پایان نامه فیبر نوری
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:86
+ دستورالعمل نگارش و تدوین پایان نامه
چکیده :
طی سالها ، تکنولوژی جدیدی در زمینهی ارسال مخابرات از طریق کابلها ، به شکل فراینده مورد پذیرش واقع شدهاست. در اینجا ، سیگنالها بر خلاف تکنولوژی کابلمسی ، به کمک موجبرهایی موسوم به تارهاینوری ، به شکل نوری ارسال میشوند. این پدیده با دستیابی به اجزای نیمههادی مناسبی نظیر لیزرها ، دیودهای نور گسیل و دیودهای نوری توسعه یافت. همزمان با آن ، بهمنظور تأمین نیازهای تکنولوژی تارنوری، در سیستمهای انتقالرقمی موجود نیز پیشرفت حاصل شد. در دو دههی اخیر ،مخابراتنوری از طریق کابلهای تارنوری، رقیبی عمده برای سیستمهای گذشته و موجود مخابراتی شدهاست. با توانایی محیط انتقال تارنوری در ارسال اطلاعات با ظرفیت بالا و قدرت فرستندهی کم، این روند در سالهای آتی ادامه خواهدیافت، بهنحوی که با گذشت زمان وپیشرفت تکنولوژی ، سیستم مخابرات تارنوری ، جایگاه والاتری در شبکهی مخابراتی آتی خواهدداشت. این سیستم در چند سال اخیر وارد شبکهی مخابراتی ایران نیز شده و کاربرد آن در شبکهی بین شهری و همچنین بین مراکز تلفنی به نحو اجتناب ناپذیری در مقایسه با سایر سیستمها افزایش یافتهاست. از جهت تولیدی نیز به همت برخی از مسئولین مخابرات کشور تلاشهایی در زمینهی کابلیکردن تارنوری و نیز شناخت لوازم سیستم تارنوری ، و در دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی نیز آموزشوپرورش در این زمینه آغاز شدهاست. این پایاننامه شامل 5 فصل است.در فصلاول بعد از مطالعهی تاریخچهی مخابراتنوری ، به مقایسهی بین فیبرنوری و کابلهای مسی میپردازیم. سپس کاربردهای تارنوری به صورت صوت در خطوطتلفن، خطوطارتباطی در نیروگاهها و خطوطراهآهن و ارتباطات میدان رزم...، به صورت تصویر در پخش تلویزیونی و در بیتهای مداربسته ، تلویزیونکابلی و...، برای انتقالداده در سیستمهای رایانهای، در هواپیماها و کشتیها و...، و در احساسکنندهها بیان شدهاست. در فصلدوم، فیزیکنور و قوانین حاکم بر فیزیک نور موردبررسی قرار میگیرد. سپس در مورد انتقال نور در فیبرنوری مطالبی بیان میشود. فصلسوم با بیان چگونگیانتقال در رسانههای انتقال و اساسأ اجزای مورداستفاده دراین انتقال ، شروع میشود. در ادامه بهبیان عناصر خط انتقال فیبرنوری میپردازیم. در فصلچهارم، با معرفی کوارتز (دیاکسیدسیلیسیم sic2 ( ، بهعنوان مادهی اصلی سازندهی شیشه مورداستفاده در فیبرنوری، به مطالعهی انواع فیبرنوری از نظر شیوهی انتقال ، حفاظت ، روکش و مادهی سازنده میپردازیم. درانتهایفصل ، روشهای مختلف ساخت فیبرنوری بیان شدهاست. درفصلپنجم، دربارهی طراحی یک شبکهی فیبرنوری و چگونگیاتصال فیبرهاینوری به یکدیگر، صحبت شدهاست.
-1 تاریخچهی فیبرنوری :
مخابرات با استفاده از نور در اوایل دوران پیشرفت بشری، از زمانی که بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پیام خود را ارسال می کرد ، شروع شدهاست. این خود به طور بدیهی یک نوع مخابرات نوری است و در تاریکی قابل اجرا نمی باشد. اطلاعات از فرستنده به گیرنده بر روی پرتو خورشید حمل می گردد.
در سال 1880 الکساندرگراهام بل یک سیستم مخابرات نوری به نام فتوفون را اختراع کرد. در این سیستم بل از یک آینه ی نازک که توسط صدا به لرزه در می آید استفاده نمود. نور خورشید منعکس شده از آینه، اطلاعات را حمل می کند. در گیرنده این نور خورشید مدوله شده به سلنیوم هادی نور اصابت می کند و در آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. این سیگنال الکتریکی در یک تلفن مجددأ به سیگنال صوتی تبدیل می گردد.
ابداع لامپ های ساخت بشر منجر به ساخت سیستم های مخابراتی ساده مثل چراغ های چشمک زن در کشتی و یا بین کشتی و ساحل، چراغ های راهنمای اتومبیل ها و یا چراغ های راهنمایی گردید. در واقع هر نوع چراغ راهنمایی در اصل یک سیستم مخابراتی نوری است.
در سال 1960 جزء کلیدی در سیستم های عملی تاری ، یعنی یک تار با کارایی مناسب ، وجود نداشت. هر چند که ثابت شده بود نور می تواند توسط یک تار شیشه ای هدایت شود، تار های شیشه ای موجود بیش از اندازه نور را تضعیف مینمود. در سال 1970 اولین تار نور واقعی با افت کم ساخته شد و مخابرات تار نوری عملی گردید. این موضوع درست 100 سال پس از آزمایش تیندال (John tindall ) فیزیکدان انگلیسی بود که به مجمع سلطنتی نشان داد که نور می تواند در طول یک مسیر منحنی در بخار آب هدایت شود.
هدایت نور توسط تار های شیشه ای و توسط بخار آب ، شواهدی بر یک پدیده ی واحد هستند:
پدیده انعکاس داخلی کلی (total internal reflection )
2-1 مزایای تار های نوری
1-2-1 قیمت پایین:
ماده ی اصلی برای تار های شیشه ای اکسید سیلیکون است که به وفور یافت می شود. بعضی از تار های نوری از پلاستیک شفاف، که به سهولت در دسترس است ، ساخته می شوند. اکثرأ مهمترین عامل قابل توجه هزینه است. از طرفی اگر یک تار خط تاری به دلیل یک حادثه و یا به دلیل ایجاد تغییراتی در سیستم قطع شود ، بلیستی یا محلهای قطع شده را پیوند داد و یا اتصال دهنده های جدید بسته شوند. این کار ها برای تار ها نیاز به وقت و تخصص بیشتری دارد تا برای سیم ها.
در نتیجه ، در طراحی سیستم هایی که احتمال تغییرات زیادی در آن می رود، هزینه ی نگهداری باید مورد توجه قرار گیرد.
2-2-1 استحکام کششی مناسب:
اضافه کردن روکش پلاستیکی ، استحکام کششی یک خط انتقال تاری را زیاد میکند. در صورت لزوم ، برای باز هم بیشتر کردن استحکام می توان میله های فلزی در داخل کابل پلاستیکی قرار داد. ماده ی محکم کننده ی دیگر کولار(Kevlar) است که یک تار پلیمری ترکیبی ، با استحکام زیاد می باشد. علیرغم طبیعت آشکار شکنندگی شیشه، کابل های تار نوری بسیار نیرومند و قابل بکارگیری هستند.
3-2-1 پهنای باند وسیع:
یکی از مزایای تار نوری ، توانایی آنها در انتقال اطلاعات به مقدار زیاد ، چه به شکل دیجیتال و چه به شکل آنالوگ ، می باشد. به عنوان مثال ، یک تار واحد از نوع ساخته شده برای خدمات تلفنی می تواند داده ها را با میزان T3 یعنی 4407 مگا بیت بر ثانیه ، هدایت کند. این تار 672 کانال صوتی را ارسال می کند. تار های با ظرفیت حتی بیش از این هم در دسترس می باشند.
4-2-1 محافظت در مقابل تداخل و ترویج:
تار های نوری، شیشه یا پلاستیک ، عایق هستند. جریان الکتریکی در اثر سیگنال ارسالی و یا در اثر تشعشعات خارجی که به تار برخورد می کنند ، از آن نمی گذرد. به علاوه، موج نوری در داخل تار محبوس است، بنابراین هیچ تعدادی از موج نوری به بیرون نشت نمی کند که با سیگنال های موجود در سایر تار ها تداخل نماید. بر عکس،نور نمی تواند از کنار تار به داخل آن تزویج شود. نتیجه می گیریم که یک تار از تداخل و تزویج با سایر کانال های ارتباطی ، خواه نوری و خواه الکتریکی ، به خوبی محافظت شده باشد.
5-2-1 ایزو لاسیون کامل الکتریکی:
تار های الکتریکی به دلیل عایق بودن ، پالس های الکترو مغناطیسی (EMP ) حاصل از انفجار های هسته ای را(که می تواند میلیون ها ولت در یک خط انتقال هادی القاء کنند) نمی گیرند و یا منتشر نمی کنند. پالس ولتاژ می تواند چندین مایل در طول سیم حرکت کند و بالاخره (به دلیل توانی که دارد) ابزار های الکتریکی موجود در انتهای مسیر را خراب کند. در محیط هایی که در آنها خطوط ولتاژ بالا وجود دارند، یک خط ارتباطی سیمس احتمالأ می تواند با افتادن روی این خطوط آنها را اتصال کوتاه کند و خسارت های قابل توجهی به بار آورد. این مسئله با وجود تار ها منتفی است. مزیت دیگر این است که تزویج نوری نیاز به زمین مشترک بین فرستنده ی تار نوری و گیرنده را منتفی می کند. به علاوه، امکان تعمیر تار در حالی که سیستم روشن است، بدون آنکه احتمال اتصال کوتاه شدن مدار الکتریکی فرستنده و یا گیرنده باشد، وجود دارد. این مشکل ممکن است در موقع تعمیر یک کابل فلزی رخ دهد.
6-2-1 امنیت:
تارها درجه ای از امنیت و پنهان بودن را عرضه می کنند. چون تار ها انرژی تشعشع نمی کنند، برای یک مزاحم ، آشکار سازی سیگنال ارسالی مشکل است. برای دسترسی به سیگنال ، تار می بایستی به طور فیزیکی شکسته شود. قطع تار، یا اتصال یک تار جدید به تار ارسال کننده ، دسترسی به پرتو را ممکن می سازد. در خلال چنین اصلاحاتی روی خط ، قدرت رسیده به گیرنده افت می کند. یک گیرنده ی حساس می تواند این تضعیف را اندازه بگیرد و وجود مزاحم را خبر دهد. برای بهبود دادن موفقیت در آشکار سازی ، مزاحمت سیستم به طور مداوم باید تحت نظر باشد.
7-2-1 مصونیت در مقابل خوردگی :
خوردگی به دلیل آب یا مواد شیمیایی ، برای شیشه ای که جایگزین مس شده است به مراتب بی اهمیت تر است. به هر حال آب نبایستی به شیشه نفوذ کند. برای کاربرد های زیر دریایی ، تارها در داخل کابل هایی قرار می گیرند که آنها را در مقابل آب محافظت می کنند.
8-2-1 غیر قابل اشتعال بودن:
تار های شیشه ای ، خودشان می توانند درجه حرارت های شدیدی را بدون آنکه خراب شوند ، تحمل نمایند. درجه حرارت هایی نزدیک به 800 درجه ی سانتی گراد ، اثری روی تار شیشه ای نمی گذارد. همچنین ، چون الکتریسیته از فیبر های نوری عبور نمی کند ، بنابراین امکان بروز آتش سوزی پایین است.
9-2-1 وزن کم و قطر کوچک:
مزیت دیگر فیبر های نوری ، کوچک بودن قطر آنهاست که باعث میشود فضای کمتری اشغال کنند. این ویژگی در هواپیما ها و سفینه های فضایی اهمییت بسزایی دارد. فیبر های نوری با توجه به قطر کم دارای وزن بسیار کمی نیز می باشند که این دو مسئله باعث میگردد طول بسیار زیادی از فیبر ها روی یک قرقره بسته شده و به سادگی حمل شوند. یک مقایسه بین فیبر نوری و کابل مسی نشان می دهد که 40 کیلومتر فیبر نوری دارای وزنی حدود 1 کیلوگرم است. در صورتی که 5/1 کیلومتر سیم مسی با قطر 32% میلی متر دارای وزن 1 کیلو گرم می باشد.
10-2-1 اتلاف پایین:
اتلاف در فیبر های نوری نسبت به کابل های مسی بسیار کم بوده و به همین دلیل ، در هر 30 تا 120 کیلو متر به تکرار کننده نییاز داریم ، در حالی که در سیم های مسی در هر 5 کیلو متر یک تکرار کننده استفاده می شود. اتلاف فیبر هایی که هم اکنون به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند ، در حدود 0/2 Db/km می باشد. این میزان اتلاف در طول موج های مختلف متفاوت بوده و به چندین عامل بستگی دارد.
11-2-1 نصب و نگهداری آسان تر:
با توجه به طول زیاد (چندین کیلومتر) وتضعیف کم در سیستم های فیبر نوری ، فاصله ی تکرار کننده ها در این سیستم ها نسبت به سیستم های کابل مسی بیشتر است. در نتیجه تعمیرات این کابل ها ساده تر و با هزینه ی کمتری انجام می گیرد و از آنجایی که تعداد مفصل ها نسبت به کابل های مسی کمتر است و هر مفصل مقدار کمی اتلاف در سیستم ایجاد می کند ، در نتیجه خرابی کمتر بوده و نصب و نگهداری آسان تر می باشد.
12-2-1 فرستنده هایی با قیمت کمتر:
سیگنال در فیبر های نوری کمتر دچار اتلاف می شوند بنا بر این فرستنده هایی با قدرت کمتر می توانند به جای فرستنده های الکتریکی با ولتاژ بالا که برای سیم های مسی استفاده می شوند ، به کار روند و این باعث صرفه جویی در قیمت میگردد.
13-2-1 انعطاف پذیری:
تارها و کابل های نوری نشان داده اند که به طور تعجب آوری محکم و انعطاف پذیر هستند. بعضی تار ها آنقدر نرم هستند که وقتی به دور منحنی با شعاع فقط چند سانتی متر پیچیده شوند ، قطع نمی شوند. تار ها غالبأ در موقع نگهداری و حمل به دور قرقره هایی که چنین شعاع انحنای کوچکی دارند ، محکم پیچیده می شوند. قابلیت انعطاف تار ها در مواردی از نصب که در طول مسیر انتقال پیچ های زیادی وجود دارد ، جالب توجه است. برای خمش های با شعاع انحنای زیاد ، تار ها ، نور را با تضعیف قابل اغماضی هدایت میکنند.
این انعطاف پذیری باعث می شود که در بسیاری از دوربین های دیجیتالی انعطاف پذیر ، برای اهداف زیر مورد استفاده قرار گیرد:
الف- تصاویر پزشکی : مانند استفاده در دستگاه های آندوسکوپی ، برونکسکوپی و لاپاراسکوپی
ب- تصاویر مکانیکی : بازرسی نقاط جوش مکانیکی در لوله ها و موتور های هواپیما ها ، راکت ها ، فضاپیماها و ماشینها که امکان دسترسی به آنها مقدور نمی باشد.
و...
دانلود پایان نامه فیبر نوری