Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století Televizní kabelové rozvody pasivní prvky TKR (a) Obor: ElektriářRočník:3.Vypracoval:Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-RIC-U-3-008 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. PASIVNÍ PRVKY TKR1 Metalická vedeníPro televizní kabelové rozvody představují metalická vedení, zejména koaxiální kabely, nejužívanější typ vedení Typy vedení Charakteristická impedance Zo a) nesouměrné vedení stíněné vedení koaxiální kabel b) souměrné vedení v TKR se neužívá stíněné (dvoulinka) c) souměrné vedení v TKR se neužívá stíněné d) pásková vedení se používají v kmitočtových pásmech mm a kratších vln. .

4. 1.1 Technologická provedení a značení koaxiálních kabelů V ČR se užívá značení pomocí 5 písmen a dvou dvoumístných čísel – např. VCCOY 75 - 4,8 1. číslo označuje jmenovitou impedanci 2. písmeno udává materiál a konstrukci vnitřního kabelu v  vodiče 2. číslo určuje průměr dielektrika podC…měděný drátvnějším vodičem v mm L….lanko z měděných drátků 1. písmeno označuje druhkabelu3. písmeno vyjadřuje materiál dielektrika V….vysokofrekvenční souosý kabelC…dielektrikum z pěnového polyethylenu (pPE)P….vysokofrekvenční souměrný dvojvodičE….dielektrikum z plného polyetylénu (PE)D....“rourko- balónková“ konstrukce dielektrika4. písmeno určuje materiálově - konstrukční provedenívnějšího vodiče O….jednoduché opředení měděnými drátkyD….dvojité opředení měděnými drátkyU….měděná páska s jednoduchým opředením měděnými drátkyF….konstrukce s přeloženou měděnou fólií V….měděná páska s podélně uloženými měděnými drátkyZ….zvlněná měděná trubka (vlnovec)Al…hliníková páska 5. písmeno určuje materiálově - konstrukční provedení pláštěY.…měkčené PVCE….polyethylén D….dvojité opláštění PE + PVC (vnější prostředí)

5. 1 2 3 4 1.2 Měrný útlum bkdBkoaxiálního kabelu dB/m je způsoben skinefektem na vnitřním vodiči, ztrátami v mědi Cu, v dielektriku Da únikem elektromagnetické energie pláštěm kabelu. Je závislý na kmitočtu dle přibližného vztahu bkdB(f)  k .bk0dB (f / f0)1/2 , v němž značí bk0dB …měrný útlum při f = f0dB/100m udávaný výrobcem, k………empirická konstanta (pro ff0 jek = 1 až 1,2, pro ff0 je k = 1) Kmitočtová závislost měrného útlumu bkdB(f) různýchkoaxiálních kabelů 1 VCCOY 75- 5,6 2 VCCUD 75- 7,3 3 VCDFE 75- 17,3 4 VODZE 75- 20,3 (graf platí pro k = 1)

6. 1.3 Stojaté vlny na vedení při impedančním nepřizpůsobení Poměr stojatých vln psv kde pro činitel odrazu  platí Při impedančním přizpůsobení na vstupu (R1 Z0) platí pro poměr stojatých vln na vedení vlivem výstupního nepřizpůsobení (R2 Z0) psv = Z0 / R2 pro R2 Z0 a psv = R2 / Z0 pro R2Z0 a naopak Rozložení stojatých vln na krátkém Vliv poměru stojatých vln psv1 na oboustranně nepřizpůsobeném vstupu v závislosti na celkovém vedení , útlumu kabelu bk

7. 1.4 Zkreslení vlivem odrazů signálů při nepřizpůsobení Zpoždění to odraženého signálu v boděX vlivem nepřizpůsobení v boděY je dáno vztahem a pro odstup odraženého signálu (U0/U)dBv místěpřipojenípřijímače platí (měrný útlum kabelu bkdBse dosazuje v dB/100m) Viditelnost odrazu v obraze vlivem nepřizpůsobení je závislá na úrovni Uo a době zpožděníto odraženého signálu v bodě připojenípřijímače X. Kritická délka kabelu l je délkaměřená od místa nepřizpůsobení(Y) k místu připojení přijímače (X). Při této délce se vyžaduje nejlepší přizpůsobení, protože pro ni je projev odrazu v obraze nejrušivější. Fázová rychlost vf elmg. vlny na vedení je dána vztahem propevné polyethylenové dielektrikum je r 2,30 a potom vf 0,66 c, pro pěnové polyethylenovédielektrikum je r 1,42 a potom vf 0,82 c.

8. 2 Optické kabely Základní pojmy a vlastnosti optických vláken Používají se v primárních trasách (páteřních sítích TKR a jiných distribučních sítí. Umožňují v pásmu záření vlnových délek 0,5 až1,5 m dosáhnout teoreticky šířku kmitočtového pásma B až několik GHz. Pro analogové signály je jejich přenosová kapacita PK vyjádřena jako součin šířky pásma kanálu a největší délky spoje lm omezené dispersí a měrným útlumem. V případě digitálních signálů je to součin přenosové rychlosti R a délky spoje. Optická vlákna se slučují do optických kabelů. PKanal = B ·lm[Hz ·m]a PKdig = R ·lm[bit/s ·m] Konstrukce optických vláken Podle rozložení indexu lomu v průřezu vlákna a konstrukčního provedení se dělí na: mnohovidová (SI - Step Index) - seskokovou změnou indexů lomů jádra a pláště - dj < 100 m, gradientní (GI-Gradient Index) - index lomu se v průřezu jádra mění - dj < 100 m, jednovidová (SM - Single Mode) - dj < 10 m.

9. 2.1 Princip šíření světla (záření) optickým vláknem Pro totální odraz od pláště uvnitř vlákna platí Snellův zákon n2/n1 = sin/ sinpřin1  n2 . Pro vstupující světelný paprsek platí obdobně n1/n0 = sin/ sin při n1  n0, n2, n1, n0značí indexy lomu pláště jádra a vzduchu. Princip šíření světla optickým vláknem Počet vidů, které se mohou vláknem šířit je dán jeho konstrukcí, ale zejména rozdílem indexů lomu jádra n1a pláštěn2, který se obvykle vyjadřuje pomocí tzv. numerické aperturyNA NA =  sin max. NAodpovídá maximálnímu úhlu dopadu optického svazku na čelo vlákna, při kterém se svazek odráží se od rozhraní jádra s pláštěm do vlákna. Nevhodným buzením vzni- kají tzv. tunelové vidy, které pronikají mimo vlákno a zvyšují útlum. Typické hodnoty NA různých typů vláken: vlákna SI, GI NA = cca 0,3vlákna SMNA = cca 0,05.

10. 2.2 Materiály používané pro optická vlákna Základní materiál skleněných optických vláken je SiO2 a legovací příměsi (např. GeO2, P2O2), jejichž koncentrací a rozložením v průřezu jádra se dosahuje žáda- ný průběhindexulomu jádra a pláště vlákna. Jejich měrný útlum sepohybuje v jednotkách dB/1km. Jsouvyráběna i levnější optická vlákna z plastických hmot, ale jejich měrný útlum je výrazně větší (až 150 dB/km na vlnové délce 0,57 m). 2.3Buzení optických vláken Pro buzení optických vláken se používají tři základní typy zdrojů: elektroluminiscenční dioda- šířka spektra 30 až 40 nm, polovodičový injekční laser (laserová dioda)- šířka spektra  asi 1 nm,neodymový laser- typická šířka spektra několik desetin nm. Vhodným způsobem buzení vlákna lze potlačit nežádoucí vidy a vidové disperse šířícího se světelného vlnění. 2.4 Používané vlnové délky záření Měrný útlum je závislý na vlnové délce. Vlivem různých typůdispersepři některýchvlnových délkáchklesáměrnýútlum (tzv. dispersní okna kolem 850 nm, 1250 nm,1550 nm). Tyto oblasti je vhodné využívat pro přenos.

11. 2.5 Disperze a její vliv Přenos optické informace v optických kabelech ovlivňuje disperze. Způsobuje vícenásobné šíření a tím i deformaci výstupního, zejména digitálního, signálu. V případě optických vláken se uplatňují různé typy disperse: Materiálová disperze vlivem závislosti indexu lomu na vlnové délce. Dochází k časovému posunudílčích kmitočtových složek a tím i k rozšiřování impulsní odezvy vlákna. Vidová disperze. Vzniká v mnohovidových vláknech, protože jednotlivé vidy mají různý směr šíření paprsku vzhledem k ose vlákna a tedy i různě dlouhé dráhy šíření. Vlnovodová disperze. Uplatňuje se i u jednovidových vláken, protože rychlost šíření vidu závisí na kmitočtu vi= F(f ). Vliv materiálové disperze lze vyjádřit vztahem Ti = Dm .  .lov, v němž značíTi…. šířku impulsové odezvy s, Dm.. koeficient materiálové disperse s.m-2, …šířku spektra budiče optického záření m, lov…délku optického vlákna m.

12. 2.6 Přednosti optických vláken Výhody optických vláken ve srovnání s klasickými metalickými koaxiálními kabely se projevují zejména v těchto směrech:   malý měrný útlum s tím i možnost distribuce signálů na větší vzdálenosti, podstatně větší šířka kmitočtového pásma umožňující multiplexní vícekaná- lovýpřenos digitálních televizních a datových signálů, velmi dobrá izolace přenosového média vůči okolí, nepatrný vliv vnějších polí na kvalitu přenosu, úspora mědi apod. Přenášenou přenosovou rychlost R digitálních signálů) ovlivňuje především disperze, vlivem níž dochází k prodlužování impulsů, jejich překrývání a tím i zvýšení chybovosti. Tento jev se zvětšuje s kmitočtem a délkou kabelu. Přenosové kapacity různých typů různě buzených optických vláken vlákno SI buzené LED………………………….PKdig …..10 – 100 Mbit.s-1.km, vlákno GI buzené LED………………………….PKdig …200 – 300 Mbit.s-1.km, vlákno GI buzene laserovou diodou………...PKdig …500 –1000 Mbit.s-1.km, vlákno SM buzené laserovou diodou………..Pkdig…1000– 2000 Mbit.s-1.km, vlákno SM buzené neodymovým laserem…..Pkdig…5000–20000 Mbit.s-1.km. Z hlediska dosažení největší přenosové kapacity (příp. délky spoje) jsou tedy nejvhodnější jednovidová optická vlákna SM buzená neodymovým laserem.

13. Kabel se 4 až 24 vlákny je určen pro rozvody počítačových sítí, kancelářské rozvody aj. Vyrábí se s SM (9/125 µm) nebo GI vlákny (50/125, příp. 62/125 µm), sekundární ochranou 900 µm, tahovým prvkem (armid) a s centrálním tahovým členem (sklolaminát). Technické parametry vnější průměr Simplex kabelu 2.0….7,4 mm,  sekundární ochrana 900 µm,  tahové prvky v simplex kabelech – aramid, natrhávací příze, centrální tahový člen – sklolaminát, vnější plášť – PVC. 2.7 Ukázka provedení optického vícežilového kabelu

14. Děkuji Vám za pozornost Václav Říčný Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky