CHƢƠNG 2 : MỘT SỐ ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG FSO
3.5.1.2suy giảm của khơng khí
3.5 Yếu tố ảnh hƣởng, đánh giá, nâng cao chất lƣợng tuyến quang không dây
3.5.1.2suy giảm của khơng khí
Tham số ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền chủ yếu là sự suy hao khơng khí. Ta đi phân tích ảnh hưởng của tham số này.
Sự suy giảm công suất laser khi qua mơi trường khơng khí được định nghĩa theo định luật Beers-Lambert:
(3.4) Trong đó:
là hàm truyền ở khoảng cách R. P(R) là công suất ở khoảng cách R. P(0) là công suất ở nguồn phát. α là hệ số suy giảm (1/Km).
Những hệ số suy giảm thường gặp : khơng khí khơ = 0.1 (0.43dB/Km), bụi mù= 1 (4.3dB/Km) và sương mù =10 (43dB/Km).
Hệ số suy giảm tạo nên từ sự hấp thụ và tán xạ các photon laser của các phân tử khí trong khơng khí. Vì các bước sóng thường được lựa chọn để sử dụng (785 nm, 850 nm, 1550nm) nằm trong vùng cửa sổ truyền nên ảnh hưởng hệ số hấp thụ nhỏ so với tổng suy hao. Do đó, ảnh hưởng của hệ số suy giảm do tán xạ đường truyền gây ra là chủ yếu.
Loại tán xạ được xác định bởi kích thước hạt cụ thể so với bước sóng truyền. Nó được mơ tả bởi số kích thước gọi là tham số kích thước α :
(3.5) Trong đó: r là bán kính hạt tán xạ,
Hệ thống thông tin quang khơng dây và vấn đề thiết kế, tính tốn, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam
Bảng 3.2 bán kính của hạt tán xạ trong khơng khí và tham số kích thước tương ứng của bước sóng laser 785 nm và 1550 nm.
Loại Bán kính (µm) Thơng số kích thước α 785 nm 1550 nm Phân tử khơng khí 0.0001 0.0008 0.0004 Sương mù 0.01 – 1 0.08 – 8 0.04 – 4 Hơi nước 1 – 20 8 – 160 4 – 80 Mưa 100 – 10000 800 – 80000 400 – 40000 Tuyết 1000 – 5000 8000 – 40000 4000 – 20000 Mưa đá 5000 – 50000 40000 – 800000 20000 - 400000
Tán xạ Rayleigh xảy ra khi những hạt khơng khí nhỏ hơn bước sóng laser (785 nm và 1550 nm) do những phân tử khí (Cox, Nox…) trong khơng khí. Hệ số suy giảm thay đổi theo λ-4 . Ảnh hưởng của tán xạ này trong hệ số suy giảm tổng là rất nhỏ.
Khi kích thước hạt tiến tới bước sóng laser, bức xạ của tán xạ hạt theo hướng ngược với hướng truyền. Tán xạ này là tán xạ Mie do hạt sương mù nhỏ gây ra. Với tán xạ Mie thì số mũ bước sóng trong quan hệ với hệ số suy giảm thay đổi từ -1.6 tới 0.
Hình 3.8 Tham số kích thước hạt tán xạ
Hình 3.8 thể hiện tham số kích thước hạt tán xạ trong bảng 3.2 ở bước sóng laser 785nm và 1550nm tương ứng cho tán xạ Rayleigh, Mie và tán xạ không lựa chọn.
Tán xạ thường gặp thứ ba xảy ra khi kích thước hạt lớn hơn bước sóng. Với tham số kích thước lớn hơn 50, tán xạ này gọi là tán xạ hình học hoặc khơng có lựa chọn (vì khơng có sự phụ thuộc của hệ số suy giảm vào bước sóng và số mũ của bước sóng trong hệ số suy giảm bằng 0). Những hạt tán xạ này đủ lớn để góc của bức xạ tán xạ có thể mơ tả bằng quang hình học. Mưa rơi, tuyết và sương dày sẽ gây tán xạ này.
Lượng tán xạ khơng khí cho những tuyến thơng tin ngắn hoặc là phụ thuộc vào bước sóng (tán xạ Mie) hoặc độc lập với bước sóng (tán xạ hình học hoặc khơng lựa chọn).