Cỏp đồng trục đƣợc sử dụng rộng rói cho việc phõn phối tớn hiệu cỏc chƣơng trỡnh truyền hỡnh.
Hỡnh 2.1: Cỏp đồng trục RG6
2.1.1 - Cấu trỳc cỏp đồng trục
Phần lừi của dõy dẫn trong thƣờng làm bằng đồng với điện trở nhỏ thuận lợi truyền trong dũng điện cƣờng độ cao. Lớp vỏ ngoài của cỏp và vỏ phần lừi trong thƣờng làm bằng nhụm. Vật liệu giữa 2 lớp nhụm thƣờng là nhựa. Giữa lừi và phần ngoài cú cỏc tỳi khụng khớ để giảm khối lƣợng và trỏnh thấm nƣớc. Ngoài cựng là một lớp vỏ bọc chống tỏc động cơ học. Đƣờng kớnh tiờu chuẩn của cỏp là 0,5; 0,75; 0,875 và 1 inch, trở khỏng đặc tớnh của dõy cỏp là 75Ω. Tớn hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dài, tần số của tớn hiệu. Lƣợng suy giảm phụ thuộc vào đƣờng kớnh cỏp, tần số, hệ số súng đứng và nhiệt độ.
2.1.2- Phõn loại cỏp đồng trục
Cú 3 loại cỏp đồng trục khỏc nhau đƣợc sử dụng trong mạng cỏp phõn phối:
- Cỏp trung kế đƣờng kớnh từ 0,5 đến 1 inch dựng truyền tớn hiệu bắt đầu từ
node quang. Tổn hao truyền dẫn đối với loại cỏp 1 inch là 0,89 dB ở tần số 50 MHz và 3,97 dB ở 750 MHz (tớnh với 100 m cỏp)
- Cỏp fidơ đƣợc sử dụng nối giữa cỏc bộ khuếch đại đƣờng dõy và cỏc bộ chia tớn hiệu
- Cỏp thuờ bao cú đƣờng kớnh nhỏ hơn cỏp fidơ dựng để kết nối từ cỏc bộ chia tới thiết bị đầu cuối thuờ bao. Vị trớ lắp đặt của cỏc cỏp trong mạng đƣợc chỉ trong hỡnh
Hỡnh vẽ 2.1.2: cỏc loại cỏp và cỏc loại bộ khuếch đại
2.1.3 - Cỏc thụng số của cỏp đồng trục.
Suy hao do phản xạ:
Suy hao do phản xạ là đại lƣợng đƣợc đo bằng độ khỏc biệt của trở khỏng đặc tớnh cỏp so với giỏ trị danh định. Nú bằng tỷ số giữa cụng suất tới trờn cụng suất phản xạ: lr (dB) = 10log(Pt / Pr) (dB)
Khi trở khỏng thực càng gần với giỏ trị danh định, cụng suất phản xạ càng nhỏ và suy hao phản xạ càng nhiều. Khi phối hợp lý tƣởng ta cú Pr = 0. Tuy nhiờn trong thực tế giỏ trị Lr vào khoảng 28-32 dB. Nếu suy hao phản xạ quỏ nhỏ, phản hồi sẽ xuất hiện trờn đƣờng dõy sẽ tạo nờn tớn hiệu cú tiếng ự.
Trở khỏng vũng:
Trở khỏng vũng là trở khỏng phối hợp của dõy dẫn trong và ngoài của cỏp, đõy là một đặc tớnh quan trọng. Dũng điện chảy qua trong toàn bộ tiết diện của cỏp, và vỡ vậy trở khỏng của dõy dẫn trong đối với nú sẽ cao.
2.1.4 - Giới thiệu một số cỏp đồng trục
Cỏp đồng trục QR 540
Thụng số vật lý:
Tờn thụng số Đơn vị Giỏ trị
Đƣờng kớnh lừi kim loại Mm 3,15
Đƣờng kớnh lớp điện mụi Mm 13,03
Đƣờng kớnh lớp vỏ bọc kim loại Mm 13,72
Độ dày lớp vỏ kim loại Mm 0,343
Độ dày lớp vỏ bọc kim loại Mm 0,89
Dõy chịu lực kim loại Mm 2,77
Lực kộo tối thiểu là góy dõy chịu lực Kgf 816
Điện dung Nf/km 50
Trở khỏng súng Ω 75
Cỏp đồng trục RG 11
Thụng số vậy lý:
Tờn thụng số Đơn vị Giỏ trị
Đƣờng kớnh lừi kim loại Mm 1,63
Đƣờng kớnh lớp điện mụi Mm 7,11
Đƣờng kớnh lớp vỏ bọc kim loại Mm 7,29
Độ dày lớp vỏ kim loại Mm 0,18
Đƣờng kớnh lớp vỏ bảo vệ kim loại Mm 10,03 Độ dày lớp vỏ bọc kim loại Mm 1,07
Dõy chịu lực kim loại Mm 1,83
Lực kộo tối thiểu là góy dõy chịu lực Kgf 166
Điện dung Nf/km 70
Trở khỏng súng Ω 75
Điện trở thuần tổng thể Ω/km 6,0
Cỏp đồng trục RG 6:
Tờn thụng số Đơn vị Giỏ trị
Đƣờng kớnh lừi kim loại Mm 1,02
Đƣờng kớnh lớp điện mụi Mm 4,57
Độ dày lớp vỏ kim loại Mm 0,18 Độ dày lớp vỏ bọc kim loại Mm 0,76
Dõy chịu lực kim loại Mm 1,30
Lực kộo tối thiểu là góy dõy chịu lực Kgf 82
Điện dung Nf/km 90
Trở khỏng súng Ω 75
Điện trở thuần tổng thể Ω/km 6,5
2.2 - Cỏp Quang.
Cỏc thành phần chớnh của tuyến truyền dẫn quang bao gồm: Phần phỏt quang, cỏp sợi quang và phần thu quang. Phần phỏt quang đƣợc cấu tạo từ nguồn phỏt tớn hiệu quang và cỏc mạch điện điều khiển liờn kết với nhau. Cỏp sợi quang gồm cú cỏc sợi dẫn quang và cỏc lớp vỏ bọc xung quang để bảo vệ khỏi cỏc tỏc động cú hại từ mụi trƣờng bờn ngoài. Phần thu quang do bộ tỏch súng quang và cỏc mạch khuếch đại, tỏi tạo tớn hiệu hợp thành. Ngoài ra, tuyến thụng tin quang cũn cú cỏc bộ nối quang-connector, cỏc mối hàn, cỏc bộ nối quang, chia quang và cỏc trạm lặp.
2.2.1 - Cấu trỳc sợi quang
Sợi quang là ống dẫn điện mụi hỡnh trụ. Thành phần chớnh gồm lừi và lớp vỏ bọc. Lừi để dẫn ỏnh sỏng cũn lớp bọc để giữ ỏnh sỏng tập trung trong lừi sợi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lớp lừi và lớp bọc. Để bảo vệ sợi quang trỏnh những tỏc dụng do điều kiện bờn ngoài, sợi quang cũn bọc thờm hai lớp nữa, gồm:
- Lớp vỏ thứ nhất: Cú tỏc dụng bảo vệ sợi quang trỏnh sự xõm nhập của hơi
nƣớc, trỏnh sự trầy xƣớc gõy nờn những vết nứt và giảm ảnh hƣởng vỡ uốn cong.
- Lớp vỏ thứ hai: Cú tỏc dụng tăng cƣờng sức chịu đựng của sợi quang trƣớc
tỏc dụng cơ học và ảnh hƣởng của nhiệt độ.
2.2.1.1 - Sợi đơn mốt và sợi đa mốt
Khi ỏnh sỏng truyền lan bờn trong lừi của một sợi quang phụ thuộc vào hệ số khỳc xạ của lừi (hệ số khỳc xạ là hằng số hoặc thay đổi), cú thể cú cỏc phõn bố trƣờng điện từ khỏc nhau qua mặt cắt của sợi. Mỗi một phõn bố thƣờng thoả món phƣơng trỡnh Maxwell và cỏc điều kiện biờn tại mặt phõn cỏch lừi-vỏ đƣợc gọi là một mode quang (Transverse mode). Cỏc mode khỏc nhau truyền lan dọc trờn sợi quang ở cỏc vận tốc khỏc nhau. Sợi quang cho phộp lan truyền chỉ một mode duy nhất đƣợc gọi là sợi quang đơn mode (single mode fiber). Sợi quang cho phộp truyền lan nhiều mode đồng thời đƣợc gọi là sợi quang đa mode (Multimode fiber).
Hỡnh vẽ dƣới: Mặt cắt và cỏc tia sỏng truyền trong
(a) sợi đa mode chiết xuất phõn bậc,
(b) sợi đa mode chiết xuất Gradien và
Điều mấu chốt trong việc thiết kế, chế tạo sợi để truyền đơn mode là đƣờng kớnh lừi sợi phải nhỏ, xuất phỏt từ mối quan hệ giữa bƣớc súng cắt của sợi với đƣờng kớnh lừi. Bƣớc súng cắt c là bƣớc súng mà trờn sợi chỉ cú một mode đƣợc truyền và đƣợc tớnh nhƣ sau:
c = 2 aV n1 - n2 Trong đú:
V = 2,405 đối với sợi cú chiết xuất bậc (SI fiber) a[ m]: là bỏn kớnh của lừi
n1 là chiết xuất của lừi n1 là chiết xuất của vỏ
Khi đƣơng kớnh lừi của sợi đơn mode khụng lớn hơn nhiều so với bƣớc súng thỡ sẽ cú một sự phõn chia cụng suất đỏng kể ở lớp vỏ. Vỡ thế cần phải định nghĩa một tham số khỏc đƣợc gọi là đƣơng kớnh trƣờng mode (Mode Field Diameter). Một cỏch trực giỏc, đú chớnh là độ rộng của trƣờng mode. Đặc biệt, đƣờng kớnh trƣờng mode chớnh là trung bỡnh bỡnh phƣơng độ rộng
của trƣờng nếu phõn bố trƣơng theo Gauss. Khi phõn bố trƣờng khụng phải dạng Gauss thỡ cú nhiều cỏch định nghĩa đƣờng kớnh trƣờng mod
2.2.2 - Cỏc thụng số đặc trƣng của sợi quang
Cụng suất quang truyền trong sợi giảm theo quy luõt hàm số mũ:
P(z) = P(0) x 10(-a/10)z Trong đú: P(0) là cụng suất quang đầu sợi. P(z): Là cụng suất quang ở cự ly z. a: Là hệ số suy hao.
Độ suy hao của sợi quang đƣợc tớnh bởi cụng thức:
A(dB) = -10log (P2/P1) Trong đú: P1 là Cụng suất quang đầu vào.P2 là cụng suất quang đầu ra.
Hệ số suy hao trung bỡnh (suy hao trờn một đơn vị chiều dài) : a(dB/km) = A (dB)/L(km) Trong đú: A Là độ suy hao của sợi quang. L: Là chiều dài của sợi quang.
Cỏc nguyờn nhõn gõy nờn suy hao:
- Suy hao do hấp thụ vật liệu: Sự cú mặt của cỏc tạp chất kim loại và cỏc ion OH trong sợi quang là cỏc nguồn điểm hấp thụ ỏnh sỏng. Mức độ hấp thụ tựy thuộc vào bƣớc súng ỏnh sỏng truyền qua nú và tựy thuộc vào nồng độ tạp chất của vật liệu.
- Suy hao do tỏn xạ Rayleigh: Ánh sỏng khi truyền trong sợi quang gặp những chỗ khụng đồng nhất sẽ bị tỏn xạ. Tia xạ truyền qua chỗ khụng đồng nhất bị tỏa ra nhiều hƣớng. Chỉ cú một phần ỏnh sỏng tiếp tục truyền theo hƣớng cũ, do đú năng lƣợng bị mất mỏt. độ suy hao của tỏn xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bƣớc súng (Ằ- 4) nờn độ suy hao giảm rất nhanh về phớa bƣớc súng dài. Ngoài tỏn xạ Rayleigh, ỏnh sỏng truyền trong sợi cũn bị tỏn xạ khi gặp những chỗ khụng hoàn hảo giữa lớp vỏ và lớp lừi. Một tia tới sẽ cú nhiều tia phản xạ khỏc nhau. Những tia cú gúc phản xạ nhũe hơn gúc tới hạn sẽ bị khỳc xạ ra lớp vỏ và bị suy hao dần.
- Suy hao ghộp nối và mối hàn: Tớn hiệu quang cũn bị suy hao tại điểm kết nối giữa hai sợi bằng bộ ghộp nối hoặc mối hàn. Suy hao này gõy ra bởi nhiều nguyờn nhõn sau đõy:
- Suy hao bởi cỏc yếu tố bờn ngoài:
+ Khụng đồng tõm giữa hai lừi sợi + Mặt cắt sợi bị nghiờng
+ Cú khe hở giữa hai đầu sợi đƣợc nối với nhau + Bề mặt đầu sợi khụng phẳng
- Suy hao bởi cỏc yếu tố nội tại: + Lừi sợi bị elip
+ Khụng tƣơng thớch về chiết xuất
+ Khụng đồng nhất về đƣờng kớnh trƣờng mode
Thụng thƣờng suy hao nối ghộp khoảng 0.2dB và suy hao mối nối khoảng 0.05dB.
- Suy hao do sợi bị uốn cong: Với những chỗ uốn cong nhỏ ( vi uốn cong), tia sỏng truyền bị lệch làm cho sự phõn bố trƣờng bị xỏo trộn và năng lƣợng bị phỏt xạ ra ngoài dẫn đến suy hao. Cũn khi sợi bị uốn cong, cỏc tia sỏng khụng thỏa món điều kiện phản xạ toàn phần. Do đú, tia sỏng sẽ bị khỳc xạ ra ngoài. Bỏn kớnh uốn cong càng nhỏ thỡ suy hao càng lớn. Cỏc nhà sản xuất khuyến nghị bỏn kớnh uốn cong trong khoảng từ 30mm tới 50mm thỡ suy hao do uốn cong là khụng đỏng kể.
Tỏn sắc: Một xung ỏnh sỏng đƣợc đƣa vào và truyền dẫn trong sợi quang thỡ ở đầu ra xung ỏnh sỏng sẽ bị biến dạng so với xung đầu vào. Sự biến dạng này đƣợc gọi là Tỏn sắc..Tỏn sắc làm cho biờn độ tớn hiệu tƣơng tự bị giảm và bị dịch pha, cũn tớn hiệu số sẽ bị mở rộng xung và bị chồng lấn nhau. Sự tỏn sắc làm hạn chế dải thụng của sợi quang.
Cỏc nguyờn nhõn gõy tỏn sắc:
- Tỏn sắcMode: Với sợi da Mode, ỏnh sỏng truyền trong sợi phõn thành nhiều Mode. Mỗi Mode cú một đƣờng truyền khỏc nhau, nờn thời gian truyền của cỏc tia sang theo cỏc Mode là khỏc nhau. Điều đú dẫn tới cỏc tia sỏng khụng ra đồng thời khỏi sợi quang mặc dự cựng xuất phỏt tại cựng một thời điểm, gõy nờn tỏn sắc.
- Tỏn sắc nội Mode: Tỏn sắc khụng những chỉ do hiệu ứng trễ giữa cỏc Mode gõy ra mà nú cũn do chớnh nội tại của cỏc Mode riờng rẽ. Cú2 loại tỏn sắc nội Mode:
- Tỏn sắc vật liệu: Do sự thay đổi chỉ số chiết suất của vật liệu lừi theo bƣớc súng. Tỏn sắc vật liệu là một hàm của bƣớc súng.
- Tỏn sắc dẫn súng: Do sợi đơn Mode chỉ giữ khoảng 80% năng lƣợng ở trong lừi, cũn 20% ỏnh sỏng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lƣợng ở trong lừi.
Độ tỏn sắc tổng
Tỏn sắc tổng = )2
Nếu kớ hiệu Dt là tỏn sắc tổng , Dmod là tỏn sắc Mode, Dchr là tỏn sắc nội Mode, Dvl là tỏn sắc vật liệu, Dds là tỏn sắc dẫn súng thỡ ta cú thể viết:
Dt =
2.2.3- Độ nhạy thu và quỹ cụng suất
Do suy hao sợi quang, cụng suất ỏnh sỏng sẽ bị suy giảm khi lan truyền và suy hao sợi sẽ hạn chế cự ly liờn lạc và tốc độ bớt. Giới hạn suy hao đú cú thể đƣợc thấy rừ thụng qua khỏi niệm độ nhạy thu và quỹ cụng suất.
Độ nhạy thu
Trong mỗi hệ thống viễn thụng, một cụng suất thu tối thiểu cần thiết phải cú để đạt đƣợc cỏc đặc tớnh nhất định, cụng suất thu tối thiểu đú đƣợc gọi là độ nhạy thu. Nếu cụng suất tớn hiệu thu đƣợc thấp hơn cụng suất tối thiểu cần thiết thỡ hệ thống sẽ khụng thoả món cỏc chỉ tiờu kỹ thuật hoặc thậm chớ cú thể khụng làm việc đƣợc.
Quỹ cụng suất
Quỹ cụng suất đƣợc định nghĩa là hiệu số giữa mức cụng suất phỏt và cụng suất thu cần thiết và đƣợc tớnh theo cụng thức:
Bp = PTx
Pmin Hoặc:
BD[dB] = PTx[dBm] – PRxmin[dBm] Với: PTx[dBm]: là cụng suất phỏt
PRxmin[dBm]: là cụng suất thu tối thiểu cần thiết Nhƣ vậy, suy hao tổng cộng trờn đƣờng truyền phải thấp hơn quỹ cụng suất. Trong sợi quang, suy hao đƣợc tớnh theo dB/km. Nếu một sợi quang cú độ dài L[km] và cú suy hao sợi[dB/km] thỡ suy hao tổng cộng của sợi là
sợi.L[dB].
Vỡ vậy ta cần cú:
sợi.L + ghộp nối.N + Aloss Quỹ cụng suất Trong đú:
sợi[dB/km]: là suy hao sợi
ghộp nối[dB/mối hàn]: là suy hao mỗi ghộp nối N: là tổng số điểm ghộp nối trờn tuyến truyền dẫn Alos[dB]: là cỏc suy hao khỏc
Quỹ cụng suất cú thể đƣợc cải thiện bằng một số cỏch, vớ dụ nhƣ: cú thể tăng PTx bằng cỏch tăng cụng suất ra của laser hoặc giảm PRxmin bằng cỏc bộ tỏch súng quang dạng thỏc lũ (Avalanche Photodetector). Quỹ cụng suất cũn cú thể tăng lờn bằng cỏch sử dụng cỏc bộ khuếch đại quang mà chỳng cú thể rất quan trọng trong cỏc hệ thống thụng tin xuyờn đại dƣơng bởi ở cỏc hệ thống này thỡ suy hao là yếu tố vụ cựng quan trọng ảnh hƣởng đến hệ thống.
2.2.4 - Truyền lan ỏnh sỏng trong sợi quang.
Ngoài vấn đề suy hao, tỏn sắc sợi (Dispersion) cũng là một yếu tố hạn chế khỏc đến việc truyền dẫn súng ỏnh sỏng. Tỏn sắc là một hiện tƣợng mà cỏc photon (tức là cỏc mode) cú tần số khỏc nhau truyền lan với cỏc vận tốc khỏc nhau. Do vậy, một xung ỏnh sỏng sẽ trở nờn rộng hơn và chồng lấn lờn nhau khi nú truyền lan trờn sợi quang. Trong phần này sẽ đi vào cơ sở vật lý của việc truyền lan ỏnh sỏng trong sợi quang, sau đú sẽ đề cập đến cỏc dạng tỏn sắc khỏc nhau trong sợi và cỏc hạn chế do tỏn sắc. Việc truyền lan tớn hiệu trong sợi quang cú thể đƣợc mụ tả bằng phƣơng phỏp quang hỡnh hoặc bằng cỏc hàm Maxwell cú thể thể hiện một cỏch chớnh xỏc, tuy nhiờn rất phức tạp. Để đơn giản trong đồ ỏn này chủ yếu xem xột bản chất vật lý của việc truyền súng với một mức độ toỏn học đơn giản nhất.
2.2.5 - Cỏc mối hàn và cỏc bộ kết nối (Connector) trong mạng quang. Một nhõn tố quan trọng trong việc lắp đặt hệ thống thụng tin quang là sự kết nối qua lại giữa cỏc thiết bị hoặc giữa cỏc thành phần với nhau. Cỏc liờn kết đú xảy ra tại nguồn quang, thiết bị tỏch quang hay cỏc điểm trung chuyển trong đƣờng truyền khi cú hai sợi quang hoặc cỏc sợi cỏp nối với nhau. Việc sử dụng cỏc mối hàn hay dựng cỏc bộ kết nối (connector) tuỳ thuộc vào liờn kết đú là tạm thời hay lõu dài. Liờn kết lõu dài là cỏc điểm nối hiếm khi thay đổi nhƣ nối hai sợi quang, nối giữa sợi quang và dõy nhảy. Cũn liờn kết tạm thời là liờn kết giữa cỏc thiết bị cú thể thay đổi đƣợc nhƣ: Giữa sợi quang và node quang, sợi quang và hub, giữa sợi quang và cỏc bộ
chia,..Núi chung, cỏc mối hàn cú suy hao thấp hơn so với cỏc connector nhƣng lại yờu cầu thiết bị hàn đắt tiền và nhiều nhõn lực hơn connector.