Оптикалық талшық

 

Ұржар – Мақаншы – Ақшоқы аралығындағы ТОТЖ үшін бірмодалық ЗАО «Москабель-Фуджикура» фирмасының 12 талшықты-оптикалық кабелін таңдадым.

Бұл дипломдық жұмыста Москабель-Фуджикура фирмасының бірмодалық талшығын таңдаймыз. 622 Мбит/с жылдамдықты ақпаратты тарату үшін λ=1550 нм толқын ұзындығында жұмыс істейтін 12 талшықты кабельді қолданамыз.

G652 МККТТ рекомендациясына және қосымшаларға толық сәйкес келетін кабельді ұсынамыз. Және де ол біраз МЭК спецификациясына, ТЕС 793-1, IEC 794-2 ұсынысына сәйкес келеді.

Кабель сипаттамасы:

- 12 бірмодалық талшық;

-жұмыстық толқын ұзындығы 1310нм және 1550нм;

- орталық металл емес элемент;

- SZ өрілген типімен оптикалық модульдер;

- бос және толық толтырылған оптикалық модульдер;

- полиэтиленнен сыртқы  қабығы;

- толық диэлектрлік кабель .

Кабель типі: ОМЗКГМ - 10 - 01 - 0,22 - 4...30 [144] - (20,0) [7,0]                

Кабель 12-талшықты. Талшықтың таралуы келесідей:

- 1+1 (резерв) сұлбасы бойынша STM- 1 тарату  үшін 4 талшық қолданылады;

- 4 талшық «суық» резерв болып табылады;

- 2 талшық 155 Мбит/с (STM- 1) жылдамдықты оптикалық сигналды бөліп шығарудағы аудандық (облыстық) байланыс РУТ (ГУТ) үшін қолданылады;

- 2 талшық  облыстық байланыстың «суық» резерві үшін қолданылуы мүмкін.

ОМЗКГМ - 10 - 01 - 0,22 - 12 [144] - (20,0) [7,0] кабелі сурет 3.1 көрсетілген.

                 

Сурет 3.1 ОМЗКГМ - 10 - 01 - 0,22 - 4...30 [144] - (20,0) [7,0] кабельдің сыртқы келбеті.                

ОМЗКГМ - 10 - 01 - 0,22 - 4...30 [144] - (20,0) [7,0] кабелінің оптикалық сипаттамасы 3.1. кестеде көрсетілген.       

     

Кесте 3.1- Кабелдің оптикалық сипаттамасы

Параметрлер	өлшем бірлігі	ОТ типі үшін
1310 нм 1550 нм толқынында өшулік коэффициенті	дБ/км	0,22
Нөлдік дисперсиядағы толқын ұзындығы	нм
1285-1330нм 1550нм  толқынында хроматикалық дисперсия	пс/нм•км	(1530-1565нм)1,0-6,0
Нөлдік нүктеде қисық сызықты дисперсияның иілуі	пс/км•нм2
Толқын ұзындығының қиылуы	нм
Поляризацияланған модалық дисперсия	пс/км1/2	0,5

 

Кесте 3.2 – ОМЗКГМ кабелінің техникалық параметрлері

Белгіленуі	Тоңдық өзгерулерге алып келетін топырақтан басқа Барлық топтағы топырақты төселу үшін кабель канализаияларда, құбырларда, блоктарда, көпірдегі коллекторларда және шахтларда онша терң емес саз және кеме жүзетін өзендерде.
Оптикалық талшық типі:	Нөлдік емес аралас шашыраулы бірмодты
Оптикалық талшықтың саны	12
Сыртқы  диаметр	16,7 мм
Масса	480 кг/км
мүмкіндігінше созуға күш салу	7,0 ... 20,0 кН
мүмкіндігінше жаншуға күш салу	0,9 кН/см кем емес
Бұрылыстың минималды радиусы	335 мм
Эксплуатация температурасы	- 40 ... + 60º С
Құрылыс ұзындығы	10000 м дейін
Қызметтің уақыты	25 жылдан кем емес.

Қабықшамен салыстырғанда жоғарғы  коэффициенті бар ТОК жүрекшесі SiO₂ (кремнийдің екіокисі) GeO>2 (германийдің екіокисі) қосындысынан тұрады.

ТОК жапқышы үшін материал S1O2 (кремнийдің екіокисі). Негізгі жапқыш - UV акрелат. Ол әртүрлі модульде екі қабаттан қолданылады. Ішкі қабат сыртқы қабаттан жұмсағырақ. Бұл әйнекталшықты микроизгиб жоғалтуларынан және обрадивных тозулардан сақтайды. Негізгі жапқыштың мөлшері 250мкм ± 15мкм құрайды. Негізгі жапқыш механикалық құралдар көмегімен тез алынады. Жапқышты алу үшін ешқандай  химикалық құрамдар қажет етілмейді.

Талшық буферлік құбыр  деп аталатын оптикалық модульде орналасады. Буферге бір немесе бірнеше  талшық орналастыруға орналастыруға болады: талшық құбыр ортасында еркін жатады. Аса тартылымдылық буфердің айналуы шамамен 0,3-0,5%. Бұл дегеніміз, егер кабельге созу күшін қолданатын болатын болса бұл жерден жүрекшеге, кең диапазондағы созуға қатысты талшық жүктемесіне әсер етпейді және өшудің үлкеюі байқалмайды. Буферлік құбыр әдісі сондай-ақ сығу немесе температураның түсуі кезіндегі кабельді кеңейту үшін қолданылады. Құрылымы көлденең сығуға қарсы қорғаныс ретінде жақсы.

 

Қорғаныс  шлангы Болат сым Полиэтиленнен жабылғы Орталық күш салу элементі-әйнекпластик   Модуль Гидрофобты компаунд

 

Сурет 3.2 ОМЗКГМ типті кабельдің құрылысы.

 

Желідегі өшудің минимальді қамтамасыз ету үшін кабельдің құрылыстық ұзындығын 6 км деп аламыз.

 

3.2 Регенерациялық аймақтың ұзындығы

 

Талшықты-оптикалық кабельді магистраль салынған және жетілген кабельдің құрылыстық ұзындығынан тұрады және өзінің соңындағы  бірінші ажырайтын қосылыстан өтеді.  Талшықты-оптикалық кабельді магистральді жобалаған кезде қаралатын маңызды тарату параметрлері талшықты сәуле жолдарында қолданылатын өткізу жолағының көлемі мен өшулік, ажырайтын қосылыстардағы жоғалтулар, тармақтаушы, енгізу-шығару құрылғылары және т.б. сонымен қатар, кабельді магистраль ұзақ эксплуатация периодында жобаланатындықтан жоғалтулардың есесін қайтару үшін ажырамайтын қосылыстарды жөндеуде қосымшалар, жобада аппаратураға салатын қосымша болып саналады.

 

3. Оптикалық талшықтың негізгі типтері

 

Сәуле жолы диэлектрлік қабықшамен қоршалған жүрекше деп аталатын домалақ немесе тікбұрышты өзектен  болады.  Сондай-ақ  сәуле жолын талшықтың механикалық қорғанысы болатын; қап (тыс) түріндегі екінші қабықша қоршайды, қап (тыс) онымен қоймай талшықтың ішінен немесе сыртынан түсетін жарық жұтушысы болып табылады.  Сонымен қатар, талшықтың өзекшесінен шығатын жарық сәулелерінің барлық интерференциясын өшіреді, бұл кезде ол қабықшаның сыртқы шекарасынан толық шағылмай жабылғымен толық жұтылады.

Талшықтардың негізгі үш типі бар: сатылы сыну көрсеткішті көпмодалы, сыну көрсеткіші біртіндеп өзгеретін көпмодалы, бірмодалы.

Сатылы сыну көрсеткішті көпмодалық сәуле жүргізуші өзекшемен қабықшаның шекарасында сыну көрсеткіш бірден төмендейтінімен сипатталады..

Сыну көрсеткіші біртіндеп өзгеретін көпмодалық сәуле жүргізуші жарықтың таралуы талшықтың оптикалық осінің бағытына қарай сәуленің үздіксіз ауытқуымен сипатталады.

Жарық аз ГШ облысында тез тарайды, бұл өтуінің уақыт айырмасының азаюына әкеледі. Демек, дисперсияға. Егер профиль пішіні параболаға жақындаса дисперсия минимал болады.

Бірмодалық сәуле жүргізуші  жиілік жолақтарының шектеулі еніне  және таралудың белгілі  сипаттамаларына  ие. Ол үлкен ара қашықтықтарға  үлкен көлемді мәліметтерді таратуға идеал түрінде келеді.

Бірмодалық сәуле жүргізушілердің  сыну көрсеткіштері әр түрлі болады. Сипаттамалары: өшуі l = 0,85 мкм үшін NA=0,1 болғанда 1 дБ/км шектеулі мәніне тең. Жиілік жолағы 40 ГГц×км тең және материалдағы дисперсиямен және жарық жүргізуші дисперсиямен шектеледі.

Оптикалық күшейткіштері бар көпканалдық  ТОТЖ 1,55 мкм жұмыс диапазонындағы толқын ұзындықтарының мөлдір ортадағы жұмыстарға негізделген, оптикалық жалғасулардың пайдалану коды  классификациясына сәйкесінше оптикалық күшейткіштері бар көпканалды ТОТЖ бірмодалы талшықтардың мына типтерінің оптикалық кабельдерінде жұмыс атқара алады:

• МСЭ-Т G.625 Ұсынысына сәйкес стандарттық талшық (SMF-single mode fiber);
• МСЭ-Т G.653 Ұсынысына сәйкес 1,55 мкм толқын ұзындықтарының облысындағы дисперсияның ауытқуы бар талшық (DSSMF-dispersion shifted single mode fiber);
• МСЭ-Т G.655 Ұсынысына сәйкес дисперсиясының ауытқуы нөлдік емес талшық (NZ DSSMF-non-zero dispersion shifted single mode fiber).

1,55 мкм  аралығындағы өшуіне байланысты талшықтардың үш типі бірдей, бірақ олар хроматикалық дисперсия сипаттамаларымен ажыратылады. Бірканалды ТОТЖ-ға SMF қарағанда DSSMF пайдалануы кең жолақтық регенерация бөлігінің ұзындығын біршама ұзартады. DSSMF үшін нөлдік дисперсиясының толқын ұзындығы l₀ 1,55 мкм жұмыс диапазонының  ортасына ауытқиды. Бірақ оптикалық күшейткіштері бар көпканалды ТОТЖ үшін нәтиже теріс болады, өйткені бұл жағдайда болатын сызықсыз эффектілердің әсері l₀/5/ толқын ұзындығына жақын бірден өседі._.

Жоғарғы өткізгіштік қабілеті бар  ТОТЖ үшін SMF-тің қолданылуы (³10Гб/с бірканалды ТОТЖ және ³ 40Гб/с көпканалды ТОТЖ үшін) регенерация бөлігінің толқын ұзындығының бірден азаюынан мүмкін емес. Сондықтан жоғарғы өткізгіштік қабілеті бар ТОТЖ үшін талшықтың үшінші типі – NZDSSMF пайдаланған жөн, DSSMF салыстырғанда оның ерекшелігі болып l₀ –дің 1,55 мкм толқын ұзындығының диапазонының сыртында болып табылады, бірақ SMF салыстырғанда 1,55 мкм орталығында дисперсияның мәні өте төмен. 3.3 кестесінде бірканалды ТОТЖ үшін регенерация бөлігінің ерекшелік ұзындықтары (км) әртүрлі таралу жылдамдықтарына көрсетілген және SMF талшықтарына ОУ қолданылуының нұсқалары берілген.

Кесте 3.3 – Регенерация аймағының тартылу сипаттамасы

ОУ нұсқа f, Мб/с	I,км	II,км	III,км	IV – 1,км	IV – 9,км
155	144	204	236	234	208
622	114	174	218	216	190
2500	66	126	194	192	166

 

Сызықты тракт  сұлбасына ОУ қосу нұсқасы.: I –ОУ жоқ сұлба; II – таратудағы ОУ бар сұлба (ОУ₁); III – тарату және қабылдауда екі ОУ сұлбасы (ОУ₁, ОУ₂); IV – аралық күшейткіштер III + n (ОУ₃).

Кестенің көрсеткіші бойынша ең арзан SMF оптикалық кабелінің қолданылуында регенерация бөлігінің ұзындығының бірден қысқаруына және тарату жылдамдығының өсуіне ие боламыз. Бұл байланысты әлсіздету үшін компенсация беретін дисперсиясы бар DLF талшықтарын пайдалану немесе PDC дисперсия компенсаторларын қолдануға болады.

Өткізу қабілеті 10 Гб/с бірканалды ТОБЖ үшін және 40 Гб/с көпканалды ТОБЖ үшін ТОТЖ жобасында SMF типті ОК пайдалану өте тиімді, өйткені ол  NZDSSMF типті талшықтардан әлдеқайда арзан. Бірканалды ТОТЖ үшін PDC орнына DSSMF талшықтарының негізіндегі кабельді пайдалану жөн, бірақ көпканалды ТОБЖ үшін SMF типті талшықтарды пайдалану тиімді.

 

4. Талшық параметрлерін есептеу және оптикалық кабельдің типін таңдау

 

Қазіргі оптикалық кабельдердің құрылысында  үш типті жарық жетекшілері қолданылады: жүрекше диаметрі 50 мкм болатын, баспалдақты; жүрекшенің сыну көрсеткішінің күрделі профилі бар - градиентті және 6-8 мкм болатын жіңішке жүрекшесі бар – бір модалы.

Біз баспалдақты ТІШ-і бар бір модалы талшықты таңдаймыз. Осындай жарық жетекшісінде бір модалы тәртіптің болуы үшін, нормаланған жиілік V кіші болу керек немесе 2,405-ке тең болу керек.

Көлем V мына формуламен анықталады:

 

                                                                                (3.1)

 

бұл жердегі а – жарық жетекшісінің жүрекшесінің диаметрі;  λ – сәуле  толқынының ұзындығы; p = 3,14; Na – талшықты жарық жетекшісінің санды апертурасы.

 

Na санды апертурасы жарық жетекшісінің  маңызды сипаты болып табылады. Оның физикалық мағынасы – осі жарық жетекшісінің осінде жататын - сәулелердің конусын көрсететінінде. Жарық жетекшісінің кескініне түсетін, осы конустың бойында жататын барлық сәулелер жарық жетекшісінің бойымен таралатын болады. Талшықты жарық жетекшісінің санды апертурасын төмендегі формула бойынша табады:

 

                                      (3.2)

бұл жердегі n₀ – жарық жетекшісіне қатысты сыртқы ортаның сыну көрсеткіші; – жарық жетекшісінің апертурлы бұрышы; Δ_n – жүрекше мен қабықшаның сыну көрсеткіштерінің салыстырмалы айырмашылығы.

Сыну көрсеткіштерінің салыстырмалы айырмашылығы мына формула бойынша  анықталады: