1 2 N Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
3.1.2 Cỏp đồng trục
Một loại cỏp truyền thụng dụng khỏc là cỏp đồng trục (coaxial cable hay coax). Như trờn Hỡnh 3.5 minh họa, một cỏp đồng trục bao gồm một dõy lừi bờn trong và một dõy (kiểu ống) bao bọc phớa ngoài, được ngăn cỏch bởi một lớp cỏch ly (điện mụi). Cũng như đụi dõy xoắn, chất liệu được sử dụng cho dõy dẫn ở đõy là đồng. Lớp cỏch ly thường là polyethylen (PE), trong khi vỏ bọc là nhựa PVC.
85
Cỏp đồng trục thớch hợp cho cả truyền tớn hiệu tương tự và tớn hiệu số. Người ta phõn biệt hai loại cấp đồng trục là cỏp dải cơ sở (baseband coax) và cỏp dải rộng (broadband coax). Loại thứ nhất cú trở đặc tớnh là 50Ω, được sử dụng rộng rói trong truyền dữ liệu, trong khi loại thứ hai cú trở đặc tớnh 75Ω, thường được sử dụng là mụi trường truyền tớn hiệu tương tự. Phạm vi ứng dụng cổ điển của cỏp đồng trục chớnh là trong cỏc hệ thống cỏp truyền hỡnh.
Nhờ cấu trỳc đặc biệt cũng như tỏc dụng của lớp dẫn ngoài, cỏc điện trường và từ trường được giữ gần như hoàn toàn bờn trong một cỏp đồng trục. Chớnh vỡ vậy hiện tượng xuyờn õm khụng đỏng kể so với ở cỏp đụi dõy xoắn. Bờn cạnh đú, hiệu ứng bề mặt2 cũng làm giảm sự tổn hao trờn đường truyền khi sử dụng cỏp truyền cú đường kớnh lớn. Hỡnh 3.6 biểu thị sự suy giảm đường truyền giữa cỏp đồng trục so sỏnh với đụi dõy xoắn. Về đặc tớnh động học, cỏp đồng trục cú dải tần lớn hơn đụi dõy xoắn nờn việc tăng tần số nhịp để nõng tốc độ truyền cũng dễ thực hiện hơn. Tốc độ truyền tối đa cho phộp cú thể tới 1-2 Gbit/s. Với tốc độ thấp, khoảng cỏch truyền cú thể tới vài nghỡn một mà khụng cần bộ lặp. Tuy nhiờn, bờn cạnh giỏ thành cao hơn đụi dõy xoắn thỡ việc lắp đặt, đấu dõy phức tạp cũng là một nhược điểm của chỳng. Vỡ vậy trong truyền thụng cụng nghiệp, cỏp đồng trục chủ yếu được dựng ở cỏc cấp trờn (bus hệ thống, bus xớ nghiệp) như ControlNet và Ethernet.
(dB /10 0m ) 100 10 Suy giả m 1 1 10 100 1000 Tần số (MHz) STP Coax
86
3.1.3 Cỏp quang
Cỏp quang được sử dụng trong cỏc lĩnh vực ứng dụng đũi hỏi tốc độ truyền tải rất cao, phạm vi truyền dẫn lớn hoặc trong cỏc mụi trường làm việc chịu tỏc động mạnh của nhiễu. Với kỹ thuật tiờn tiến hiện nay, cỏc loại cỏp quang cú thể đạt tới tốc độ truyền 20Gbit/s. Cỏc hệ thống được lắp đặt thụng thường cú tốc độ truyền khoảng vài Gbit/s. Sự suy giảm tớn hiệu ở đõy rất nhỏ, vỡ vậy chiều dài cỏp dẫn cú thể tới hàng chục, thậm chớ hàng trăm kilomột mà khụng cần một bộ lặp hay một bộ khuếch đại tớn hiệu.
Một ưu điểm lớn của cỏp quang là tớnh năng khỏng nhiễu cũng như tớnh tương thớch điện-từ. Cỏp quang khụng chịu tỏc động của nhiễu ngoại cảnh như trường điện từ, súng vụ tuyến. Ngược lại, bản thõn cỏp quang cũng hầu như khụng bức xạ nhiễu ra mụi trường xung quanh, vỡ thế khụng ảnh hưởng tới hoạt động của cỏc thiết bị khỏc. Bờn cạnh đú, sử dụng cỏp quang cũng nõng cao độ bảo mật của thụng tin được truyền. Thực tế rất khú cú thể gắn bớ mật cỏc thiết bị nghe trộm đường truyền mà khụng gõy ra sụt giảm tớn hiệu một cỏch đột ngột. Với cỏc thiết bị kỹ thuật đặc biệt người ta cú thể dễ dàng xỏc định được vị trớ bị can thiệp.
Nguyờn tắc làm việc của cỏp quang dựa trờn hiện tượng phản xạ toàn phần của ỏnh
sỏng tại bề mặt tiếp xỳc giữa hai vật liệu cú hệ số khỳc xạ n1 và n2 khỏc nhau thỏa món điều kiện:
α ≥ arctan n1
n2
với α là gúc lệch của tia ỏnh sỏng tới so với đường trực giao, như Hỡnh 3.7 minh họa.
Thụng thường n1 được chọn lớn hơn n2 khoảng 1%.
α n1
n2
Hỡnh 3.7: Nguyờn tắc phản xạ toàn phần (n1 > n2)
Một sợi cỏp quang bao gồm một sợi lừi, một lớp bọc và một lớp vỏ bảo vệ. Sợi lừi cũng như lớp bọc cú thể được làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt. Một tia ỏnh sỏng với gúc lệch ϕ so với chiều dọc cỏp dẫn - tớnh theo cụng thức sau - sẽ được nắn đi theo một đường rớch rắc đều đặn:
sinϕ = n 2 − n2 1 2
Nguyờn tắc làm việc của cỏp quang được minh họa trờn Hỡnh 3.8. n2
87 ϕ n1 ϕ n1
Hỡnh 3.8: Nguyờn tắc làm việc của cỏp quang
Tỉ lệ của cỏc hệ số khỳc xạ cũng như đường kớnh của sợi lừi và lớp bọc ảnh hưởng tới đặc tớnh đường đi của tia ỏnh sỏng. Người ta phõn loại cỏp quang sợi thủy tinh thành hai nhúm chớnh sau:
• Sợi đa chế độ (Multimode Fiber, MMF): Sợi quang nhiều kiểu súng, tớn hiệu
truyền đi là cỏc tia laser cú tần số khụng thuần nhất. Cỏc LED được sử dụng trong cỏc bộ phỏt. Hiện tượng tỏn xạ gõy khú khăn trong việc nõng cao tốc độ truyền và chiều dài cỏp dẫn. Khả năng truyền hạn chế trong phạm vi Gbit/s * km.
• Sợi đơn chế độ (Single-Mode Fiber, SMF): Sợi quang một kiểu súng, tớn
hiệu truyền đi là cỏc tia laser cú tần số thuần nhất. Cỏc điụt laze được sử dụng trong cỏc bộ phỏt. Tốc độ truyền cú thể đạt tới hàng trăm Gbit/s ở khoảng cỏch 1km.
Nhúm thứ nhất cũng được chia tiếp thành hai loại: Sợi cú hệ số bước (Step Index
Fiber) và sợi cú hệ số dốc (Gradient Index Fiber). Bảng 3.2 túm tắt một số đặc
tớnh và thụng số tiờu biểu của ba loại cỏp quang này.
Bờn cạnh sợi thủy tinh, một số loại sợi chất dẻo cũng được sử dụng tương đối rộng rói. Sợi chất dẻo cho phộp truyền với tốc độ thấp (khoảng vài chục tới vài trăm Mbit/s) và khoảng cỏch truyền ngắn (tối đa 80m), nhưng giỏ thành thấp và lắp đặt dễ dàng hơn nhiều.
Bảng 3.2: Cỏc loại sợi thủy
tinh Sợi đa chế độ Sợi đơn chế độ Hệ số bước Hệ số dốc Đường đặc tớnh của hệ số khỳc xạ
Đường đi của tia sỏng Đường kớnh trong 50 μm 9 μm Đường kớnh ngoài 250 μm 125 μm 125 μm Độ suy giảm 100 MHz 1GHz 100GHz 1dB/100m ở tần số
Bộ phỏt / bộ thu LED / Điụt PIN hoặc APD1 Điụt laze / APD