Raqamli tolali optik uzatish tizimining liniya trakti

Raqamli tolali optik uzatish tizimining liniya trakti
parametrlarini baholash
Optik nurlanishni qabul qilish sathi regeneratsiyalash uchastkasi
uzunligi bo‘ylab energetik potensialning taqsimlanishi, regeneratorning
qaror qabul qilish nuqtasida signalni xalaqitlardan himoyalanganligi,
QqUzM ning tezkorligi va sezgirlik chegarasi bilan aniqlanadi.
Regeneratsiyalash
uchastkasi
uzunligi
bo‘ylab
energetik
potensialning taqsimlanishini hisoblash. Liniya regeneratorining
QqUzM kirishiga tushuvchi, optik quvvatning sathi TOUT ning
energetik potensialiga, OTdagi quvvat yo‘qotishlariga, ajraladigan va
ajralmaydigan ulagichlarda optik nurlanish quvvatining yo‘qotishlariga
bog‘liq.
Hisoblashlarni bajarishdan avval regeneratsiyalash uchastkasi
uzunligi bo‘ylab energetik potensialning taqsimlanishini hisoblash
uchun boshlang‘ich ma’lumotlardan iborat jadvalni tuzish kerak (10.2-
jadval).
10.2-jadval
№
Parametrlar
Belgil
a-
nishi
O‘lch
ov
birligi
Parame
tr-ning
qiymati
1 Optik signalni uzatish quvvatining sathi
r
uz
dBq
- 4
201
Misol. RTOUT uchun regeneratsiyalash uchastkasi uzunligi
bo‘ylab energetik potensialning taqsimlanishini hisoblash, uning texnik
parametrlari 10.2-jadvalda keltirilgan.
Yechish.
1.
Birinchi ajraladigan ulagichdan (A-OU) keyin optik signalning
sathini aniqlaymiz:
r
A1
= r
uz
– A
A
= - 4 – 0,5 = - 4,5 dBq.
2.
Stansiya optik kabelining birinchi ajralmaydigan ulagichi (Ay-
OU) dan keyin uzatish sathini aniqlaymiz
R
Ay1
= r
A1
– A
Ay
= - 4,5 – 0,1 = - 4,6 dBq.
2 Optik nurlanishni qabul qilish
quvvatining minimal sathi
r
qq
dBq
-35
3 RTOUT ning energetik potensiali
E
dB
31
4 Regeneratsiyalash uchastkasining
uzunligi
l
ru
km
24
5 Optik kabelning qurilish uzunligi
l
qur
km
4
6 Ajraladigan ulashlar soni
q
Au
-
2
7 Ajraladigan ulagichda optik signalning
so‘nishi
A
A
dB
0,5
8 Ajralmaydigan ulashlar soni
q
-
7
9 Ajralmaydigan ulagichda optik
signalning so‘nishi
A
Ay
dB
0,1
1
0
Optik kabelning so‘nish koeffitsienti
α
dB/km
0,7
202
3. So‘ng signal qurilish uzunligi l
qur
= 4 km va so‘nish koeffitsienti
α = 0,7 dB/km bo‘lgan liniya optik kabeli bo‘ylabuzatiladi. Ikkinchisi
Ay-OU kirishida signal sathi quyidagiga teng bo‘ladi
r
Ay2kir
= r
Ay1
– α · l
qur
= - 4,6 – 0,7 · 4 = - 7,4 dBq.
Regeneratsiyalash uchastkasining barcha tashkil etuvchilari uchun
shunday hisoblashlarni bajarib, ikkinchi A-OU kirishida oltinchiqurilish
uzunligidan keyinsignal sathi r
Ay7
= -22,0 dBq ga teng bo‘ladi.
Qabul qilish sathi, ya’ni ikkinchi A-OU chiqishida optik nurlanish
sathi quyidagiga teng
r
qq
= r
Ay7
-A
A
=-22,0–0,5=-22,5 dBq.
Regeneratsiyalash uchastkasining umumiy so‘nishi
A
ru
= r
uz
+r
qq
= - 4 - (-22,5)= 18,5 dB.
Hisoblash natijasi bo‘yicha xulosa qilish mumkinki, RTOUTning
regeneratsiyalash uchastkasining so‘nishi, E = 31 dB ga teng bo‘lgan
energetik potensialidan kichik. Ekspluatatsion zahirani E
z
= A
t
- A
V
= 6
dB ga teng deb qabul qilish mumkin.
Energetik potensial taqsimlanishining hisoblangan natijalarini
jadval yoki diagramma (10.3-rasm) ko‘rinishida keltirish mumkin.
Rasmda quyidagi belgilashlar qabul qilingan: QqUzM - qabul qiluvchi
uzatuvchi modul; A-OU - ajratiladigan optik ulagich; Ay-OU -
ajralmaydigan optik ulagich; OT - optik tola.
Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasining hamma
uzatish sathlari hisoblanganligi uchun, u shartli masshtabda tasvirlanishi
mumkin, lekin diagrammaning xarakterli, asosiy nuqtalari ko‘rsatilgan
bo‘lishi shart.
Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasi optik liniya
traktining asosiy parametrlarini hisoblash uchun asos bo‘lib xizmat
qiladi. Bu parametrlar: shovqinlarning har xil turlari, birlamchi
203
regeneratorning xatolik extimolligi, RTOUT tezkorligi va liniya
regeneratori QqOM ning sezgirlik chegarasi.
10.3-rasm. Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasi
Optik traktning regeneratorning qaror qabul qilish nuqtasi (RQQN)
da signalni halaqitlardan himoyalanganligini hisoblash.
QqUzM ning qabul qiluvchi optik modulida signalga asosan
xususiy va drob xalaqitlari ta’sir etadi.
10.4-rasm. Fotodetektor kuchaytirgichining tipli sxemasi
QqUzM
Ri
1
Ri
2
Ri
6
Ri
7
RI
r
R, дБқ
А-ОУ1
Ay-OU1
ОТ
ОТ
l, km
QqUzM
А-ОУ6
Аy-OU7
А-ОУ2
+
+
-
Opk
U
kir
R
kir
-
C
kir
I
f
С
ТА
R
ТА
U
chiq
204
Xususiy xalaqitlar, fotodetektor kuchaytirgichi kirishiga ta’sir
etuvchi issiqlik xalaqitlari va uning ichki xalaqitlari bilan aniqlanadi.
Drob xalaqitlari fotodetektorda ro‘y beradigan jarayonlarning kvant
tabiati bilan tushintiriladi. Fotodetektor kuchaytirgichi sifatida odatda
transimpendansli deb ataladigan kuchaytirgich ishlatilinadi, u “tok –
kuchlanish” o‘zgartirgich hisoblanadi. Bunday kuchaytirgich kuchlanish
bo‘yicha kuchaytirishning katta koeffitsientiga ega operatsion
kuchaytirgich (OpK) dan, va kirish va chiqish bo‘yicha parallel, chuqur
umumiy teskari aloqani hosil qiluvchi R
TA
rezistoridan (10.4-rasm)
tuzilgan. R
kir
rezistori FQq diodining dinamik qarshiligini, uning siljish
zanjirlarini va OpK kirish qarshiligini aks ettiradi. S
kir
kondensator
fotodetektorning yig‘indi sig‘imini, OpK ning kirish sig‘imi va
montajini, S
TA
kondensatori esa – R
TA
ulanish nuqtalarida parazit
sig‘imni aks ettiradi. Odatda R
kir
> R
TA
, S
kir
> S
TA.
Aytib o‘tilgan shartlar
bajarilgandaquyidagalarni yozish mumkin: U
chiq
≈ I
f
·Z
TA
, quyi
chastotalarda U
chiq
≈ I
f
·R
TA
, chegaraviy chastota – f
cheg
= (2π R
TA
· S
TA
)
-1
dan yuqorida uzatish koeffitsientining
2
martadan kattaga kamayishi
ro‘y beradi. Agar kirish optik signali o‘znida NRZ kodi ketma-ketligini
namoyon etsa, chegaraviy chastotani signalning f
t
taktli chastotasiga
teng deb olish mumkin, unda teskari aloqa rezistorining qarshiligi:
R
TA
≤ (2π f
t
· S
TA
)
-1
(15.8)
shartni qanoatlantirishi kerak.
Issiqlik xalaqitlari tokining ta’sir etuvchi qiymatini Naykvist
formulasi bo‘yicha aniqlash mumkin:
I
is.x
≈ (4kTf
V
/ R)
1/2
,
Bu yerda k=1,38·10
-23
, Dj/grad - Bolsman doimiysi; T – Kelvin
graduslaridagi temperatura; f
V
, Gs – xalaqitlar toki aniqlanadigan
chastota polosasi; R, Om – xalaqitlar tokini hosil qiluvchi rezistorning
qarshiligi.
Ushbu xolatda f
V
= f
t
va R = R
TA
deb taxmin qilish mumkin.
Kuchaytirgichning ichki xalaqitlarini uning xalaqitlar koeffitsienti F
kuch
205
yordamida hisobga olish qulay. F
kuch
bu kuchaytirgich orqali o‘tuvchi
signalning
xalaqitdan
himoyalanganligi
qanchaga
kamayishini
ko‘rsatadi. Shu tarzda, kuchaytirgich kirishidagi xususiy xalaqitlarning
toki
I
xx
= (4kTF
kuch
· 0,7f
t
/ R
TA
)
1/2
(10.9)
ga teng bo‘ladi.
Fotodetektor kuchaytirgichi kirishida drob xalaqitlari tokining
ta’sir etuvchi qiymati SHottki formulasi bo‘yicha aniqlanadi
I
dx
= (2qΙ
f
M
(2+œ)
f
V
)
1/2
, (10.10)
bu yerda q = 1,6·10
-19
, K - elektron zaryadi; Ι
f
- fototokning
o‘rtacha qiymati; M - ko‘chkisimon ko‘payish koeffitsienti; f
V
- drob toki
aniqlanadigan chastota polosasi; œ – fotodiod materialining
xususiyatlariga bog‘liq bo‘lgan koeffitsient ( kremniy diodlari uchun œ
= 0,2...0,4; germaniy diodlari uchun - ≈ 1,0; indiy fosfadi va boshqa
materialli diodlar uchun ≈ 0,8).
Ι
f
- fototok o‘rtacha qiymati FQq kirishidagi yorug‘lik
nurlanishining o‘rtacha quvvati R
kir
bilan, monoxromatik tok
sezgirligiga bog‘liq
S
i
= Ι
f
/ R
kir
= ληq/(hc), (10.11)
bu erda λ - nurlanish to‘lqin uzunligi; η- kvant samaradorligi; h
=6,625·10
-34
Dj·s – Plank doimiysi; s – vakuumdagi yorug‘lik tezligi.
Agar λ mkm da ifodalansa, unda S
i
= λη/1,24 A/Vt. r-i-n
fotodiodlar uchun M = 1, ko‘chkisimon fotodiodlar (KFD) uchun
chiqish fototoki birlamchi fototokdan M martaga ko‘p.
Kuchaytirgich chiqishida kutiladigan signal-xalaqit nisbati – Q ni
aniqlaymiz. QqUzM ning keyingi elementlari bu nisbatni amalda
206
yomonlashtirmaydi deb hisoblash mumkin, shu tarzda bu nisbat RQQN
da signalning xalaqitlaridan himoyalanganligini A
x.him
= 20lgQ
xarakterlaydi
Q = Ι
f
M/[2qΙ
f
M
(2+ œ)
+4kTF
kuch
/R
TA
f
V
]
1/2
. (10.12)
YUqori sifatli bo‘lmagan QqUzM ga ega uskunada, (10.11)
formulaga qorong‘ilik tokining o‘rtacha kvadratik qiymatini ham kiritish
kerak. Qorong‘ilik tokining o‘rtacha kvadratik qiymati foydali signal
bilan bog‘liq bo‘lmagan, fonli nurlanish ta’sirida tashuvchilarning
tasodifiy issiqlik generatsiyasi bilan aniqlanadi
Ι
2
q
= 2eΙ
q
M
(2+ œ)
f
V
,
bu erda Ι
q
– qorong‘ilik tokining o‘rtacha qiymati, germaniyli fotodiod
uchun (1...8) · 10
-7
A, kremniyli fotodiod uchun (1...8)·10
-8
A ga teng.
(10.11) ifodani M funksiya kabi, maksimumga tadqiq etib,
ko‘chkisimon ko‘payish koeffitsientini aniqlaymiz, bunda signal-xalaqit
nisbati maksimal bo‘ladi:
M
opt
=[4kTF
kuch
/(R
TA
qœ Ι
f
)]
1/(2+ œ)
. (10.13)
Ko‘payishning optimal koeffitsientida drob va xususiy xalaqitlar
nisbati 2/œ ga teng.
r-i-n fotodiod uchun M = 1 va drob shovqinlari juda kichik.
Shuning uchun
Q = [Ι
2
f
R
TA
/(4kTF
kuch
f
V
)]
1/2
. (10.13a)
207
(4kTF
kuch
/R
TA
)
1/2
= i
esh
, A / √ f
v
kattaligi ekvivalent shovqin
toki
deyiladi
va
odatda
r-i-n
diod
asosidagi
fotodetektor
kuchaytirgichlari parametrlariniko‘rsatadi. Bu holda
|