ЮОкГц

ЮМГц ЮОМГц гггц

Частота

ЮГГц

ЮОГГц

Рис. 4.12. Зависимость потерь от частоты для некоторых характерных сред, используемых для передачи сигналов

где /, ц, бг, бо и с имеют свое обычное значение; tg6 - диэлектрические потери; а - электрическая проводимость проводников; а - наружный диаметр внутреннего проводника; b - внутренний диаметр наружного проводника. Предполагается, что всюду используются единицы СИ.

Если преобладает второе слагаемое, то затухание изменяется обратно пропорционально диаметру кабеля. На это указывает и рис. 4.12, где приведены частотные характеристики затухания для двух 50-ом-ных кабелей с полиэтиленовой изоляцией (3) и (4), а также аналогичная кривая для 75-омного кабеля (5), шкроко используемого в линиях связи на большие расстояния. Размеры кабелей даны в табл. 4.1. Сравнительно низкие потери достигнуты в ннх благодаря хорошей конструкции н использованию высококачественных материалов.

Кривые (6) и (7) характеризуют расчетное затухание медных прямоугольных волноводов WG10 и WG16 соответственно. Волновод WG10 имеет внутреннее сечение 72,14x34,04 мм и обычно используется в диапазоне частот 2,6 ... 4 ГГц. Внутри этого диапазона отсутствуют типы волн высших порядков и связанная с ними дисперсия. Заметим, что это обеспечивает максимальную ширину полосы частот, занимаемую сигналом, равную 1,4 ГГц. Волновод WG16 с внутренним сечением 22,86х 10,16 мм обычно работает в диапазоне частот 8,2 ... 12,4 ГГц, обеспечивая ширину полосы частот, равную 4,2 ГГц.

Наконец, кривая (8) дает представление о замечательных свойствах моды ТЕо,, распространяющейся в круглом медном волноводе диаметром 50 мм.

Для сравнения там же приведены не зависящие от частоты сигнала уровни затуханий. В зависимости от типа волокна они могут быть менее 1 дБ/км или более 1000 дБ/км. Высококачественные, не содержащие воды кварцевые оптические волокна могут использоваться в диапазоне длин волн 1,5 ...,1,6 мкм при общем уровне потерь менее 1 дБ/км.

Вероятно, что на длинных трассах на длине волны 0,85 мкм уровень потерь в этих волокнах составит 2 ... 5 дБ/км. У более дешевых волокон, изготавливаемых из боросиликатиого или свинцового стекла, а также в волокнах с кварцевой сердцевиной и полимерной оболочкой он может возрасти до 20 ... 200 дБ/км. Использование таких волокон в линиях связи малой протяженности имеет то преимущество, что облегчается прокладка волокна при более высоком значении числовой

Таблица 4.1

апертуры. Имеющая место исключительно большая дисперсия не играет существенной роли на коротких расстояниях. Для очень коротких линии связи, работающих при умеренной температуре окружающей среды, весьма подходящими и очень дешевыми могут стать полностью пластиковые оптические волокна.

Необходимо указать на малые размеры оптического волокна по сравнению с коаксиальным кабелем и волноводом. Оптический кабель, состоящий всего из одного волокна, имеет диаметр не более 1 мм, а аналогичный кабель диаметром 12,5 мм, как было ранее показано, может содержать свыше 100 оптических волокон. Таким образом, когда расстояние является очень важным фактором, использование оптических волокон может обеспечить передачу гораздо большего количества информации по сравнению с другими средствами. Однако малые размеры оптического кабеля и волокон создают определенные трудности при соединении отрезков кабеля и распределения волокон на его входе и выходе. Там, где удобство замены и измерения характеристик кабеля более важно, чем дальность связи и полоса пропускания, можно рассмотреть возможность использования полимерных волокон или жгутов, стеклянных волокон диаметром 0,5 ... .1 мм. В этом случае возможно также использование одиночных волокон таких же размеров без оболочки, однако они очень неэластичны и весьма чувствительны к изгибам.

На основе рис. 4.12 были сделаны оценки вероятных верхних границ рабочих частот сигналов (информационной пропускной способности канала связи), которые могут быть достигнуты при использовании оптических волокон разных типов: несколько мегагерц - для полимерных волокон; десятки мегагерц - для дешевых стеклянных волокон и жгутов из них; сотни мегагерц - для многомодовых кварцевых волокон, возбуждаемых излучением светодиодов и, наконец, гигагерцы или около этого - для градиентных и одиомодовых волокон при возбуждении их излучением полупроводниковых лазеров.

Становится очевидным, что для применений, связанных с передачей информации на короткие.расстояния в узкой полосе частот, например при передаче данных внутри оборудования или между блоками системы, достоинство использования оптических волокон связано с такими категориями, как цена, масса, размеры, электрическая изоляция и электромагнитная совместимость. Потери и дисперсия волокна в этом случае сравнительно маловажны. При необходимости передавать информацию на большие расстояния в умеренной или широкой полосе частот использование высококачественных кварцевых волокон с малыми потерями обеспечивает ВОЛС дальнейшие серьезные преимущества над всеми конкурентами, за исключением круглых волноводов, в которых распространяется мода ТЕ. Такие волноводы были объектом серьезных испытаний и имеют интересную историю. Хотя они требуют тщательно продуманной и сложной конструкции, большой осторожности при сборке и высокой точности при конструировании и изготовлении для обеспечения распространения только моды ТЕщ и эффективного