a, Phân tích phổ tín hiệu điện - Nguyên lý hoạt động
Theo sơ đồ nguyên lý hoạt động thì cấu tạo của thiết bị phân tích phổ tần tín hiệu số cũng có nguyên lý tương tự thiết bị phân tích vector tín hiệu số. Phần khác nhau cơ bản là phần xử lý tín hiệu trước khi đưa ra kết quả. Thiết bị phân tích vector tín hiệu có bộ giải điều chế để khôi phục tín hiệu trước điều chế trong khi thiết bị phân tích phổ tần số sử dụng các bộ thuật toán FFT để chuyển tín hiệu rời rạc từ miền thời gian sang miền tần số [7, 9].
Sơ đồ khối chức năng của thiết bị phân tích phổ tín hiệu điện được mô tả như sau:
Hình 1.39: Sơ khối chức năng máy phân tích phổ tín hiệu số
Các khối chức năng của thiết bị phân tích phổ tín hiệu bao gồm: 1. Khối thích ứng tín hiệu
2. Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC 3. Khối tách tín hiệu điều phương I/Q
4. Bộ lọc số và lấy mẫu 5. Cửa số dữ liệu
7. Bộ phát xung quét 8. Khối hiển thị kết quả
Mỗi loại thiết bị phân tích sử dụng các công nghệ khác nhau, nhưng về cơ bản đều có các khối chức năng như đã nêu. Chức năng của các khối được tóm tắt như sau:
- Khối thích ứng tín hiệu
Chức năng của khối thích ứng tín hiệu là tự động điều chỉnh công suất, hệ số nén, méo tín hiệu trước khi đưa tới các khối tiếp theo. Cũng có thể thiết lập nhân công mức suy hao tín hiệu đầu vào bằng cách điều chỉnh hệ số suy hao. Một chức năng nữa của khối thích ứng tín hiệu là loại bỏ thành phần một chiều DC và các tần số quá thấp (thông thường là 100Hz).
Hình 1.40: Sơ đồ chức năng khối thích ứng tín hiệu
- Bộ lọc thông thấp tín hiệu
Khối lọc thông thấp tín hiệu có chức năng lọc lấy dải tần cần kiểm đo kiểm bằng các bộ lọc tín hiệu. Tất cả các tần số nằm ngoài dải sẽ được cắt bỏ.
- Bộ lọc IF
Chức năng của bộ lọc IF là chọn lọc dải tần số phân tích, dải tần số quét của thiết bị và dải tần đưa vào bộ trộn. Mối quan hệ giữa tần số IF, tần số quét và tần số tín hiệu cần phân tích được thể hiệu trong công thức sau:
Hình 1.41: Dạng xung tín hiệu của tần số tín hiệu, tần số quét và tần IF
Thông thường mỗi thiết bị đo sẽ có nhiều hơn một bộ tần số quét để linh hoạt trong việc phát hiện và xử lý dải tần số IF.
Sau khi thiết bị đã dò được dải tần IF cần phân tích, tần số IF đó sẽ được điều chỉnh công suất tại mudule tăng ích IF. Chức năng của khối này là tối ưu hóa công suất của tín hiệu IF.
- Khối thực hiện FFT
Điểm khác biệt giữa thiết bị phân tích phổ tần và thiết bị phân tích vector là khối xử lý tín hiệu số. Thiết bị phân tích phổ tần số sử dụng nguyên lý biến từ miền thời gian sang miền tần số dùng biến đổi Fourier FFT. Kết quả hiển thị của tín hiệu là đường phổ mật độ công suất của tin hiệu [7,9].
Hình 1.42: Sơ đồ khối chức năng máy phân tích quang phổ
Tín hiệu được xử lý trong thiết bị phân tích quang phổ gồm các quá trình như sau: Ánh sáng được từ đầu thu được đưa tới một thấu kính hội tụ. Thấu kính này có nhiệm vụ tập trung ánh sáng để đưa tới thiết bị tách bước sóng. Thiết bị tách bước sóng được dùng phổ biến là một cách tử nhiễu xạ. Hệ thống cách tử nhiễu xạ này có thể quay quanh một trục với góc quay rất nhỏ và có thể điều chỉnh góc quay bất kỳ để sao cho tia sáng cần phân tích chiếu đúng vào phần thu tín hiệu đơn sắc tiếp theo. Ánh sáng đơn sắc từ cách tử được chiếu vào một photodiot rất nhạy sáng. Chức năng của photodiot này là cảm biến với những thay đổi rát nhỏ về cường độ ánh sáng. Các mạch điện tử sẽ chuyển từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện để đưa tới bộ khuếch đại tín hiệu tiếp theo. Bộ khuếch đại tín hiệu có chức năng khuếch đại tín hiệu điện thu được từ phía sau photodiode. Tín hiệu sau khi được khuếch đại sẽ được số hóa thành các thành phần tín hiệu rời rạc. Khối xử lý tín hiệu sẽ phân tích và chuyển tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số bằng thuật toán Fourier. Nguyên lý hoạt động và các thuật toán FFT hoàn toàn tương tự với các thiết bị phân tích tín hiệu điện. Cuối cùng, dạng phổ của tín hiệu quang sẽ được hiển thị trên màn hình theo miền tần số.
Về nguyên lý hoạt động, thiết bị phân tích tín hiệu quang cũng tương tự thiết bị phân tích tín hiệu điện. Sự khác nhau là ở khối xử lý tín hiệu đầu vào. Chức năng của khối cách tử trong máy phân tích quang giống với bộ lọc băng tần của thiết bị phân tích tín hiệu điện. Kết quả cuối cùng của hai thiết bị này là hoàn toàn tương tự nhau.
Phương pháp được sử dụng để đo PMD dựa trên cơ sở phương pháp phân tích với bộ phản xạ cố định. Phương pháp này yêu cầu một nguồn phát phân cực băng rộng tại một đầu và một bộ phân tích phổ quang phân cực (khả biến) tại đầu kia [9].
Hình 1.43: Phương pháp phân tích cố định được sử dụng để đo PMD
Phương pháp đo PMD là phương pháp biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform - FFT). Phương pháp biến đổi Fourier nhanh sang miền thời gian sẽ cho một đường cong Gaussian và giá trị DGD trung bình được xác định từ đường cong này (cho các liên kết sợi ở chế độ ghép chặt).
Với chế độ ghép chặt, không cần phải thay đổi góc phân cực của bộ phân tích. Ở chế độ ghép yếu, một góc cần được chọn để có biên độ điều chế cực đại.
d, Nguyên lý đo tán sắc CD
Máy đo lần lượt phát các xung tại các bước sóng khác nhau và đo thời gian trễ tương ứng. Đo trễ trên bốn bước sóng: 1310nm, 1480nm, 1550nm và 1625nm. Sử dụng kết quả của bước sóng được chọn làm tham khảo để tính chiều dài của sợi quang [12].
Hình 1.44: Nguyên lý đo CD
Căn cứ kết quả độ trễ theo bước sóng tại bốn điểm này, máy đo có thể tính toán được đường cong đặc trưng của độ trễ theo bước sóng bằng một trong các thuật toán xấp xỉ dưới đây:
– Bậc hai: A + B+C2
(đường cong parabol). – Sellmeier 3 số hạng: A+B2 +C−2 – Sellmeier 5 số hạng: A+B2 +C−2 +D4 +E−4
Sau đó, tính toán đạo hàm của đường cong để đưa ra hệ số tán sắc D theo bước sóng. Nguồn tín hiệu quang Phân cực cố định Phân cực khả biến Máy phân tích quanh phổ OSA Cáp quang
Hình 1.45: Các đường cong thu được với phương pháp xấp xỉ bậc hai