ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ

Σκοπός του Κεφαλαίου Όταν θα έχετε ολοκληρώσει τη μελέτη του κεφαλαίου, θα είστε σε θέση να:

1. ΓΕΝΙΚΑ Σημείωση: Τα ομοαξονικά καλώδια έχουν σχεδόν αντικατασταθεί πλήρως από χάλκινα καλώδια συνεστραμμένων ζευγών Παρατηρήσεις Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος ζώνης τόσο περισσότερες πληροφορίες μπορούν να μεταδώσουν σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα . Στις ψηφιακές μεταδόσεις η ταχύτητα μετάδοσης μετριέται σε bits ανά sec . Ηλεκτρονικός θόρυβος ονομάζεται το σύνολο των ανεπιθύμητων ηλεκτρικών σημάτων που αλλοιώνουν το μεταδιδόμενο σήμα . Ηλεκτρικό θόρυβο δημιουργεί κάθε μηχανισμός που χρησιμοποιεί ή δημιουργεί ηλεκτρική εναλλασσόμενη τάση 2.ΧΑΛΚΙΝΑ ΚΑΛΩΔΙΑ 2.1 ΑΠΩΛΕΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΧΑΛΚΙΝΑ ΚΑΛΩΔΙΑ Παρατηρήσεις : Η σύνθετη αντίσταση μιας γραμμής αναφέρεται πάντα σε μια συχνότητα και παραμένει σχεδόν σταθερή σε όλο το μήκος της γραμμής Ο ίδιος αγωγός που παρουσιάζει σύνθετη αντίσταση Ζ1 για συχνότητα f1 , θα παρουσιάσει άλλη σύνθετη αντίσταση Ζ2 για συχνότητα f2 . Το επιδερμικό φαινόμενο είναι εντονότερο όταν αυξάνεται η συχνότητα του σήματος , διότι οι απώλειες ενός σήματος είναι ανάλογες προς την τετραγωνική ρίζα της συχνότητας του . Οι μονόκλωνοι αγωγοί παρουσιάζουν μικρότερη εξασθένηση από τους πολύκλωνους για την ίδια συχνότητα . Σε περιπτώσεις που το καλώδιο μετάδοσης πληροφοριών περνάει από χώρους υψηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να επιλέγουμε καλώδιο με μονωτικό χαμηλών απωλειών καθώς επίσης θα πρέπει να φροντίζουμε για τον εξαερισμό των καλωδίων . Σε χώρους με υψηλή θερμοκρασία δεν χρησιμοποιούμε καλώδια με μόνωση PVC . Η εξασθένηση ενός σήματος ονομάζεται απόσβεση . Η σύνθετη αντίσταση (δηλαδή η αντίσταση που περιλαμβάνει την ωμική , επαγωγική και χωρητική δίνεται από την σχέση : Η επαγωγική αντίσταση είναι ανάλογη της συχνότητας του διερχόμενου σήματος . Η χωρητική αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας του διερχόμενου σήματος . Το επιδερμικό φαινόμενο είναι τόσο πιο έντονο όσο αυξάνεται η συχνότητα του σήματος . Οι απώλειες λόγω της ταλάντωσης των ατόμων του διηλεκτρικού αυξάνονται με την θερμοκρασία . 2.2 ΝΤΕΣΙΜΠΕΛ Αποτελεί μονάδα μέτρησης του λόγου ισχύος δύο σημάτων και ορίζεται ως εξής : Τα ντεσιμπέλ δείχνουν πόσο μεταβλήθηκε – αυξήθηκε ή μειώθηκε – η ισχύς σε ένα σημείο 2 σε σχέση με ένα σημείο 1 . Επίσης το ντεσιμπέλ ορίζεται και με την ακόλουθη σχέση : όπου : U1 η τάση του σήματος με ισχύ Ρ1 . U2 η τάση του σήματος με ισχύ Ρ2 . Όταν Ρ2 < Ρ1 τότε το σήμα έχει εξασθενήσει . Όταν Ρ2 > Ρ1 τότε το σήμα έχει ενισχυθεί . 2.3 ΛΟΓΟΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΠΡΟΣ ΘΟΡΥΒΟ Ο λόγος σήματος προς θόρυβο ( S/N ) εκφράζει τη σχετική στάθμη του σήματος πληροφορίας ως προς τη στάθμη του θορύβου . Εκφράζεται σε dB . Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος σήματος προς θόρυβο τόσο πιο αξιόπιστη θεωρείται η μετάδοση της πληροφορίας . 2.4 ΚΑΛΩΔΙΑ ΣΥΝΕΣΤΡΑΜΜΕΝΩΝ ΖΕΥΓΩΝ Αποτελούνται από ζεύγη μονόκλωνων χάλκινων μονωμένων αγωγών . Μεταφέρουν αναλογικά σήματα για ακουστικές συχνότητες (300-3400 Hz) και ψηφιακά σήματα για μικρές όμως αποστάσεις . Οι αγωγοί είναι συνεστραμμένα ανά δύο . Εάν οι αγωγοί δεν ήταν συνεστραμμένοι ανά δύο σε ζεύγη αλλά βρισκόντουσαν παράλληλα ο ένας αγωγός με τον άλλο , τότε θα εμφανιζόντουσαν χωρητικές και επαγωγικές αντιστάσεις μεταξύ τους οι οποίες θα δημιουργούσαν ανεπιθύμητο ηλεκτρικό θόρυβο . Επίσης όταν οι αγωγοί είναι συνεστραμμένοι , επηρεάζονται λιγότερο από τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές του περιβάλλοντος χώρου καθώς και από τον ηλεκτρικό θόρυβο που δημιουργεί η ηλεκτρομαγνητική σύζευξη με τα γειτονικά ζεύγη του ίδιου καλωδίου . Σημείωση : Όταν ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα τότε γύρω του δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που επάγει ηλεκτρικά ρεύματα στους γειτονικούς αγωγούς . Η πληροφορία μεταδίδεται υπό μορφή ηλεκτρικού σήματος που διαρρέει κάθε ζεύγος αγωγών . Όταν το κύκλωμα κλείνει τότε κάθε ένας από τους δύο αγωγούς του συνεστραμμένου ζεύγους διαρρέεται από ρεύμα ίσης τιμής αλλά αντίθετης φοράς . Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα επαγόμενα σήματα να είναι ίσα και αντίθετα άρα να αλληλοεξουδετερώνονται και να μην επηρεάζουν το ηλεκτρικό σήμα . Ο ηλεκτρικός θόρυβος που δημιουργείται μεταξύ γειτονικών ζευγών ονομάζεται αλληλεπίδραση ή παραδιαφωνία . Αυτός ο θόρυβος μειώνεται χρησιμοποιώντας διαφορετικό βήμα τυλίγματος για κάθε ζεύγος . Το βήμα τυλίγματος δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 15 cm . Σημείωση: Βήμα τυλίγματος ονομάζεται το μήκος που χρειάζεται το καλώδιο ώστε να περιστραφεί 360ο γύρω από έναν άξονα Μεγαλύτερη αντίσταση στον εξωτερικό θόρυβο επιτυγχάνεται εάν χρησιμοποιήσουμε εξωτερικό προστατευτικό μεταλλικό κάλυμμα . Αυτά τα καλώδια ονομάζονται θωρακισμένα (shielded) . Παρατηρήσεις • Στα χάλκινα καλώδια το εύρος ζώνης συχνοτήτων κυμαίνεται από μερικά KHz έως εκατοντάδες MHz . • Το εύρος ζώνης είναι ανάλογο της διαμέτρου του αγωγού . • Οι απώλειες του σήματος είναι ανάλογες του μήκους του αγωγού . • Η απόσβεση ενός σήματος αυξάνεται στις υψηλές συχνότητες . • Στην δομημένη καλωδίωση η διάμετρος του καλωδίου μετριέται σε μονάδες AWG. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του αγωγού σε AWG τόσο μικρότερη είναι η διάμετρος του αγωγού . 2.4.1 Πλεονεκτήματα καλωδίων συνεστραμμένων ζευγών Εγκαθίστανται εύκολα Χαμηλό κόστος Λόγω των παραπάνω πλεονεκτημάτων η χρήση των καλωδίων συνεστραμμένων ζευγών επεκτείνεται συνεχώς εκτοπίζοντας εξειδικευμένα είδη καλωδίων όπως τα ομοαξονικά , διαξονικά κλπ. 2.4.2 Κατηγορίες και Κλάσεις Καλωδίων Συνεστραμμένων Ζευγών Τα τμήματα των δικτύων δομημένης καλωδίωσης ταξινομούνται σε κατηγορίες ή κλάσεις ανάλογα με το εύρος ζώνης συχνοτήτων του διερχόμενου σήματος : 3. ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ 3.1 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται ως μέσα από τα οποία διαδίδεται το φως (ο φορέας των πληροφοριών ) . Η μετάδοση του φωτός μέσω των οπτικών ινών στηρίζεται στη μετάδοση παλμών μονοχρωματικού φωτός . Η οπτική ίνα κατασκευάζεται από γυαλί ή πλαστικό . Οι ίνες αποτελούν τον πυρήνα ενώ περιβάλλονται από μια επίστρωση και ένα προστατευτικό κάλυμμα . Η μετάδοση του φωτός στηρίζεται στις συνεχείς ανακλάσεις στο εσωτερικό της . Αρχή της ολικής εσωτερικής ανάκλασης Αν ο δείκτης διάθλασης του εξωτερικού υλικού (επίστρωση) είναι μικρότερος από τον δείκτη διάθλασης του εσωτερικού υλικού (πυρήνας) και , Αν η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας στο εσωτερικό υλικό είναι μεγαλύτερη από κάποια τιμή που ονομάζεται κρίσιμη Τότε η φωτεινή δέσμη εγκλωβίζεται και ταξιδεύει σε μεγάλες αποστάσεις με χιλιάδες εσωτερικές ανακλάσεις Άρα σε μια οπτική ίνα για να επιτευχθεί η μετάδοση της με εσωτερικές ανακλάσεις θα πρέπει να εξασφαλίσω τους παραπάνω δύο παράγοντες δηλαδή : 1. Να τοποθετήσω εξωτερικά υλικό (που ονομάζεται επίστρωση) με μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον δείκτη διάθλασης του εσωτερικού υλικού (που ονομάζεται πυρήνας) 2. Να πραγματοποιηθεί πρόσπτωση της ακτίνας στο εσωτερικό της οπτικής ίνας με γωνία μεγαλύτερη της κρίσιμης . Γιαυτό : Εξωτερικά των λεπτών νημάτων (πυρήνας) τοποθετούμε επίστρωση υλικού που έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον πυρήνα , και Χρησιμοποιούμε ίνα πολύ μικρής διαμέτρου . Διάθλαση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο όταν φωτεινή μονοχρωματική ακτίνα προσπέσει σε επιφάνεια που διαχωρίζει δύο μέσα στα οποία η ταχύτητα του φωτός είναι διαφορετική , ένα μέρος της εισέρχεται από το πρώτο στο δεύτερο μέσο με ταυτόχρονη αλλαγή στη διεύθυνση της . Για την διάθλαση ισχύει η1/η2 = ημθ2/ημθ1 Όπου η1 : ο δείκτης διάθλασης του πυκνότερου υλικού η2 : ο δείκτης διάθλασης του αραιότερου υλικού θ1 : η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας στο πυκνότερο υλικό θ2 : η γωνία διάθλασης της ακτίνας στο αραιότερο υλικό 3.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ 3.2.1 Πολύτροπες ή πολλαπλής τροχιάς: Έχουμε πολλούς δρόμους μετάδοσης που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης . Όσο μικραίνει η διάμετρος του πυρήνα της ίνας τόσο λιγότερος δρόμους έχουμε . Χωρίζονται σε δύο κατηγορίες : α . Οπτικές ίνες με απότομη αλλαγή τροχιάς: Οφείλεται στην απότομη μεταβολή του δείκτη διάθλασης μεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επίστρωσης . Επιφέρουν εξασθένηση σήματος από 4 έως 10 dB/Km περίπου . β . Οπτικές ίνες με σταδιακή αλλαγή τροχιάς: Οφείλεται στη βαθμιαία μεταβολή του δείκτη διάθλασης όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο προς την επιφάνεια της κεντρικής οπτικής ίνας . Επιφέρουν εξασθένηση σήματος από 2 έως 5 dB/Km . 3.2.2 Μονότροπες: Οι δέσμες φωτός ακολουθούν μια μοναδική τροχιά (κατά μήκος του άξονα του πυρήνα ) και έτσι επιτυγχάνουν υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων . Επιφέρουν εξασθένηση σήματος από 0,2 έως 2 dB/Km . ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Ένα σύστημα οπτικών ινών αποτελείται από τον πομπό , τον δέκτη , τους συνδετήρες , τους διακλαδωτές , τα συρτάρια και τους επαναληπτές Ο πομπός λαμβάνει το ηλεκτρικό σήμα (το οποίο βρίσκεται σε αναλογική ή ψηφιακή μορφή) και το μετατρέπει σε οπτικό σήμα Σημείωση: Οι πομποί διακρίνονται σε δύο κατηγορίες : α . LED που εκπέμπουν ευρύ κώνο φωτός με μήκος κύματος 850 nm ή 1300 nm και χρησιμοποιούνται κυρίως για κοντινές αποστάσεις . β . Laser που εκπέμπουν μονοχρωματικό φως , με μήκος κύματος 1300 nm ή 1550 nm σε πολύ λεπτή δέσμη και με μεγαλύτερη ισχύ σήματος και χρησιμοποιούνται κυρίως για μακρινές αποστάσεις . Ο δέκτης λαμβάνει το οπτικό σήμα, το μετατρέπει σε ηλεκτρικό, το ενισχύει και το προωθεί Οι συνδετήρες χρησιμοποιούνται για να συνδέσουν δύο καλώδια οπτικών ινών ή ένα καλώδιο με τον πομπό ή ένα καλώδιο με τον δέκτη. Οι γνωστότεροι συνδετήρες είναι οι ST (μπαγιονέτ) και οι SC (έλξη-ώθηση) Τα συρτάρια τοποθετούνται στο εσωτερικό ενός κατανεμητή και χρησιμοποιούνται για την καλωδίωση των οπτικών ινών με τον κατανεμητή. Διαθέτουν οδηγούς που διευκολύνουν την όδευση των καλωδίων Οι διακλαδωτές χρησιμοποιούνται για την διακλάδωση μιας οπτικής ίνας τουλάχιστον σε δύο άλλα καλώδια . Διακρίνονται σε δύο κατηγορίες : α ) Παθητικοί που απλώς διαβιβάζουν το σήμα από μια είσοδο στις εξόδους και β ) Ενεργητικοί οι οποίοι διαθέτουν ένα δέκτη στην είσοδο και μετά οδηγούν το ηλεκτρικό σήμα από την έξοδο του δέκτη σε πολλούς πομπούς . Σημείωση: Η διακλάδωση έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της ισχύος του σήματος γιαυτό ο αριθμός των εξόδων ενός διακλαδωτή είναι περιορισμένος Οι επαναληπτές (ενισχυτές σήματος) τοποθετούνται κατά μήκος της διαδρομής του σήματος , στις οπτικές ίνες , στα συρτάρια , στις διακλαδώσεις κλπ με σκοπό την ενίσχυση του σήματος που εξασθενεί λόγω των απωλειών . Σημείωση: Οι απώλειες για κάθε σύνδεσμο ή συρτάρι υπολογίζεται περίπου 0,5 dB και αθροίζονται με τις απώλειες κατά μήκος της γραμμής

Πως λειτουργεί η οπτική ίνα

Ο ενισχυτής σήματος, είναι απαραίτητος μόνο σε συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, επειδή παρατηρείται συχνά εξασθένιση του σήματος και αναλαμβάνει την ενίσχυση του σήματος σε τακτικά διαστήματα. Διαθέτει ειδικά κυκλώματα, τα οποία όταν λάβουν την εξασθενημένη φωτεινή πληροφορία, εκπέμπουν το σήμα εκ νέου, με πλήρη ισχύ.