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

Televizní kabelové rozvody Orbis pictus 21. století Televizní kabelové rozvody pasivní prvky TKR (a) Obor: Elektriář Ročník: 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

PASIVNÍ PRVKY TKR 1 Metalická vedení Pro 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. .

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 pod C…měděný drát vnějším vodičem v mm L….lanko z měděných drátků 1. písmeno označuje druh kabelu 3. písmeno vyjadřuje materiál dielektrika V….vysokofrekvenční souosý kabel C…dielektrikum z pěnového polyethylenu (pPE) P….vysokofrekvenční souměrný dvojvodič E….dielektrikum z plného polyetylénu (PE) D....“rourko- balónková“ konstrukce dielektrika 4. písmeno určuje materiálově - konstrukční provedení vnějšího vodiče O….jednoduché opředení měděnými drátky D….dvojité opředení měděnými drátky U….měděná páska s jednoduchým opředením měděnými drátky F….konstrukce s přeloženou měděnou fólií V….měděná páska s podélně uloženými měděnými drátky Z….zvlněná měděná trubka (vlnovec) Al…hliníková páska 5. písmeno určuje materiálově - konstrukční provedení pláště Y.…měkčené PVC E….polyethylén D….dvojité opláštění PE + PVC (vnější prostředí)

1.2 Měrný útlum bkdB koaxiálního kabelu dB/m je způsoben skinefektem na vnitřním vodiči, ztrátami v mědi Cu, v dielektriku D a 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 je k = 1 až 1,2, pro f  f0 je k = 1) Kmitočtová závislost měrného útlumu bkdB(f) různých koaxiálních 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) 1 2 3 4

na vedení vlivem výstupního nepřizpůsobení (R2  Z0) 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

1.4 Zkreslení vlivem odrazů signálů při nepřizpůsobení Zpoždění to odraženého signálu v bodě X vlivem nepřizpůsobení v bodě Y je dáno vztahem a pro odstup odraženého signálu (U0/U)dB v místě připojení přijímače platí (měrný útlum kabelu bkdB se dosazuje v dB/100m) Viditelnost odrazu v obraze vlivem nepřizpůsobení je závislá na úrovni Uo a době zpoždění to odraženého signálu v bodě připojení přijímače X. Kritická délka kabelu l je délka měřená 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 pro pevné polyethylenové dielektrikum je r  2,30 a potom vf  0,66 c, pro pěnové polyethylenové dielektrikum je r  1,42 a potom vf  0,82 c.

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 až 1,5 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) - se skokovou 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.

2.1 Princip šíření světla (záření) optickým vláknem Pro totální odraz od pláště uvnitř vlákna platí Snellův zákon n2/n1 = sin / sin při n1  n2 . Pro vstupující světelný paprsek platí obdobně n1/n0 = sin / sin  při n1  n0, n2, n1, n0 značí 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 n1 a pláště n2, který se obvykle vyjadřuje pomocí tzv. numerické apertury NA NA =  sin max. NA odpovídá 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 0,3 vlákna SM NA = cca 0,05.

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 průběh indexu lomu jádra a pláště vlákna. Jejich měrný útlum se pohybuje v jednotkách dB/1km. Jsou vyráběna i levnější optická vlákna z plastických hmot, ale jejich měrný útlum je výrazně větší (až 150 dB/km na vlnové délce 0,57 m). 2.3 Buzení 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 typů disperse při některých vlnových délkách klesá měrný útlum (tzv. dispersní okna kolem 850 nm, 1250 nm,1550 nm). Tyto oblasti je vhodné využívat pro přenos.  

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 posunu dílčích 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 značí Ti…. šířku impulsové odezvy s, Dm.. koeficient materiálové disperse s.m-2, …šířku spektra budiče optického záření m, lov… délku optického vlákna m.

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- lový přenos 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.

2.7 Ukázka provedení optického vícežilového kabelu 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.

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