مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

فهرست:

 

فصل 1..... 1

فیبر نوری . ...2

فصل 2 . ..14

سیستمهای مخابراتی .... ...15

مدولاتور . ..16

تزویج کننده مدولاتور ..... 19

کانال اطلاعات ...20

پردازشگر سیگنال ......... .23

محاسبه سطوح توان بر حسب دسیبل ...32

فصل 3 .... ...35

طبیعت نور ..36

طبیعت ذره­ای نور .. ..38

مزایای تارها . ........39

کاربردهای مخابرات تار نوری ...... ....46

فصل 4 ...... ............63

ساختارهای مخابرات ................. ..65

برج­های خودپشتیبان .... ......65

سازمان ماهواره­ای ارتباطات ..... ......71

شرکت PANAM SMAT .... ...72

اتحادیه ارتباطات تلفنی بین­الملل ...... .74

کنسول ITU ........ ..75

بخش ارتباطات رادیویی ...... ....75

 

چکیده

از كجا مرور تاريخي اين موضوع را شروع كنيم؟! نورهميشه با ما بوده است . مخابرات با استفاده از نور در اوائل دوران پيشرفت بشري ، از زماني كه بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پيام خود را ارسال مي‌كرد، شروع شده است . اين خود بطور بديهي يك نوع مخابرات نوري است و در تاريكي قابل اجرا نمي‌باشد . درخلال روز ،منبع نور براي سيستم مورد مثال خورشيد است . اطلاعات از فرستنده به گيرنده روي پرتو نور خورشيد حمل مي‌گردد . نور برحسب حركات دست تغيير وضعيت داده و يا مدوله مي‌گردد . چشم پيام را آشكار كرده و مغز پردازش لازم را روي آن انجام مي‌دهد . در اين سيستم ، انتقال اطلاعات كُند ، ميزان اطلاعات قابل انتقال در يك زمان معين محدود و احتمال خطا زياد است . سيستم نوري ديگري كه براي مسيرهاي طولاني‌تر مفيد است ارسال علائم دودي است . پيام با استفاده از تغيير شكل دود حاصل از آتش ارسال مي‌گرديده است. در اين سيستم به طرح و يادگيري يك رمز بين فرستنده و دريافت‌كننده نياز مي‌باشد. اين سيستم با سيستمهاي جديد مخابرات ديجيتال كه درآن از رمزهاي پالسي استفاده مي‌شود قابل قياس است .

در سال 1880 الكساندر گراهام بل يك سيستم مخابرات نوري به نام فوتوفونرا اختراع كرد . در اين سيستم ، بل از آئينه نازك كه توسط صدا به لرزه در مي‌آيد استفاده نمود . نور خورشيد منعكسه از اين آئينه اطلاعات را حمل مي‌كند . در گيرنده ، اين نور خورشيد مدوله شده به سلنيوم هادي نور اصابت مي‌كند و در آن به يك سيگنال الكتريكي تبديل مي‌شود . اين سيگنال الكتريكي در يك تلفن مجدداً به سيگنال صوتي تبديل مي‌گردد . با وجودي كه سيستم فوق نسبتاً خوب كار مي‌كرد هرگز يك موفقيت تجارتي كسب نكرد . ابداع لامپهاي ساخته بشر منجر به ساخت سيستمهاي مخابراتي ساده مثل چراغهاي چشمك زن بين دو كشتي و يا بين كشتي و ساحل ، چراغهاي راهنماي اتومبيلها ويا چراغهاي راهنمائي گرديد . در واقع هر نوع چراغ راهنما در اصل يك سيستم مخابرات نوري است .

تمام سيستمهاي شرح داده شده فوق داراي ظرفيت اطلاعاتي كمي هستند . يك جهش اساسي كه منجر به ايجاد سيستمهاي مخابرات نوري با ظرفيت زياد شد كشف ليزر بود كه اولين نوع آن در سال 1960 ساخته شد . ليزر يك منبع انتشار نور با عرض باند كم مناسب ، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم مي‌آورد . ليزرها قابل قياس با منابع فركانس راديوئي مورد استفاده در مخابرات معمولي هستند . سيستمهاي مخابرات نوري هدايت نشده (بدون تار) كمي بعد از كشف ليزر توسعه يافتند . مخابره اطلاعات توسط پرتوهاي نوري كه در جو سير مي‌كنند به آساني انجام گرديد . نقاط ضعف عمده اين سيستمها عبارتند از :نياز به يك جوّ شفاف ، نياز به داشتن ديد و مسير مستقيم به فرستنده و گيرنده ، و احتمال آسيب رسيدن به چشم بيننده‌اي كه به طور ناآگاهانه ممكن است به پرتو نگاه كند . موارد استفاده اوليه سيستمهاي نوري ، هر چند محدود ، باعث ايجاد علاقه به سيستمهاي نوري شد كه بتواند پرتو نور را هدايت كند و بر معايب ذكر شده در ارسال هدايت نشده نور غلبه نمايد .

بعلاوه ، پرتو هدايت شده مي‌تواند در گوشه‌ها (انحراف مسير) خم شود و خطوط انتقال آن مي‌توانند در زير زمين كار گذاشته شوند . كارهاي اوليه انجام شده روي سيستمهاي ليزري جوي اكثر اصول نظري و خيلي از ادوات لازم براي مخابرات نوري را فراهم نموده‌اند . در خيلي از موارد ديودهاي نورگسيل (LED ) كه به باريكي ليزر هم نيستند مناسب مي‌باشند .

در سالهاي 1960 جزء كليدي در سيستمهاي عملي تاري ، يعني يك تار با كارائي مناسب ، وجود نداشت . هر چند كه ثابت شده بود نور مي‌تواند توسط يك تار شيشه‌اي هدايت شود ، تارهاي شيشه‌اي موجود بيش از اندازه نور را تضعيف مي‌نمود . در سال 1970 اولين تار واقعي با افت كم ساخته شد و مخابرات تار نوري عملي گرديد . اين موضوع درست 100 سال پس از آزمايش جان‌تيندال فيزيكدان انگليسي بود كه به مجمع سلطنتي نشان داد كه نور مي‌تواند در طول يك مسير منحني در بخار آب هدايت شود . هدايت نور توسط تارهاي شيشه‌اي و توسط بخار آب شواهدي بر يك پديده واحد هستند ( پديده انعكاس داخلي كلي).

مقدمه

يك گرايش از مهندسي برق است كه خود به دو زير مجموعه ميدان و امواج و سيستم تقسيم مي‌شود. در گرايش سيستم هدف فرستادن اطلاعات از يك نقطه به نقطه‌اي ديگر است. اطلاعات معمولاً به صورت سيگنال‌هاي الكترونيكي وارد " فرستنده " مي‌شوند، با روشهاي مختلف به "گيرنده" انتقال پيدا مي‌كنند، و سپس دوباره به سيگنالهاي الكترونيكي حامل اطلاعات فرستاده شده تبديل مي‌گردند. مديومهاي ( محيط‌هاي ، كانالهاي ، رسانه‌هاي ) انتقال سيگنالها از فرستنده به گيرنده شامل سيم مسي ( زوج سيم ، كابل هم محور )، امواج راديويي ( بي‌سيم )، موجبرها ،و فيبرنوري مي‌شوند.

سيگنالها و سيستم‌هاي مخابراتي به دو نوع تقسيم مي‌شوند : آنالوگ و ديجيتال. سيگنال‌هاي آنالوگ داراي مقادير پيوسته در زمانهاي پيوسته هستند، در حالي كه سيگنالهاي ديجيتال فقط در زمانهاي معيني ( samples ) داراي مقادير گسسته ( مثلاً 0يا 1 ) هستند. راديوهاي AM و FM و تلفن‌هاي شهري نمونه‌هايي از سيستم‌هاي مخابراتي آنالوگ هستند. مودم‌هاي كامپيوتر، تلفنهاي همراه جديد، و بسياري از دستگاههاي جديد ديگر مخابراتي با سيگنالهاي ديجيتال كار مي‌كنند.

اهداف اصلي مهندسي مخابرات عبارتند از فرستادن اطلاعات با بالاترين سرعت ممكن (براي‌سيسم‌هاي ديجيتال ) ، پايين ترين آمار خطا ، و كمترين ميزان مصرف از منابع (انرژي و پهناي باند). براي دستيابي به اين اهداف و تجزيه و تحليل عملكرد سيستم‌هاي مخابراتي ، اين رشته مهندسي از آمار و احتمالات بهره فراواني مي‌گيرد .

 

 

فصل 1

 

فهرست مندرجات:

• فیبر نوری
• فیبر نوری در ایران
• فیبرهای نوری نسل سوم
• کاربردهای فیبر نوری
• فن­آوری ساخت فیبرهای نوری
• روشهای ساخت پیش سازه
• مواد لازم در فرآیند ساخت پیش ساز
• مراحل ساخت

 

 

 

 

 

 

1-1 فيبر نوري

پس از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي ، ايده بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت . خبرساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با ؟ اعلام شد كه عملاً در انتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينكه در سال 1976 با كوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فيبر نوري توليدي شديداً كاهش داده شد و به مقداري رسيد كه قابل ملاحظه با سيم‌هاي هم محور بكار رفته در شبكه مخابرات بود .

فيبر نوري از پالس‌هاي نور براي انتقال داده‌ها از طريق تارهاي سيلكون بهره مي‌گيرد . يك كابل فيبرنوري كه كمتر از يك اينچ قطر دارد مي‌تواند صدها هزار مكالمه صوتي را حمل كند . فيبرهاي نوري تجاري ظرفيت 5/2 گيگابايت در ثانيه تا 10 گيگابايت در ثانيه را فراهم مي‌سازند . فيبر نوري از چندين لايه ساخته مي‌شود . دروني‌ترين لايه را هسته مي‌نامند . هسته شامل يك تار كاملاً بازتاب‌كننده از شيشه خالص (معمولاً) است . هسته در بعضي از كابل‌ها از پلاستيك كاملاً بازتابنده ساخته مي‌شود ، كه هزينه ساخت را پايين مي‌آورد . با اين حال ، يك هسته پلاستيكي معمولاً كيفيت شيشه را ندارد و بيشتر براي حمل داده‌ها در فواصل كوتاه به كار مي‌رود . حول هسته بخش پوسته قرار دارد ، كه از شيشه يا پلاستيك ساخته مي‌شود . هسته و پوسته به همراه هم يك رابط بازتابنده را تشكيل مي‌دهند كه باعث مي‌شود كه نور در هسته تابيده شود تا از سطحي به طرف مركز هسته باز تابيده شود كه در آن دو ماده به هم مي‌رسند . اين عمل بازتاب نور به مركز هسته را (بازتاب داخلي كلي) مي‌نامند . قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 ميكرون است (هر ميكرون معادل يك ميليونيم متر است ) ، كه در حدود اندازه يك تار موي انسان است . بسته به سازنده، حول پوسته چند لايه محافظ ، شامل يك پوشش قرار مي‌گيرد .

يك پوشش محافظ پلاستيكي سخت لايه بيروني را تشكيل مي‌دهد . اين لايه كل كابل را در خود نگه مي‌دارد ، كه مي‌تواند صدها فيبر نوري مختلف را در بر بگيرد . قطر يك كابل نمونه كمتر از يك‌اينچ است .

از لحاظ كلي ، دو نوع فيبر وجود دارد : تك حالتي و چند حالتي . فيبر تك حالتي يك سيگنال نوري را در هر زمان انتشار مي‌دهد ، در حالي كه فيبر چند حالتي مي‌تواند صدها حالت نور را به طور همزمان انتقال بدهد .

2-1 فيبر نوري در ايران

در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت پژوهشي در زمينه فيبر نوري در پژوهشگاه ، بر پائي مجتمع توليد فيبر نوري در پونك را در پي داشت و عملاً در سال 1373 توليد فيبر نوري با ظرفيت 50000كيلومتر در سال در ايران آغاز شد. فعاليت استفاده از كابل‌هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران آغاز شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به هم بپيوندند.

فيبر نوري يك موجبر استوانه‌اي از جنس شيشه يا پلاستيك است كه دو ناحيه مغزي و غلاف با ضريب شكست متفاوت و دو لايه پوششي اوليه و ثانويه پلاستيكي تشكيل شده است. برپايه قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي‌بايست برقرار باشد كه به ترتيب ضريب شكست‌هاي مغزي و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثير عواملي ذاتي و اكتسابي دچار تضعيف مي‌شود. اين عوامل عمدتاً ناشي از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراكندگي رايلي، خمش و فشارهاي مكانيكي بر آنها هستند. منحني تغييرات تضعيف بر حسب طول موج در شكل زير نشان داده شده است. سيستم‌هاي مخابرات فيبر نوري گسترش ارتباطات و راحتي انتقال اطلاعات از طريق سيستم‌هاي انتقال و مخابرات فيبر نوري يكي از پر اهميت‌ترين موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهيل از مهم‌ترين ويژگي‌هاي مخابرات فيبر نوري مي‌باشد. يكي از پر اهميت‌ترين موارد استفاده از مخابرات فيبر نوري آساني انتقال در فرستادن سيگنال‌هاي حامل اطلاعات ديجيتالي است كه قابليت تقسيم‌بندي در حوزه زماني را دارا مي‌باشد. اين به اين معني است كه مخابرات ديجيتال تامين‌كننده پتانسيل كافي براي استفاده از امكانات مخابره اطلاعات در پكيجهاي كوچك انتقال در حوزه زماني است. براي مثال عملكرد مخابرات فيبر نوري با توانايي 20 مگاهرتز با داشتن پهناي باد 20 كيلوهرتز داراي گنجايش اطلاعاتي 1,0% مي‌باشد. امروزه انتقال سيگنالها به وسيله امواج نوري به همراه تكنيكهاي وابسته به انتقال شهرت و آوازه سيستم‌هاي انتقال ماهوارهاي را به شدت مورد تهديد قرار داده است. دير زماني است كه اين مطلب كه نور مي‌تواند براي انتقال اطلاعات مورد استفاده قـرار گيرد به اثبات رسيده است و بشـر امـروزه توانسته است كه از سرعت فوق‌العـاده آن به بهترين وجه استفاده كند. در سال 1880 ميلادي الكساندر گراهام بل 4 سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتياز نامه خود در زمينه مخابرات امواج نوري براي دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گرديد، در 15 سال اخير با پيشرفت ليزر به عنوان‌ يك منبع نور بسيار قدرتمند و خطوط انتقال فيبرهاي نوري فاكتورهاي جديدي از تكنولوژي و تجارت بهتر را براي انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فيبر نوري ابتدا به عنوان يك مخابرات از راه دور قراردادي تلقي مي‌شد كه در آن امواج نوري به عنوان حامل يك يا چند واسطه انتقال استفاده مي‌شد. با وجود آنكه امواج نوري حامل سيگنالهاي آنالوگ بودند اما سيگنالهاي نوري همچنان به عنوان سيستم‌ مخابرات ديجيتال بدون تغيير باقي مانده است. از دلايل اين امر مي‌توان به موارد زير اشاره كرد : 1) تكنيكهاي مخابرات در سيستم‌هاي جديد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. 2) سيستم‌هاي جديد با بالاترين تكنولوژي براي داشتن بيشترين گنجايش كارآمدي سرعت و دقت طراحي شده بود. 3) انتقال به كمك خطوط نوري امكان استفاده از تكنيكهاي ديجيتال را فراهم مي‌ساخت. اين مطلب نياز انسان را به دسترسي به مخابره اطلاعات را به صورت بيت به بيت پاسخگو بود.

• توانايي پردازش اطلاعات در حجم وسيع : از آنجايي كه مخابرات فيبر نوري داراي كارايي بالاتري نسبت به سيمهاي مسي سنتي هستند بشر امروزي تمايل چنداني براي پيروي از سنت ديرينه خود ندارد و توانايي پردازش حجم وسيعي از اطلاعات در مخابره فيبر نوري او را مجذوب و شيفته خود ساخته است.
• آزادي از نويزهاي الكتريكي : بافت يك فيبر نوري از جنس پلاستيك يا شيشه به دليل رسانندگـي انتخاب مي‌شود. در نتيجه يك حامـل موج نـوري مـي‌تواند از پتـانسيل مـوثـر

ميدانهاي الكتريكي در امان باشد. از قابليت‌هاي مهم اين نوع مخابرات مي‌توان به امكان عبور كابل حامل موج نوري از ميان ميدان الكترومغناطيسي قوي اشاره كرد كه سيگنالهاي نام برده بدون آلودگي از پارازيت‌هاي الكتريكي و يا سيگنالهاي مداخله‌گر به حداكثر كارايي خود خواهند رسيد.

3-1 فيبرهاي نوري نسل سوم

طراحان فيبرهاي نسل سوم، فيبرهايي را مد نظر داشتند كه داراي كمترين تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميكرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميكرون بهره جستند و فيبري را طراحي كردند كه داراي ساختار نسبتاً پيچيده‌تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شكست فيبرهاي تك مد از نسل دوم، كه حداقل پاشندگي آن در محدوده 3/1 ميكرون قرار داشت، به محدوده 55/1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.

4-1 كاربردهاي فيبر نوري

1. كاربرد در حسگرها : استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه‌گيري كميت‌هاي فيزيكي مانند جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي، فشار، حرارت، جابجايي، آلودگي آب‌هاي دريا، سطح مايعات، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايكس در سال‌هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره‌گيري مي‌شود بدين ترتيب كه ويژگي‌هاي فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه‌گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تأثيرپذير مي‌شود.
2. كاربردهاي نظامي : فيبر نوري كاربردهاي بي‌شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي‌توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك‌ها، ارتباط زيردرياييها ( هيدروفون ) را نام برد.
3. كابردهاي پزشكي : فيبر نوري در تشخيص بيماري‌ها و آزمايشهاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي‌توان چنده‌سنجي ( دزيمتري ) غدد سرطاني، شناسايي نارسايي‌هاي داخلي بدن، جراحي ليزري، استفاده در دندانپزشكي و اندازه‌گيري مايعات و خون نام برد.

 

 

5-1 فن آوري ساخت فيبرهاي نوري

براي توليد فيبر نوري،نخست ساختار آن در يك ميله شيشه‌اي موسوم به پيش‌سازه از جنس سيليكا ايجاد مي‌گردد و سپس در يك فرايند جداگانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبر مي‌شود. از سال 1970 روش‌هاي متعددي براي ساخت انواع پيش‌سازه‌ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب‌دهي لايه‌هاي شيشه‌اي در داخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند.

6-1 روشهاي ساخت پيش‌سازه

روش‌هاي فرآيند فاز بخار براي ساخت پيش‌سازه فيبر نوري را مي‌توان به سه دسته تقسيم كرد :

• رسوب‌دهي داخلي در فاز بخار
• رسوب‌دهي بيروني در فاز بخار
• رسوب‌دهي محوري در فاز بخار

7-1 مواد لازم در فرايند ساخت پيش‌سازه

• تتراكلريد سيليكون : اين ماده براي تأمين لايه‌هاي شيشه‌اي در فرايند مورد نياز است.
• تتراكلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شكست شيشه در ناحيه مغزي پيش‌سازه استفاده مي‌شود.
• اكسي كلريد فسفريل : براي كاهش دماي واكنش در حين ساخت پيش‌سازه، اين مواد وارد واكنش مي‌شود.
• گاز فلوئور : براي كاهش ضريب شكست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي‌شود.
• گاز هليم : براي نفوذ حرارتي و حباب‌زدايي در حين واكنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
• گاز كلر : براي آب‌زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلي مورد نياز است.

 

كاربردهاي فيبر نوري

1. كاربرد در حسگرها : استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه‌گيري كميت‌هاي فيزيكي مانند جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي، فشار حرارت، جابجايي، آلودگي آب‌هاي دريا، سطح ضايعات، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايكس در سال‌هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره‌گيري مي‌شود بدين‌ ترتيب كه ويژگي‌هاي فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه‌گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تأثيرپذير مي‌شود.
2. كاربردهاي نظامي : فيبر نوري كاربردهاي بي‌شماري در و كنترل با آنتن
3. كابردهاي پزشكي : فيبر نوري درتشخيص آن جمله مي‌توان چنده‌سنجي ( دزيمتري ) غدد سرطاني، شناسايي نارسايي‌هاي داخلي بدن، استفاده در

فن‌ آوري ساخت فيبرهاي نوري

براي توليد فيبر نوري، نخست ساختار آن در يك ميله شيشه‌اي موسوم به پيش‌سازه از جنس سيليكا ايجاد مي‌گردد و سپس در يك فرايند جداگانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبر مي‌شود. از سال 1970 روش‌هاي متعددي براي ساخت انواع پيش‌سازه‌ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب‌دهي لايه‌هاي شيشه‌اي در داخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند.

روش‌هاي ساخت پيش‌سازه

روش‌هاي فرآيند فاز بخار براي ساخت پيش‌سازه‌ فيبر نوري را مي‌توان به سه دسته تقسيم كرد :

• رسوب‌دهي داخلي در فاز بخار
• رسوب‌دهي بيروني در فاز بخار
• رسوب‌دهي محوري در فاز بخار

 

 

مواد لازم در فرايند ساخت پيش‌سازه

• تتراكلريد سيليكون : اين ماده براي تأمين لايه‌هاي شيشه‌اي در فرايند مورد نياز است.
• تتراكلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شكست شيشه در ناحيه مغزي پيش‌سازه استفاده مي‌شود.
• اكسي كلريد فسفريل : براي كاهش دماي واكنش در حين ساخت پيش‌سازه، اين مواد وارد واكنش مي‌شود.
• گاز فلوئور : براي كاهش ضريب شكست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي‌شود.
• گاز هليم : براي نفوذ حرارتي و حباب‌زدايي در حين واكنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
• گاز كلر : براي آب‌زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلي مورد نياز است.

8-1 مراحل ساخت

1. مراحل صيقل گرمايشي : پس از نصب لوله با عبور گازهاي كلر و اكسيژن، در دماي بالاتر از 1800 درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي‌شود تا بخار آب موجود در جدار دروني لوله از آن خارج شود.
2. مرحله اچينگ : در اين مرحله با عبور گازهاي كلر، اكسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده مي‌شود تا ناهمواري‌ها و ترك‌هاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند.
3. لايه‌نشاني ناحيه غلاف : در مرحله لايه‌نشاني غلاف، ماده تتراكلريد‌سيليسيوم ‌و اكسي‌كلريدفسفريل به حالت بخار به همراه گازهاي هليم و فرئون وارد لوله شيشه‌اي مي‌شوند و در حالتي كه مشعل اكسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120 تا 200 ميلي‌متر در دقيقه در طول لوله حركت مي‌كند و دمايي بالاتر از 1900 درجه سلسيوس ايجاد مي‌كند، واكنش‌هاي شيميايي زير به ‌دست مي‌آيند.

ذرات شيشه‌اي حاصل از واكنش‌هاي فوق به علت پديده ترموفرسيس كمي جلوتر از ناحيه داغ‌پرتاب شده و بر روي جداره داخلي رسوب مي‌كنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت كافي به آنها اعمال مي‌شود به طوري كه تمامي ذرات رسوبي شفاف مي‌گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده و يكنواخت مي‌شوند. بدين‌ ترتيب لايه‌هاي شيشه‌اي مطابق با طراحي با تركيب در داخل لوله ايجاد مي‌گردند و در نهايت ناحيه غلاف را تشكيل مي‌دهند.

فيبر نوري بسترساز تبادل سريع و با كيفيت اطلاعات در عصر كامپيوتر و ماهواره‌ها بشر مي‌تواند در آن واحد تصوير، صدا و ديگر اطلاعات مورد نياز خود را در حداقل زمان دريافت يا ارسال كند. همزمان با ورود به قرن 21 توجه دست‌اندركاران صنعت مخابرات و مراكز تحقيقاتي به فناوري روز دنيا يعني فيبر نوري بيشتر شد به اعتقاد يكي از كارشناسان ارتباطات با استفاده از فيبر نوري زيرساخت‌هاي محلي و شهري ارتباطات قادر خواهد بود با سرعت‌هاي بيشتر و كيفيت برتر به يكديگر و به زيرساخت‌هاي منطقه‌اي و جهاني اطلاعات بپيوندند.

با بكارگيري آخرين فناوري‌هاي انتقال نوري، زيرساخت لازم براي تمام كاربردهاي الكترونيكي از قبيل تجارت الكترونيكي، دولت الكترونيكي و بانكداري الكترونيكي فراهم مي‌شود و ارائه خدمات ارتباطي ارزان، پرسرعت، ايمن و با كيفيت عالي به همه اقشار امكان‌پذير مي‌گردد.

فيبر نوري چيست؟ ساختار فني آن چگونه است و از چه موادي ساخته مي‌شود؟

فيبر نوري يكي از محيط‌هاي انتقال هدايت شده است كه در مخابرات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. محيط انتقال، جايي بين فرستنده و گيرنده است. وقتي پيامي مانند ديتا، تصوير، صدا و يا فيلم قرار است انتقال داده شود نياز به محيط انتقالي مثل فضاي آزاد كه ارتباط « وايرلس » بي‌سيم را شامل مي‌شود، خط دو سيمه تلفني، كابل كواكسيال و يا فيبر نوري است. در حقيقت مي‌توان گفت از نظر ساختاري فيبر نوري يك موج بر استوانه‌اي از جنس شيشه يا پلاستيك است كه از دو ناحيه مغزي و غلاف يا هسته و پوسته با ضريت شكست متفاوت و دو لايه پوششي اوليه و ثانويه پلاستيكي تشكيل شده است فيبر نوري از امـواج نـور براي انتقـال داده‌هـا از طريق تـارهاي شيشه‌ يا پلاستيك بهـره مي‌‌گيرد. هر چند استفاده از هسته پلاستيكي هزينه ساخت را پايين مي‌آورد، اما كيفيت شيشه را ندارد و بيشتر براي حمل داده‌ها در فواصل كوتاه به كار مي‌رود. مغز و غلاف يا هسته و پوسته با هم يك رابط بازتابنده را تشكيل مي‌دهند. قطر هسته و پوسته حدود 125 ميكرون است ( هر ميكرون معادل يك ميليونيوم متر است ) چند لايه محافظ در يك پوشش حول پوسته قرار مي‌گيرد و يك پوشش محافظ پلاستيكي سخت لايه بيروني را تشكيل مي‌دهد اين لايه كل كابل را در خود نگه مي‌دارد كه مي‌تواند شامل صدها فيبر نوري مختلف باشد. هر كابل نوري شامل دو رشته كابل مجزا يكي براي ارسال و ديگري دريافت ديتا در نظر گرفته مي‌شود با گسترش فناوري‌هاي اطلاعات و ارسال پهناي باند بيشتر اطلاعات، ما احتياج به محيط‌هاي انتقال هدايت شده‌اي داريم كه بتواند پهناي باند بيشتري را هدايت كند. پهناي باند بيشتر به معناي ارسال اطلاعات بيشتر يا سرعت بالاتر اطلاعات است. در حقيقت مي‌توان گفت ظرفيت و سرعت دو دليل اصلي استفاده از شبكه فيبر نوري است. امروزه يك كابل مسي انتقال داده را تنها با سرعت يك گيگابايت در ثانيه ممكن مي‌كند در حالي كه يك فيبر نوري به ضخامت تار مو امكان انتقال‌هاي چندگانه را به طور همزمان با سرعتي حتي بيشتر از 10 گيگابايت در ثانيه به ما مي‌دهد كه اين سرعت روز به روز افزايش مي‌يابد. از آنجايي كه در فيبر نوري ما از امواج نوري يا ليزري استفاده مي‌كنيم كه داراي فركانس بسيار بالاتري از ماكروويو است بنابراين مي‌توان پهناي باند بيشتري را ارسال كرد. در مخابرات هر چه فركانس امواجي كه مي‌خواهيم اطلاعات را روي آن ارسال كنيم بيشتر باشد پهناي باند بيشتري را مي‌توانيم انتقال دهيم.

استفاده از فيبر نوري چه مزايايي دارد؟ آيا با انتقال امواج از طريق ماهواره قابل مقايسه است؟

اولين مزيتي كه فيبر نوري دارد اين است كه از تمام محيط‌هاي انتقالي كه وجود دارد چه وايرلس و سيمي، و چه هدايت شده و غيرهدايت شده پهناي باند بيشتري به ما مي‌دهد يعني در حقيقت مي‌تواند اطلاعات بيشتري ارسال كند. ارتباطات ماهواره‌اي تنها فناوري است كه مي‌تواند با فيبر نوري در زمينه انتقال داده‌ها رقابت كند. ولي چون فركانس ليزري كه استفاده مي‌شود از فركانسي كه در امواج ماهواره‌اي استفاده مي‌شود بيشتر است بنابرين داده‌هاي بيشتري از طريق فيبر نوري انتقال داده مي‌شود. استفاده از فيبر نوري يك روش نسبتاً ايمن براي انتقال داده است زيرا برعكس كابل‌هاي مسي كه ديتا را به صورت سيگنا‌ل‌هاي الكترونيكي حمل مي‌كنند فيبر نوري در مقابل سرقت اطلاعات آسيب‌پذير نيست. يعني كابل فيبر نوري را نمي‌توان قطع كرده و اطلاعات را به سرقت برد.

مسئله ديگر ارزان قيمت بودن آن است به ويژه در مقايسه با ارتباطات از طريق ماهواره. يكي ديگر از مزاياي فيبر نوري در مقايسه با كابل‌هاي سيمي و كواكسيان سبك‌ بودن و راحتي تعبيه آن بين دو نقطه است. نكته بعدي اين است كه سيستم‌هاي كابلي در طول انتقال نياز به تكراركننده يا ريپيتر زيادتري براي تقويت امواج دارند در حالي كه براي يك سيستم كابل نوري به علت افت بسيار كمي كه دارد تعداد تكراركننده كمتري استفاده مي‌شود بايد گفت هرچه فيبر خالص‌تر و داراي طول موج بيشتري باشد پورت‌هاي نور كمتري جذب و تضعيف سيگنال كمتر مي‌شود و در نتيجه نياز به تكراركننده كه يك سيگنال را دريافت كرده و قبل از ارسال به قطعه بعدي فيبر، آن را تقويت مي‌كند كاهش مي‌يابد و همين باعث مي‌شود قيمت تمام‌شده سيستم پايين بيايد.

از طرف ديگر فيبرهاي نوري از عوامل طبيعي كمتر تأثير مي‌پذيرند. بدين صورت كه ميدان‌هاي مغناطيسي و يا الكتريكي شديد بر آن هيچ تأثيري نمي‌گذارد و خطر تداخل امواج پيش نمي‌آيد به همين دليل مي‌توان آنها را برخلاف كابل مسي از كنار كابل‌هاي فشار قوي يا ژنراتورهاي برق عبور داد. همچنين خواصي همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از آن، روز به روز به طور گسترده‌تري استفاده شود.

آيا استفاده از فيبر نوري معايبي هم دارد؟

براي اين كه ديگر در فيبر نوري با سيگنال الكتريكي سروكار نداريم بايد از ادواتي مثل تقويت‌كننده‌ها و آشكارسازهاي نوري استفاده كنيم كه تا حدودي گران است. از سوي ديگر از فيبرنوري فقط مي‌توان براي انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌هاي نوري استفاده كرد و نمي‌توان براي انتقال الكتريسيته استفاده كرد.

اتصال فيبر نوري به يكديگر بسيار مشكل و وقت‌گير و نياز به يك كادر فني سطح بالا دارد يكي از ايرادهاي مهمي كه به فيبر نوري وارد مي‌شود اين است كه به راحتي كابل‌ها را نمي‌توان پيچ ‌و خم داد زيرا زاويه تابش نور در داخل آن تغيير كرده و باعث مي‌شود نور از سطح آن خارج شود و از طرف ديگر آنها را نمي‌توان به‌ راحتي قطع كرد و براي قطع آنها نياز به تخصص ويژه‌اي است چون در غيراين صورت زاويه شكست عوض مي‌شود.

استفاده از فيبر نوري چه تاثيري در گسترش فناوري اطلاعات و ارتباطات دارد ؟

امروزه با توجه به سرعت توليد علم و دانش نياز به افزايش سرعت تبادل آنها بيشتر شده است . دنيا به سمتي مي‌رود كه از ابزاري استفاده كند كه با ارائه پهناي باند بيشتر همزمان تعداد بيشتري به راحتي و با سرعت زياد اطلاعات را در اختيار داشته باشند يا همزمان بتوانند به راحتي با موبايل يا تلفن صحبت كنند و به اينترنت وصل شوند و فيبر نوري يكي از فناوري‌هايي است كه مي‌تواند اين امكان را فراهم كند .

بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات از سال 1966 شكل گرفت ولي تا سال 1976 عملاً در انتقال داده قابل استفاده نبود ولي اكنون شركت‌هاي تلويزيون كابلي و شركت‌هاي چند مليتي جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالي در سراسر جهان و ... از فيبر نوري استفاده مي‌كنند . اكنون در ايران با توجه به زياد شدن كاربران اينترنت، استفاده كنندگان از تلفن ثابت و موبايل و مهمتر از همه به خاطر اين كه ايران در مسير شاهراه اطلاعات بين اروپا و چين قرار دارد ضرورت استفاده از شبكه فيبر نوري حس شده و بهره‌برداري از آن اجرائي مي‌شود . البته بايد توجه داشت استفاده از فيبر نوري به موازات استفاده از بقيه سيستم‌هاي انتقال اطلاعات صورت مي‌گيرد .

فيبر نوري چه كاربرد‌هاي ديگري دارد ؟

استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه‌گيري كميت‌هاي فيزيكي مانند جريان الكتريكي ، ميدان‌مغناطيسي ، فشار، حرارت و جابجائي آلودگي آب‌هاي دريا ، سطح مايعات ، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايكس بهره گرفته مي‌شود . يكي ديگر از كاربردها فيبر نوري در صنايع دفاعي و نظامي است كه از آن جمله مي‌توان به برقراري اتباط و كنترل با آنتن رادار ، كنترل و هدايت موشك‌ها و ارتباط زير دريايي‌ها اشاره كرد . فيبر نوري در پزشكي نيز كاربردهاي فراواني دارد از جمله در دزيمتري غدد سرطاني ، شناسائي نارسائي‌هاي داخلي بدن ، جراحي ليزري ، استفاده در دندانپزشكي و اندازه‌گيري خون و مايعات بدن .

ظرفيت و سرعت زياد و ايمني اطلاعات از دلايل اصلي استفاده از شبكه فيبر نوري است .

فيبر نوري در اندازه‌گيري كميت‌هاي فيزيكي ، صنايع دفاعي و نظامي و پزشكي به كار گرفته مي‌شود‌.

شبكه ملي فيبر نوري

با افتتاح شبكه ملي فيبر نوري كشور به طول 57 هزار كيلومتر ، همه شهرها و مراكز استان‌ها و نقاط مرزي كشور از شبكه زير ساختي لازم با كيفيت بالا برخوردار مي‌شوند . اين شبكه قرار است به شبكه فيبر نوري كشورهاي همسايه نيز متصل شود .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 2

فهرست مندجات

• سیستمهای مخابراتی
• مدولاتور
• تزویج کننده مدولاتور
• کانال اطلاعات
• پردازشگر سیگنال
• محاسبه سطوح بر حسب دسیبل

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-2 سيستم‌هاي مخابرات فيبر نوري

در اين بخش موضوع مخابرات تار نوري را تعريف كرده و نحوه برخورد خود با اين بحث را توضيح خواهيم داد . ما در اين بخش مزيتهاي زياد اين سيستم مخابراتي را بر ساير روشهاي ممكن مرور مي‌نمائيم و موارد استفاده آن را تشريح مي‌كنيم . اين موارد شامل تارها ، نور ، مخابرات ، مخابرات نوري و بالاخره سيستمهاي كامل مخابرات تار نوري هستند . وضعيت اجمالي يك سيستم كامل در اين بخش نشان داده مي‌شود .

2-1 سيستم مخابراتي پايه

يك سيستم مخابراتي ، ، شامل فرستنده ، گيرنده و كانال اطلاعات است .

در فرستنده ، خبر توليد شده و به شكل قابل انتقال توسط كانال اطلاعات در مي‌آيد . اطلاعات از فرستنده به گيرنده توسط اين كانال ارسال مي‌گردد . كانالهاي اطلاعات مي‌توانند به دو نوع تقسيم شوند : كانالهاي هدايت نشده و كانالهاي هدايت شده . جوّ ، مثالي از يك كانال هدايت نشده است كه امواج در آن مي‌توانند انتشار يابند .

سيستمهائي كه از جوّ به عنوان كانال انتقال استفاده مي نمايند شامل راديوهاي تجارتي ، فرستنده‌هاي تلويزيوني و خطوط رله ماكروويو مي‌باشند . كانالهاي هدايت شده شامل ساختارهاي انتقالي متفاوتي هستند . چند تائي از اين كانالها عبارتند از خط دو سيمه ، كابل هم محور و موجبر مستطيلي . نصب و سرويس خطوط هدايت شده بيش ازكانالهاي جوي هزينه در بر دارد . مزاياي كانالهاي هدايت شده عبارتند از پنهاني بودن ، عدم وابستگي به هوا و قابليت آن براي انتقال پيام از بين ، از زير و يا از روي ساختارهاي فيزيكي . موجبرهاي تاري اين مزايا و مزيتهاي ديگري را دارا مي‌باشند . بعداً در اين بخش اين مزايا را بر خواهيم شمرد . در گيرنده‌،خبر از كانال گرفته مي‌شود و بصورت نهائي آن در مي‌آيد .

دياگرام بلوكي مفصل‌تري ، ولي هنوز كاملاً كلي ، از يك سيستم مخابراتي ديده مي‌شود . توضيح مختصري از هر بلوك اين شكل درك روشني براي اجزاء يك سيستم مخابراتي به ما مي‌دهد . در توصيفات ما از اين اجزاء بر مواردي تأكيد مي‌شود كه براي سيستمهاي تاري مناسب هستند ، هر چند كه اين دياگرام براي ساير خطوط مخابراتي نيز قابل استفاده مي‌باشد .

منشاء پيام

منشاء پيام مي‌تواند اشكال فيزيكي متفاوتي داشته باشد . در اغلب اوقات منشاء پيام يك مبدّل است كه پيام غير الكتريكي را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند. نمونه‌هاي متداول شامل ميكروفونها براي تبديل امواج صوتي به جريانهاي الكتريكي و دوربين‌هاي تلويزيوني براي تبديل تصوير به جريان الكتريكي مي‌باشند. در بعضي حالتها مثل انتقال داده‌ها بين كامپيوتر‌ها و يا بين قسمتهاي مختلف يك كامپيوتر پيـام خود به خود به شكـل الكتريكـي مي‌باشد . ايـن وضعيت در موقعـي كه يك خط

ارتباطي نوري قسمتي از يك سيستم بزرگ باشد نيز پيش مي‌آيد . نمونه‌هاي اين حالت شامل تارهائي هستند كه در قسمت زميني يك سيستم مخابراتي ماهواره‌اي بكار مي‌روند و يا تارهائي كه در رله‌هاي تلويزيون كابلي مورد استفاده قرار مي‌گيرند . در هرحال ، چه در مخابرات نوري و چه در مخابرات الكتريكي ، اطلاعات قبل از ارسال، بايستي به شكل الكتريكي باشد .

2-2 مدولاتور

مدولاتور دو كار اصلي دارد . اول ، پيام الكتريكي را به شكل مناسبي تبديل مي‌كند . دوم ، اين پيام الكتريكي را بر روي يك موج توليد شده توسط منبع حامل تأثير مي‌دهد . دو نوع مدولاسيون وجود دارد : آنالوگ و ديجيتال . سيگنال آنالوگ پيوسته است و فرم پيام اصلي را بطور دقيق بازسازي مي‌كند . به عنوان مثال ، فرض كنيد يك موج صوتي تك فركانسي مي‌خواهد ارسال گردد . اگر اين موج به يك ميكروفن وارد شود ، جريان الكتريكي توليد شده از آن ، همان شكل موج صوت ورودي را خواهد داشت . دراين حالت مدولاتور نيازي به تغيير شكل سيگنال ندارد . ممكن است مناسبت داشته باشد كه سيگنال تقويت شود بطوري كه به اندازه كافي قدرت داشته باشد تا بتواند منبع حامل را متأثر كند .

مدولاسيون ديجيتال مربوط به ارسال اطلاعاتي است كه به شكل گسسته هستند . . اين سيگنال يا روشن و يا خاموش است . حالت روشن معرف 1 و حالت خاموش معرف صفر است. اين حالتها رقمهاي باينري ( يا بيتهاي ) سيستم ديجيتال هستند. ميزان يا سرعت داده تعداد بيتي است كه در هر ثانيه ارسال مي‌گردد. ممكن است كه اين رشته پالسهاي روشن و خاموش، فرم رمز شده يك پيام آنالوگ باشد. يك مبدل آنالوگ به ديجيتال پيام آنالوگ را به يك رشته ديجيتالي تبديل مي‌كند. عكس اين پردازش در گيرنده انجام مي‌گردد كه در آن رشته ديجيتالي به پيام آنالوگ تبديل مي‌شود. براي تأثير دادن سيگنال ديجيتال روي يك موج حامل فقط كافي است كه مدولاتور در مواقع مناسب، منبع توليد موج حامل را روشن و يا خاموش كند.

منبع موج حامل

منبع حامل، موجي را كه اطلاعات بر روي آن ارسال مي‌گردد توليد مي‌كند. اين موج حامل ناميده مي‌شود. در مخابرات راديوئي، حامل توسط يك نوسان‌ساز الكتريكي توليد مي‌شود. براي سيستمهاي تار نوري، ديود ليزري ( LD ) و يا ديود نورگسيل ( LED ) به عنوان منبع حامل بكار مي‌روند. اين ابزار را مي‌توان نوسان سازهاي نوري ناميد. در حالت ايده‌آل، اين منابع نوري، امواجي پايدار، تك‌ فركانس و با توان كافي براي پيمودن مسافتهاي دور توليد مي‌كنند. ديودهاي ليزري و ديودهاي نورگسيل واقعي از جهاتي با حالت ايده‌آل تفاوت دارند. اين ديودها در باندي از فركانس تشعشع مي‌كنند و توان متوسط تشعشع حدود چند ميلي‌وات است. به علت حساسيت زياد گيرنده‌ها، اين توان در خيلي از گيرنده‌ها كافي است. به هر حال تلفات انتقال بطور مدام توان موج ارسالي در طول تار را كاهش داده و بنابراين، كمبود توان كافي براي منبع، طول خط ارتباطي را محدود مي‌كند. همچنين، نداشتن يك منبع تك فركانسي واقعي باعث كاهش كيفيت كاري سيستم مي‌گردد. اين كاهش كيفيت كاري سيستم ميزان اطلاعات قابل انتقال از يك مسير با طول معين را محدود مي‌سازد.

ديودهاي نورگسيل و ديودهاي ليزري كوچك، سبك و كم‌ مصرف هستند و آنها را به راحتي مي‌توان مدوله كرد، يعني، به آساني مي‌توان تشعشع آنها را تحت تأثير اطلاعات قرار داد. هر دو نوع ابزار ياد شده با عبور جريان از داخلشان كار مي‌كنند. مقدار تواني كه اين ديودها تشعشع مي‌كنند مي‌تواند متناسب با جرياني گردد كه از داخل آنها عبور مي‌كند. به اين ترتيب، تغييرات توان نور خروجي شبيه تغييرات اطلاعات ورودي به مدولاتور است.

 

(الف) جرياني كه باعث (ب) سيگنال مدوله نشده

خروجي (ب) مي‌شود.

 

 

(ج) جريان مدولاسيون كه باعث (د) مدولاسيون آنالوگ

خروجي در (د) مي‌شود.

 

 

(هـ) جريان مدولاسيون كه باعث (ز) مدولاسيون ديجيتال

خروجي در (ز) مي‌شود.

بايد تأكيد شود كه اطلاعاتي كه بايستي ارسال گردند در تغييرات توان ( شدت ) موج نوري جا گرفته‌اند. اين نوع مدولاسيون، مدولاسيون شدت نام دارد. با وجودي كه سيگنال جريان نمايش داده شده. براي رسيدن به وضعيت خطي، جريان مدوله‌كننده واقعي در سيستمهاي آنالوگ بايد همواره مثبت باشد. با اضافه‌كردن يك جريان مستقيم ( d.c. ) به اطلاعات مورد نظر، به اين هدف خواهيم رسيد. بطور مشابه، در سيستمهاي ديجيتالي نيز سيگنال مدوله‌كننده بايد همواره مثبت باشد. نظر به اين كه يك ديود ليزري مادامي كه جريان مدوله‌كننده اعمال شده به آن از يك جريان آستانه بيشتر نباشد روشن نمي‌شود ( نوري از خود تشعشع نمي‌كند )، جريان مدوله‌كننده شامل يك سطح d.c. برابر با اين جريان آستانه است. وجود 1 در يك رشته اطلاعات باينري جرياني بيش از سطح آستانه از ديود ليزري عبور داده و در نتيجه آن را وادار به تشعشع مي‌كند. سطح صفر علامت باينري، جريان را در سطح آستانه نگه مي‌دارد و لذا نوري از ديود ليزري در اين حالت منتشر نمي‌شود. در يك ديود نورگسيل جريان آستانه‌اي وجود ندارد و هرگاه كه يك جريان مثبت از آن بگذرد روشن خواهد شد.

ديودهاي ليزري و ديودهاي نورگسيلي ساخته شده‌اند كه در فركانس نور حاصله از آنها، تارهاي شيشه‌اي انتقال دهنده مناسبي براي نور مي‌باشند يعني تضعيف كمي ايجاد مي‌كنند. اين مطلب موجب خوشحالي است چون ساخت منابع متناسب كه در فركانسهاي دلخواه تشعشع نمايند كار دشواري است. بدون اين حالت تطبيق و هماهنگي بين فركانس منبع و ناحيه كم تضعيف تار، مخابرات تار نوري عملي نمي‌شد.

3-2 تزويج كننده‌هاي كانال ( ورودي )

پس از مطالب فوق، تزويج‌ كننده‌ها را كه انرژي را به داخل كانال اطلاعات وارد مي‌كنند در نظر مي‌گيريم. اين وسيله در يك سيستم انتشار راديوئي و يا تلويزيوني، آنتن است. آنتن علائم را از فرستنده به كانال اطلاعات كه در اين حالت جوّ است انتقال مي‌دهد. در سيستمهاي هدايت شده‌اي كه سيم بكار مي‌برند، مثل خطوط تلفن، تزويج كننده فقط اتصال‌ دهنده ساده‌اي است به منظور وصل كردن فرستنده به خط انتقالي كه به عنوان كانال اطلاعات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در سيستم نوري جوّي، تزويج دهنده كانال يك عدسي است كه براي همسو كردن نور منتشره از منبع و جهت دادن اين نور به طرف گيرنده از آن استفاده مي‌شود. در سيستم تاري مورد نظر ما، تزويج‌دهنده بايد بطور مؤثري پرتو نور مدوله شده را از منبع به تار نوري منتقل كند.

متأسفانه بانجام رساندن انتقال نور از منبع به تار بدون افت نسبتاً زياد قدرت و يا بدون طراحيهاي پيچيده‌اي براي تزويج دهنده ميسّر نيست. يكي از مشكلات بخاطر اندازه كوچك تارهاي متدوال كه قطري در حدود پنجاه ميليونيم متر دارند انجام مي‌شود. به هر حال، تضعيف زياد اساساً به اين خاطر رخ مي‌دهد كه منابع نور در زاويه بزرگي تشعشع مي‌نمايند در حالي كه تارها فقط مي‌توانند نور موجود در يك زاويه محدود را جمع كنند.. ساده‌ترين نوع تزويج كننده در شكل نمايش داده مي‌شود. منبع نور تقريباً به تار چسبيده است. همانگونه كه اشاره شد، حتي اگر تار به اندازه كافي بزرگ باشد به گونه‌اي كه تمام اشعه نوري تشعشع يافته از منبع به سطح مقطع آن برخورد كند، به علت تفاوت بين زواياي مخروطي انتشار و دريافت، نور تماماً توسط تار جمع‌آوري نخواهد شد. تزويج‌ كننده‌ها مي‌توانند بطور كاراتر، ولي در عين حال گرانتر، ساخته شوند. ارزيابي عددي كارائي مورد نياز و طراحي تزويج كننده‌هاي بهبود يافته بعداً در اين كتاب بررسي خواهند شد. در حال حاضر خاطر نشان مي‌كنيم كه طرح تزويج‌ دهنده كانال بخاطر احتمال تضعيف زيادي كه ممكن است پيش بيآيد بخش مهمي از طراحي يك سيستم تاري است.

4-2 كانال اطلاعات

كانال اطلاعات عبارت است از مسير بين فرستنده و گيرنده. در مخابرات تار نوري، كانال يك تار شيشه‌اي ( يا پلاستيكي ) است. مشخصات مورد علاقه براي يك كانال اطلاعات شامل تضعيف كم و زاويه مخروطي پذيرش نور بزرگ است. تضعيف كم و گردآوري كارآمد و مؤثر نور از خصوصيات لازم براي انتقال در مسيرهاي طولاني هستند. با وجودي كه گيرنده‌هائي با حساسيت بالا در دسترس مي‌باشند، براي اين كه بتوان پيام مورد علاقه را با وضوح مناسبي دريافت نمود بايد قدرت رسيده به گيرنده از يك حد معين بيشتر باشد.

خاصيت مهم ديگر كانال اطلاعات زمان انتشار نور سيركننده در طول آن است. در حالت كلي، زمان سير به فركانس نور و مسيري كه پرتوهاي نور دارند بستگي دارد. سيگنالي كه در طول يك تار انتشار مي‌يابد معمولاً شامل يك باند فركانس نوري است ( زيرا منابع نوري يك باند فركانس نوري تشعشع مي‌نمايند ) و توان خود را بين چندين مسير تقسيم مي‌كند. اين وضع منجر به اعوجاج سيگنال مي‌شود. ، در سيستمهاي ديجيتالي، اين اعوجاج به صورت گسترش و تغيير شكل يافتن پالسهاي يك مي‌باشد. هرچه مسافت طي شده بيشتر شود، پالسها پهن‌تر مي‌شوند. بالاخره پالسها آنقدر پهن مي‌شوند كه پالسهاي مجاور روي هم بيافتند و به عنوان بيتهاي مجزّا از هم اطلاعات غيرقابل تشخيص مي‌گردند. براي جلوگيري از اين اتفاق، پالسها بايد با سرعت كمتري ارسال گردند. اين امر البته ميزان اطلاعاتي را كه مي‌توان ارسال داشت كم مي‌كند. وابستگي سرعت انتشار به فركانس و به مسير، چه در مدولاسيون آنالوگ و چه در مدولاسيون ديجيتال منجر به محدود شدن ميزان اطلاعات مي‌گردد.

نياز به زاويه پذيرش نور بزرگ و اعوجاج كم سيگنال متضاد هستند. در طراحي تارهاي عملي، تعديلي بين اين دو كميت برقرار مي‌نمايند. براي سيستمهاي با طول مسير و ميزان اطلاعات متوسط، تارهائي با زوايه پذيرش و اعوجاج مناسب قابل دسترسي هستند. ساير كيفيتهاي جالب تارها بعداً در اين بخش ارائه خواهند شد.

تزويج كننده كانال ( خروجي )

در يك سيستم مخابرات الكترونيكي جو‌ّي، يك آنتن سيگنال را از كانال اطلاعات مي‌گيرد و آن را به ساير قسمتهاي گيرنده منتقل مي‌كند.

گسترش پالسهاي نوري الف) رشته پالس اصلي ب) پس از طي مسافتي پالسها پهن شده‌اند ج) طي مسافت بيشتر باعث مي‌شود كه پالسها به بازه زماني مربوط به صفرهاي مجاور گسترش يابند. دراين حالت، خطاهاي بسيار زيادي در آشكارسازي اين سيگنال رخ خواهد داد.

در يك سيستم نوري، تزويج كننده خروجي، نور خارج شده ازتار را به آشكارساز نور هدايت مي‌كند. اين نور با الگوئي شبيه به مخروط پذيرش نور تار منتشر مي‌گردد. نظر به اين كه آشكارسازهاي متداول نور، سطح بيروني و زاويه پذيرش نور بزرگي دارند نور با يك اتصال بسيار نزديك بين تار و آشكارساز مي‌تواند بطور مؤثري از تار به آشكارساز برسد.

تزويج از تار به آشكارساز نور بسيار كارآمد است. آشكارساز مي‌تواند اكثر نور تشعشع‌شده از تار را دريافت كند.

آشكارساز

در اين مرحله اطلاعات ارسالي بايد از موج حاصل استخراج گردد. در يك سيستم الكترونيكي، اين مرحله فرآيند دمدولاسيون مي‌باشد كه توسط يك مدار الكترونيكي مناسب انجام مي‌شود. در سيستم تاري، موج نوري توسط يك آشكارساز نور به يك جريان الكتريكي تبديل مي‌شود. ديودهاي نوري نيمه هادي با طراحيهاي متنوع بطور بسيار متداول مورد استفاده قرار مي‌گيرند. جريان توليد شده توسط اين آشكارسازها متناسب با توان موجود در نور تابيده شده به آنهاست. چون اطلاعات در تغييرات توان نور جا دارد، جريان خروجي از آشكارساز، اطلاعات را در بر خواهد داشت. اين جريان دقيقاً به شكل جرياني است كه براي مدوله كردن منبع نور در فرستنده بكار گرفته شده است. وابستگي بين سيگنالها در نقاط مختلف يك سيستم آنالوگ نشان داده شده است. جريان توليد شده توسط مبدل انرژي در منشاء خبر رسم شده است. اين سيگنال اطلاعاتي است كه مي‌خواهيم ارسال كنيم. مدولاتور، يك جريان ثابت به آن اضافه كرده و نتيجه را به حامل نور اعمال مي‌كند تغييرات توان موج حامل نشان داده شده حالا شامل اطلاعات مورد نظر مي‌باشد. سيگنال در ضمن انتشار در تار تضعيف مي‌شود. اين مطلب با كمك يك موج نوري كه توان آن كاهش يافته است نمايش داده شده است با فرض قابل صرف نظر بودن اعوجاج، شكل موج در نقاط مختلف در طول تار رسم شده است. آشكارساز، همانگونه كه ، موج نوري را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند. براي تكميل انتقال، جريان خروجي از آشكارساز به منظور حذف مقدار جريان ثابت (d.c.) آن، از صافي عبور كرده و در صورت نياز تقويت مي‌شود. نتيجه ، شكل موج مورد نظر مي‌باشد. يك مجموعه شكل مشابه براي سيستمهاي ديجيتال مي‌توان رسم كرد. در اين حالت خروجي آشكارساز برگرداني از رشته پالس ورودي خواهد بود.

(الف) سيگنال ايجاد شده

در منشاء خبر

(ب)جريان خروجي مدولاتور

(ج) تغييرات توان نوري

در ورودي به تار

(د) تغييرات توان نوري

در انتهاي تار

(هـ) شكل موج جريان خروجي

آشكارساز نوري

(ز) جريان بعد از فيلتركردن

و تقويت

خواص مهمّ آشكارسازهاي نوري شامل اندازه كوچك، اقتصادي بودن، طول عمر زياد، كم بودن مصرف انرژي، حساسيت بالا به سيگنالهاي نوري و پاسخ سريع به تغييرات تند در قدرت نوري است. خوشبختانه آشكارسازهاي نوري كه داراي اين مشخصات باشند در حال حاضر در دسترس مي‌باشند.

5-2 پردازشگر سيگنال

براي انتقال آنالوگ، پردازش سيگنال شامل تقويت‌كنندگي و فيلتر كردن سيگنال است. علاوه بر فيلتر كردن سيگنال براي حذف مقدار ثابت جريان، از انتقال بيشتر هرگونه فركانس ناخواسته ديگر هم بايستي جلوگيري كرد. يك فيلتر ايده‌آل تمام فركانسهاي موجود در اطلاعات ارسالي را از خود عبور داده و بقيه را حذف مي‌كند. اين عمل بوضوح اطلاعات ارسالي مورد نظر را بهبود مي‌بخشد. فيلتر كردن مناسب، نسبت توان سيگنال به توان چيزهاي ناخواسته را حداكثر مي‌كند. نوسانات تصادفي در سيگنال دريافتي نويز ناميده مي‌شوند.

براي يك سيستم ديجيتالي، پردازشگر علاوه بر تقويت‌كننده‌ها و فيلترها ممكن است شامل مدارهاي تصميم باشد. در هر بازه زماني مربوط به يك بيت، مدار تصميم، تصميم مي‌گيرد كه آيا در خلال اين زمان يك و يا صفر دريافت شده است. به علت غيرقابل اجتناب بودن نويز، همواره مقداري احتمال خطا در اين پردازش وجود خواهد داشت. براي مخابرات با كيفيت بهتر، ميزان بيتهاي خطا (BER) بايد خيلي كم باشد. اگر پيام اصلي به صورت آنالوگ بوده است، پردازشگر ديجيتالي سيگنال علاوه بر اين بايد رشته صفرها و يكهاي رسيده را كشف رمز نمايد. اين كار توسط يك مبدّل ديجيتال به آنالوگ انجام مي‌گيرد كه شكل الكتريكي اطلاعات اصلي را دوباره بوجود مي‌آورد. اگر ارتباط بين ماشينها باشد، ممكن است بدون تبديل ديجيتال به آنالوگ، شكل ديجيتالي براي استفاده مناسب باشد.

پيام خروجي

در اينجا با دو حالت مواجه هستيم. در يك حالت، پيام به يك شخص عرضه مي‌شود كه اطلاعات را مي‌شنود و يا مي‌بيند. براي دستيابي به اين امر، سيگنال الكتريكي بايد به موج صوتي و يا تصوير قابل رؤيت تبديل گردد. مدلهاي مناسب براي به انجام رساندن اين تبديل عبارتند از : بلندگو براي پيامهاي صوتي و لامپهاي اشعه كاتدي، شبيه آنچه در دستگاههاي تلويزيون بكار مي‌رود، براي پيامهاي تصويري.

در حالت دوم، اشكال الكتريكي پيام كه از پردازشگر سيگنال خارج مي‌شود مستقيماً قابل استفاده است. اين وضعيت موقعي پيش مي‌آيد كه به عنوان مثال كامپيوترهاي و يا ساير ماشينها از طريق يك سيستم تاري بهم متصل باشند. همچنين موقعي كه يك سيستم تاري فقط يك قسمت از يك شبكه بزرگ است، مثل يك خط تاري بين مراكز تلفن يا يك خط اصلي تاري حامل چند برنامه تلويزيوني، اين حالت اتفاق مي‌افتد. در اين دو سيستم اخير، پردازش شامل توزيع سيگنالهاي الكتريكي به مقاصد مناسب نيز مي‌باشد.

وسيله خروجي خبر بطور ساده يك رابط الكتريكي از پردازشگر سيگنال به سيستم بعدي است.

چند عدد

تا بحال كمبود قابل توجهي از اعداد در ارتباط با بحثهايمان وجود داشته است. اگر مايل به درك و طراحي سيستمهاي مخابراتي هستيم، اين فروگذاري بايد تصحيح گردد.

واحدهائي كه كراراً در اين كتاب ظاهر خواهند شد در جدول 1-1 نوشته شده‌اند. اين كتاب تا حدّ امكان واحد MKSC (متر- كيلوگرم- ثانيه- كولمب) را بكار مي‌برد. در عمل، طولها و قطرهاي تار تقريباً هميشه به شكل متري بيان مي‌شوند. در جدول 2-1 چند ثابت فيزيكي كه در مطالعه تار نوري مهم هستند خلاصه شده‌اند.

واحد	علامت	مورد اندازه‌گيري
متر	m	طول
كيلوگرم	kg	جرم
ثانيه	s	زمان
كولمب	C	بار
ژول	J	انرژي
وات	w	توان
هرتز	Hz	فركانس
نيوتن	N	نيرو
آمپر	A	جريان
كلوين	k	درجه حرارت
درجه سانتي‌گراد	cْ	درجه حرارت
فاراد	F	ظرفيت خازن
اهم	Ω	مقاومت
ولت	v	ولتاژ

جدول 1-2 مقادير ثابت جدول 1-1 واحدها

شرح	مقدار	علامت
سرعت نور	c
ثابت پلانك	h
بار الكترون	-e
ثابت بولتزامن	k

 

 

 

 

 

 

 

واحد فركانس، هرتز، معادل يك دور نوسان در ثانيه است. زمان بين دو اوج متوالي، كه برابر با عكس فركانس موج است، دوره تناوب خوانده مي‌شود. به عبارت ديگر، تعداد ثانيه در هر دور عكس تعداد دور در هر ثانيه است. اگر f فركانس موج و T دوره تناوب آن باشد، آنگاه . شكل 11-1 اين مطلب را نمايش مي‌دهد.

شكل 11-1 موجي كه دوره تناوب آن T ثانيه است. فركانس مربوطه است.

در مخابرات تار نوري، با فركانسهائي از چند هرتز تا بيش از هرتز مواجه هستيم. همچنين با طولهائي از يك ميليونيم متر () تا دهها كيلومتر سر و كار داريم. در نتيجه مناسب است كه عناوين استاندارد براي مقادير خيلي كوچك و خيلي بزرگ را ياد بگيريم. تعدادي از عناوين استاندارد متداول در جدول 3-1 ذكر شده‌اند.