Расчет высоты подвеса антенн и устойчивости связи

Задание 1

Определите ширину спектральной линии в Гц, считая, что длина волны (l) находиться точно на середине диапазона спектра излучения Dl_0,5. Найти добротность резонатора лазера.

Dl_0,5=5,4, нм

l=0,85, мкм

Для выполнения расчетно-графической работы необходимо ответить на вопросы:

1. Какие источники света применяются в ВОСП?

В современных ВОСП применяются светоизлучающие диоды (СИД) и полупроводниковые лазеры (ППЛ).

2. Какие основные характеристики источников света вам известны?

- длина волны;

- выходная мощность;

- ток накачки;

- ширина спектральной линии.

3. Чем отличается лазер от светоизлучающего диода?

В области p-n перехода ППЛ содержит активный слой – тонкую пленку, расположенную между двумя зеркалами –резонатор Фабри-Перо. За счет возбуждения активного слоя спонтанными фотонами, отраженными от зеркал, возникает вынужденное излучение. При определенном токе накачки этот процесс протекает лавинообразно, в результате мощность излучения резко увеличивается. Основные отличия – наличие резонатора и стимулированное излучение.

4. Какие требования предъявляются к спектральной характеристике лазеров ОСС?

- длина волны излучения должна соответствовать одному из окон прозрачности оптических волокон;

- мощность излучения должна быть сосредоточена на основной длине волны;

- ширина спектра основной моды должна быть по возможности меньше.

5. Пояснить какой физический смысл имеет спектральная характеристика лазеров.

Резонаторы лазеров являются активными, поскольку заполнены активной (усиливающей) средой. Наличие ее в резонаторе приводит к существенному изменению спектральных и пространственных характеристик излучения, поскольку компенсация потерь в резонаторе за счет усиления приводит к резкому увеличению его добротности.

6. Что такое добротность резонатора лазера?

Добротность резонатора типа Фабри-Перо выражается следующим соотношением:

Q =√R/(1 – R)kd, (1)

здесь k = 2π/λ – волновое число.

В соответствии с выражением 1 при тех же зеркалах добротность резонатора прямо пропорциональна длине.

Расчет:

Если считать что l находится точно на середине диапазона Dl_0,5, то максимальная и минимальная длины волн находят следующим образом:

м,

(1.1)

, м.

(1.2)

Тогда соответствующие этим длинам волн минимальную и максимальную частоту излучения определяем:

, Гц,

(1.3)

, Гц.

(1.4)

Ширина спектральной линии:

, Гц.

(1.5)

Средняя частота излучения:

, Гц,

(1.6)

с- скорость света = 3·10⁸м.

Добротность резонатора лазера:

.

(1.7)

Задание 2

Определить длину участка регенерации внутризоновой ВОСП при использовании типовой аппаратуры и оптического кабеля со следующими параметрами: Строительная длина кабеля 2 км, затухание в разъемных соединениях 0,3 дБ/км, в неразъемных 0,1 дБ/км, ширина спектра излучения, см. таблицу 1, уровень мощности вводимой в ОВ 1 дБм, пороговая чувствительность -29,5 дБм.

Энергетический потенциал А=38, дБ

Энергетический запас М=4, дБ

Длина линии l=90, км

Коэф. затухания, α_к=0,25, дБ/км

Расчет:

Длина регенерационного участка, ограниченная дисперсией, определяется по формуле:

,

(1.8)

где В - скорость передачи В, Мбит/с;

- хроматическая дисперсия, , взять из расчетов 1 РГР;

- ширина спектра излучения, нм, см.таблицу 1;

Максимальная скорость передачи цифровой ВОСП, работающей по данному волокну в идеале численно равна тактовой частоте и полосе пропускания, но с учетом помехоустойчивого кодирования она будет меньше, в зависимости от используемого кода. Таким образом, максимальная скорость передачи ВОСП, работающей по данному волокну составит:

Мбит/c.

(1.9)

Полоса пропускания оптического кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

, Гц·км.

(1.10)

где τ – результирующая дисперсия оптического волокна, взять из первой РГР.

Полоса пропускания оптического волокна зависит от дисперсии, чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну

При определении длины регенерационного участка, лимитированного затуханием, воспользуемся формулой:

,

(1.11)

,

(1.12)

где А – энергетический потенциал системы;

М – энергетический запас системы;

a_рс – вносимые потери разъемных оптических соединений;

a_нс – вносимые потери неразъемных оптических соединений;

N_рс – число разъемных оптических соединений;

– строительная длина.

Произвести сравнение рассчитанного участка регенерации по дисперсии и по затуханию, выбрать оптимальный вариант. По расчетам дать рекомендации.

Задание 3

Нужно определить отношение сигнал/помеха на выходе фотоприемника (ФПР) цифровой ВОСП. Исходные данные в таблице 3.

h=0,8

l=0,85, мкм

R=50, кОм

D_ш=4,5

Для выполнения расчетно-графической работы необходимо ответить на вопросы:

1. Какие типы фотодиодов применяются в составе ВОСП. Чем определяется полоса пропускания ФПУ.

В современных ВОСП используются p-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды (ЛФД).

2. Назовите основные характеристики фотодиода

- длина волны;

- чувствительность;

- темновой ток;

- быстродействие;

- напряжение смещения;

- собственная емкость ФД;

- коэффициент умножения ЛФД;

- температурный коэффициент напряжения ЛФД.

3. Внутренняя и внешняя квантовые эффективности фотодиодов.

Внутренняя квантовая эффективность определяет, какая часть фотонов, попадающих на активную область, порождает электроны. Поскольку часть фотонов отражается и поглощается в покрытии ФД, рассматривается внешняя квантовая эффективность.

4. Какие типы усилителей применяются в составе ФПУ?

Основные типы усилителей ФПУ:

1. интегрирующий усилитель (ИУ);

2. трансимпедансный усилитель (ТИУ).

Расчет:

Считается темновой ток и ток засветки пренебрежимо малыми.

Фототок определяется по формуле:

(1.13)

где q= Кл – заряд электрона;

h= - постоянная Планка;

f= , Гц – частота излучения;

h- квантовая эффективность.

P_пр= - оптическая мощность на приеме;

a_k - затухание кабеля, см. таблицу 4;

- длина регенерационного участка, см задание 2 РГР2;

= 1мВт - мощность на выходе источника излучения;

М=1 – коэффициент лавинного умножения.

Считая полосу пропускания фотоприемника равной тактовой частоте ВОСП, находим отношение сигнал/помеха по следующей формуле:

.

(1.14)

где Т=280 – температура в градусах Кельвина;

F_ш (М)=1 – коэффициент шума ЛФД;

K=1,38·10^-23 , Дж·К^-1 - постоянная Больцмана;

R - входное сопротивление усилителя;

D_ш – коэффициент шума усилителя;

Df=40·10⁶, Гц - электрическая полоса пропускания.

Дата добавления: 2015-06-04