.
Đờng kính tiíu chuẩn của câp lă 0.5; 0.75; 0.85 vă 1 inch, trở khâng đặc tính của câp thờng lă 75Ω. Tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dăi của câp. L- ợng suy giảm phụ thuộc văo đờng kính câp, tần số, hệ số sóng đứng vă nhiệt độ.
Câc thông số của câp đồng trục:
4.1.1 - Suy hao do phản xạ
Suy hao do phản xạ lă đại lợng đợc đo bằng độ khâc biệt của trở khâng đặc tính câp so với giâ trị danh định. Nó bằng tỷ số giữa công suất tới trín công suất phản xạ: Lr[dB] = 10log[dB] (4.1) Đồ ân tốt nghiệp 61 Lớp vỏ nhựa Vỏ bọc nhôm Dđy dẫn trong ( Đồng bọc nhôm) Lớp bọt nhựa
Khi trở khâng thực hiện căng gần với giâ trị danh định, công suất phản xạ căng nhỏ vă suy hao phản xạ căng nhiều. Khi phối hợp lý tởng ta có Pr = 0. Tuy nhiín, trong thực tế giâ trị Lr văo khoảng 28dB ữ 32dB. Nếu suy hao phản xạ quâ nhỏ, phản hồi sẽ xuất hiện trín đờng dđy vă sẽ tạo nín tín hiệu có tiếng ù.
4.1.2 - Trở khâng vòng
Công suất từ câc bộ khuếch đại bù lại suy giảm trín đờng truyền thờng đợc cung cấp bởi dòng một chiều/xoay chiều điện âp thấp truyền trong câp theo tần số RF. Do mức điện âp thấp, thông thờng khoảng 45V, trở khâng vòng(trở khâng phối hợp của dđy dẫn trong vă ngoăi của câp) lă một đặc tính quan trọng. Dòng điện năy chảy qua trong toăn bộ thiết diện của câp, vă vì vậy trở khâng của dđy dẫn trong đối với nó sẽ cao.
Có ba loại câp đồng trục khâc nhau đợc sử dụng trong mạng câp phđn phối: + Câp trung kế
+ Câp fidơ + Câp thuí bao
Khuếch đại trung kế Khuếch đại cầu/trung kế Câp fidơ Khuếch đại đường dđy Tap Câp thuí bao Node quang
Câp fidơ đợc sử dụng nối giữa câc bộ khuếch đại đờng dđy vă câc bộ chia tín hiệu, còn câp thuí bao có đờng kính nhỏ hơn câp fidơ dùng để kết nối từ câc bộ chia tới thiết bị thuí bao. Vị trí lắp đặt trong mạng đợc chỉ trong hình 4.2.
4.2 - Câc bộ khuếch đại RF (Radio Friquency)
4.2.1 - Đặc điểm câc bộ khuếch đại
Câc bộ khuếch đại đờng truyền bù lại suy giảm tín hiệu, chúng đóng vai trò quan trọng khi thiết kế hệ thống. Mỗi bộ khuếch đại có chứa một bộ ổn định để bù lại suy giảm ở câc tần số khâc nhau. Trong hệ thống truyền hình câp thờng sử dụng bộ khuếch đại cầu. Với trở khâng lớn, tín hiệu từ đờng trung chuyển có thể đợc lấy