Развитие средств связи

Министерство образования Российской Федерации Профессионального училища 24 Реферат По Физике на тему Развитие средств связи. Учащегося группы 2009 Содержание. Введение 1. История развития средств связи 2. Современные средства связи 1. Радио .2.Изобретение Радио А.С. Попова 3. Телевиденье 4. Искусные спутники земли 18 2.5
Сотовая и спутниковая связь . 2.6 Пейджинговая связь . 6.1 Рапростронение радио волн .2.7 Оптоволоконная связь 7.1 Физические особенности 7.2 Технические особенности 7.3 Оптическое волокно .7.4Волоконно-оптический кабель 7.5Оптические соединители 35 Литература 36 Введение В сфере современных телекоммуникаций происходят глобальные изменения стремительно
развиваются средства и способы связи, непрерывно увеличиваются ее возможности, совершенствуются технологии. Отразить все это в школьном учебнике практически невозможно. Даже переизданные в самые последние годы учебники содержат довольно устаревшие сведения. Поэтому, главная проблема, с которой я встречаюсь при подготовке реферата по данной теме, заключается в том, что состояние вопроса на момент изучения материала очень сильно опережает информацию об этом
в учебной литературе. Я вынужден был пользоваться сведениями из внешних источников. Однако, на сегодня нет адаптированной информации по данной теме. Сведения в средствах массовой коммуникации разрознены и только на их основе трудно представить целостную картину современных средств связи. Статьи в специальных журналах и книгах рассчитаны на профессионалов этой области и неспециалисту разобраться в них почти невозможно.
Например, о мобильной телефонной связи некоторые могут только знать из разговоров или средств массовой информации, то другие, могут постоянно наблюдать его в работе, порой имеют возможность пользоваться им, поэтому совсем по-иному понимают и представляют и его возможности, и принцип действия. Если некоторые школьники видели компьютеры только на расстоянии, то другие используют эти компьютеры, часами просиживая в Интернете дома, в компьютерных центрах, кружках. Понятно, что последние, ощущая себя звеньями в этих бесконечных переплетающихся системах связи, имеют совершенно другие представления о современных телекоммуникациях. При этом написании реферата одновременно решит сразу несколько проблем. Во-первых, пополнит знания о новых достижениях науки и техники. Во-вторых, решит одну из важнейших медиаобразовательных задач, а именно, позволит заглянуть за кулисы
производства информации, понять механику ее создания и распространения. При изучении данной темы должны решаться следующие задачи рассмотреть принципы современной радио- и телевизионной связи рассмотреть принципы организации телекоммуникационных систем показать, как используются современные достижения науки и техники в сфере массовой информации Вскрыть механику создания информации, показать уровень ее возможностей на современном этапе.
Благодаря средствам связи произошла техническая революция, то есть произошли в нашей жизни такие глубокие изменения, что стало необходимым изменить свое отношение к информации, получаемой по различным каналам о происходящих в мире событиях. 1.История развития средств связи С древних времен человечество искало и совершенствовало средства обмена информацией. На малые расстояния сообщения передавались жестами и речью, на большие-с помощью костров, находящихся
друг от друга в пределах прямой видимости. Иногда между пунктами выстраивалась цепочка людей и новости передавались голосом по этой цепочке от одного пункта до другого. В центральной Африке для связи между племенами широко использовали барабаны тамтам. Идеи о возможности передачи электрических зарядов на расстояния и об осуществлении таким путём телеграфной связи высказывались с середины XVIII века. Профессор Лейпцинского университета Иоган Винклер – именно он усовершенствовал электростатическую машину, предложив натирать стеклянный диск не руками, а подушечками из шелка и кожи в 1744 г. писал С помощью изолированного подвешенного проводника возможна передача электричества на край света со скоростью полёта пули . В шотландском журнале The Scot s Magazine 1 февраля 1753 г. появилась статья, подписанная только Ч.М. в последствии выяснилось, что её автор
Чарльз Морисон – учёный из г. Ренфрю , в которой впервые была описана возможная система электросвязи. Предлагалось подвесить между двумя пунктами столько неизолированных проволок, сколько букв в алфавите. Проволоки в обоих пунктах прикрепить к стеклянным стойкам, чтобы концы их свисали и заканчивались бузиновыми шариками, под которыми на расстоянии 3-4мм расположить буквы, написанные на бумажках. При касании в пункте передачи кондуктором электростатической машины конца проволоки, соответствующей
требуемой букве, в пункте приёма наэлектризованный бузиновый шарик притягивал бы бумажку с этой буквой. В 1792 г. Женевский физик Жорж Луи Лесаж описал свой проект линии электрической связи, основанной на прокладке 24 медных неизолированных проволок в глиняной трубе, внутри которой через каждые 1,5 2м устанавливались бы перегородки-шайбы из глазурованной глины или стекла с отверстиями для проволок. Последние, таким образом, сохраняли бы параллельное расположение, не соприкасаясь между собой.
По одной неподтверждённой, но весьма вероятной версии Лесанж в 1774 г. в домашних условиях провёл несколько удачных опытов телеграфирование по схеме Морисона – с электризацией бузиновых шариков, притягивающих буквы. Передача одного слова занимала 10 15 мин, а фразы 2 3 часа. Профессор И. Бекман из Карлсруэ в 1794 г. писал Чудовищная стоимость и другие препятствия никогда не позволят серьёзно рекомендовать применение электрического телеграфа. А всего лишь через два года после этого пресовутого никогда по проекту испанского медика Франсиско Саьвы военным инженером Августином Бетанкуром была сооружена первая в мире линия электрического телеграфа длиной 42 км между Мадридом и Аранхуэсом. Ситуация повторилась через четверть века спустя. С 1794 года с начало в
Европе, а затем в Америке широкое распространение получил так называемый семафорный телеграф, изобретённый французским инженером Клодом Шаппом и даже описанный Александром Дюма в романе Граф Монтекристо . На трассе линии строились на расстоянии прямой видимости 8 10 км высокие башни с шестами типа современных антенн с подвижными перекладинами, взаимное расположение которых обозначало букву, слог или даже целое слово.
На передающей станции сообщение кодировалось, и перекладины поочерёдно устанавливались в нужные положения. Телеграфисты последующих станций дублировали эти положения. На каждой башне посменно дежурили двое один – принимал сигнал от предыдущей станции, другой – передавал его на следующую станцию. Хотя этот телеграф и послужил человечеству более полувека, он не удовлетворял потребности общества в быстрой связи. На передачу одной депеши затрачивалось в среднем 30 мин.
Неизбежно были перерывы связи при дождях, туманах, вьюгах. Естественно, что чудаки изыскивали более совершенные средства связи. Лондонский физик и астроном Френсис Рональдс в 1816 г. начал проводить опыты с электростатическим телеграфом. В своём саду, в пригороде Лондона, он соорудил 13-километровую линию из 39 неизолированных проводов, которые подвешивались посредством шелковых нитей на деревянных рамах , установленных через 20 м. Часть линии была подземной – в траншею глубиной 1,2 м и длиной 150 м был уложен деревянный просмоленный желоб, на дне которого были расположены стеклянные трубки с пропущенными в них медными проволоками. В 1823 г. Рональдс опубликовал брошюру с изложением полученных результатов. Кстати, это был первый в мире печатный труд в области электрической связи. Но когда он предложил свою систему телеграфа властям,
Британское Адмиралтейство заявило Их светлости вполне удовлетворены существующей системой телеграфа вышеописанного семафорного и не намерены заменять её другой . Буквально через несколько месяцев после открытия Эрстедом эффекта воздействия электрического тока на магнитную стрелку эстафету дальнейшего развития электромагнетизма подхватил знаменитый французский физик, теоретик, Андре Ампер – основоположник электродинамики.
В одном из своих сообщений в академии наук в октябре 1820 года он первым выдвинул идею электромагнитного телеграфа. Подтвердилась возможность писал он заставить перемещаться намагниченную стрелку, находящуюся на большом расстоянии от батареи, с помощью очень длинного провода . И далее Можно было бы передавать сообщения, посылая телеграфные сигналы по очереди по соответствующим проводам. При этом количество проводов и стрелок должно быть взято равным числу букв в алфавите.
На приёмном конце должен находиться оператор, который записывал бы переданные буквы, наблюдая отклоняющиеся стрелки. Если провода от батареи соединить с клавиатурой, клавиши которой были бы помечены буквами, то телеграфирование можно будет осуществлять нажатием клавиш. Передача каждой буквы занимала бы лишь время, необходимое для нажатия клавиш, с одной стороны, и прочтения буквы – с другой стороны . Не принимая новаторскую идею, английский физик П. Барлоу в 1824 году писал В самой ранней стадии экспериментов с электромагнетизмом Ампер предложил создать телеграф мгновенного действия при помощи проводов и компасов. Однако сомнительным было утверждение, что окажется возможным осуществить указанный проект с проводом длинной до четырёх миль 6,5 км . Произведенные мною опыты обнаружили, что заметное ослабление действия происходит уже при длине провода 200 футов 61 метр , и это меня убедило в неосуществимости подобного
проекта . А всего лишь еще через восемь лет член-корреспондент Российской академии наук Павел Львович Шиллинг воплотил идею Ампера в реальную конструкцию. Изобретатель электромагнитного телеграфа П. Л. Шиллинг первым понял сложность изготовления на заре электротехники надёжных подземных кабелей и предложил наземную часть проектируемой в 1835-1836 гг. телеграфной линии сделать воздушной, подвесив
неизолированный голый провод на столбах вдоль Петергофской дороги. Это был первый в мире проект воздушной линии связи. Но члены правительственного Комитета для рассмотрения электромагнетического телеграфа отвергли показавшийся им фантастическим проект Шиллинга. Его предложение было встречено недоброжелательными и насмешливыми возгласами. А через 30 лет, в 1865 году, когда протяженность телеграфных линий в странах
Европы составила 150 000 км, 97 из них приходились на долю линий воздушной подвески 2.СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ В современном мире существуют различные средства связи, которые постоянно развиваются и совершенствуются. Даже такой традиционный вид связи как почтовое сообщение доставка сообщений в письменном виде претерпел существенные изменения. Эта информация доставляется по железным дорогам и самолетами взамен старинных почтовых карет. С развитием науки и техники появляются новые виды связи. Так в XIX веке появился проволочный телеграф, по которому информация передавалась с помощью азбуки Морзе, а затем был изобретен телеграф, в котором точки и тире были заменены буквами. Но этот вид связи требовал протяженных линий передач, прокладки кабелей под землей и водой, в которых информация передавалась посредством электрических сигналов. Необходимость в линиях передач осталась и при передаче информации посредством телефона.
В конце XIX века появилась радиосвязь – беспроволочная передача электрических сигналов на большие расстояния с помощью радиоволн электромагнитных волн с частотой в диапазоне 105-1012 Гц . Но для развития этого вида связи необходимо было увеличить ее дальность, а для этого требовалось увеличить мощность передатчиков и чувствительность приемников, получающих слабый радиосигнал. Эти проблемы постепенно решались с появлением новых изобретений – электронных ламп в 1913 году, а после
второй мировой войны они стали заменяться полупроводниковыми интегральными схемами. Появились мощные передатчики и чувствительные приемники, их размеры уменьшались, а параметры улучшались. Но оставалась проблема – как заставить радиоволны обогнуть земной шар. И было использовано свойство электромагнитных волн частично отражаться на границе раздела двух сред от поверхности диэлектрика волны отражались слабо, а от проводящей поверхности – почти без потерь .
В качестве такой отражающей поверхности стал использоваться слой ионосферы земли, верхний слой атмосферы состоящий из ионизированных газов . Этот слой прекрасно отражает радиоволны с длинной 10-100 метров. Многократно и попеременно отражаясь от иона сферы и поверхности земли, короткие радиоволны огибают земной шар, передавая информацию в самые отдаленные части планеты. После того как был изобретен телефон и найдены способы осуществления дальней радиосвязи естественно появилось желание объединить эти два достижения. Необходимо было решить проблему передачи электрических колебаний низкой частоты, создаваемой вибрацией мембраны телефонной трубки под влиянием человеческого голоса. И она была решена путем смешивания этих низкочастотных колебаний с высокочастотными электрическими колебаниями радиопередатчика. Форма высокочастотных радиоволн изменялась в строгом соответствии с тем, какие звуки рождали низкочастотные электрические колебания.
Звуковые колебания стали распространяться со скоростью радиоволн. В радиоприемнике смешанный радиосигнал разделялся и низкочастотные звуковые колебания воспроизводили переданные звуки. Существенными достижениями в развитии средств связи явились изобретения фототелеграфа и телевизионной связи. С помощью этих средств связи передаются видеосигналы. Сейчас с помощью фототелеграфа на огромные расстояния происходит передача текста газет и различная
информация. Количество телевизионных каналов, которые занимают область сверхвысоких радиочастот от 50 до 900 МГц, непрерывно растет. Каждый телевизионный канал имеет ширину около 6 МГц. В пределах рабочей частоты канала передается 3 сигнала звуковой, передаваемый по способу частотной модуляции видеосигнал, передаваемый по способу амплитудной модуляции сигнал синхронизации. Естественно, для осуществления телевизионной связи необходимо уже два передатчика один для звуковых,
другой для видеосигналов. Следующим шагом совершенствования телевизионных средств связи было изобретение цветного телевидения. Но современные требования, предъявляемые к средствам связи, все время требуют их дальнейшего усовершенствования, сейчас начинается внедрение цифровых систем передачи информации, изображения, звука, которые в будущем заменят ныне действующие аналоговое телевидение. Телевизионные приемники нового поколения позволяют принимать передачи цифровые и аналоговые. Привычные экраны телевизоров и дисплеев заменяются жидкокристаллическими. Жидкокристаллические силиконовые дисплеи с использованием тонкопленочной технологии позволяют резко уменьшить потребление энергии за счет того, что не нужна подсветка экрана. Уже созданы фирмой Шарп телевизоры с новыми возможностями, имеющими доступ в Интернет и позволяющие пользоваться электронной почтой.
Использование в средствах связи цифровых систем, жидких кристаллов, оптических волокон позволяет на рубеже веков решить сразу несколько крайне важных для человека проблем снижение потребления энергии, уменьшение или, наоборот, увеличение размеров аппаратуры, многофункциональность, ускорение обмена информацией. Следующим шагом в совершенствовании средств связи было использование спутников для передачи радио и видеосигналов, когда переданный сигнал отражается не от ионосферы, а от искусственного спутника и принимается
наземными спутниковыми антеннами. С помощью таких спутников связи передается разнообразная информация от передач радио и телевидения до сверхсекретной информации военного характера. Недавно был запущен спутник связи для осуществления финансовых операций банками России, что многократно ускорит прохождение платежей на такой огромной территории как наша страна. Создаются целые сети спутниковой связи, которые позволят сделать предельно простым доступ российских
региональных пользователей к мировым информационным потокам. Абоненты сети в регионах получат по спутниковому каналу связи следующие услуги факс, телефон, Интернет, радио и телепрограммы. Современный мир, эфир которого заполнен множеством каналов связи, продолжает искать другие способы передача информации. Один из таких способов – передача сигнала с помощью света. В основе этого способа лежит то, что форму световых лучей можно изменить под действием электрических колебаний звуковой частоты. Свет переносит сигнал быстрее радиоволн. Частота световых волн во много раз выше радиоволн – у радиоволн это сотни и тысячи колебаний в секунду, а у света миллионы и миллиарды. Свет может доставить значительно больше информации за одно и тоже время, чем радиоволны. В качестве световодов используется оптическое стекловолокно создается из тончайшей
нити тяжелого стекла с большим показателем преломления, окруженной трубкой из стекла с низким показателем преломления. Яркость света до и после пробега по такому стекловоду практически не изменяется, так как световой луч испытывая на границе с трубкой полное отражение, отражаясь от стенок беспрепятственно достигает цели. В настоящее время идет интенсивное внедрение линий телефонной и телеграфной связи с использованием волоконно-оптических кабелей. В 1997 году по линиям электропередач проложено уже 1,3 тыс. км таких кабелей.
С развитием техники совершенствуется аппаратура средств связи. Например, на смену простой телефонной связи в организациях приходят цифровые телекоммуникационные системы обладающие огромными функциональными возможностями. Каждый из компактных аппаратных блоков системы позволяет задействовать десятки внутренних абонентов и внешних линий. К системе может быть подключено оборудование любого типа телефоны, факсы, компьютеры,
домофоны и т.д. С помощью этой системы можно запрограммировать объединение внутренних абонентов в группы, организовать входящие звонки в очередь к группе или отдельному абоненту, переадресовывать звонки. Кроме того, каждой группе может быть назначен супервизор, который будет иметь информацию обо всех звонках, поступающих к данной группе, о наличие очереди и иметь возможность динамично управлять этими процессами, регулируя очередь, и время ожидания ответа. При этом станция собирает и выдает полную статистику о звонках, которые были сделаны за день. Автоматический секретарь системы сам ответит на любой незапланированный звонок, выдаст справочную информацию, поможет клиенту дозвонится до нужного ему абонента. Система распознает голосовые команды достаточно произнести имя того, кто вам нужен, и система сама переключится на нужный номер. Но настоящей революцией в развитии средств связи можно считать появление всемирной системы общедоступных электронных сетей, которая носит обобщающее название
Интернет. Компьютерный мир уже давно стал сетевым. Начало созданию глобальной компьютерной сети было положено еще в 60-х годах. Появление Интернета, позволяющего людям из всех стран и всех континентов обмениваться огромными объемами информации, привело к своеобразному информационному перевороту. На смену традиционному средству связи почтовому сообщению приходит электронная почта.
Письмо по электронной почте доставляется мгновенно и цена доставки не зависит от места назначения идет ли оно в соседний дом или на другой континент . Проверить электронный почтовый ящик можно из любого места, где есть телефонные линии и доступ в Интернет. По Интернету можно получать электронные версии газет. При круглосуточном функционировании Интернета получаемая информация – самая оперативная, опережающая
радио и телевидение. Электронная почта дешевле обычной почты или факса 2-5 центов за килобайт информации – половина машинописной страницы . Сейчас на Западе начинается бум переговоров по Интернету, взамен телефонных. В Интернете, объединенные общими интересами, пользователи сети собираются в виртуальные группы и обсуждают последние новости или какие-либо проблемы. Этот вид связи получил название – Электронная конференция . Через Интернет можно получить доступ к информации многих библиотек мира даже библиотеки Конгресса США . В настоящее время число пользователей достигает 40 миллионов. Обычный способ подключения к сети Интернет осуществляется через телефонные линии или мобильные телефонные аппараты, работающие через спутник связи беспроводная технология . Беспроводная технология для компьютерных сетей в России, где при огромной территории кабельные телефонные
линии недостаточно многочисленны и разветвлены, является наиболее актуальной. Дальнейшее развитие инфраструктур связи разовьет Интернет в полноценную телекоммуникационную сеть. 2.1.Радио. 7 мая 25 апреля по старому стилю 1895 г. произошло историческое событие, которое по достоинству было оценено лишь спустя несколько лет. На заседании физического отделения Русского физико-химического общества РФХО выступил преподаватель
Минного офицерского класса Александр Степанович Попов с докладом Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям . Во время доклада А.С. Попов демонстрировал работу созданного им устройства, предназначенного для приёма и регистрации электромагнитных волн. Это был первый в мире радиоприемник. Он чутко реагировал электрическим звонком на посылки электромагнитных колебаний, которые генерировались
вибратором Герца. Вот что писала газета Кронштадский вестник от 30 апреля 12 мая 1895 г. по этому поводу Уважаемый преподаватель А. С. Попов комбинировал особый переносной прибор, отвечающий на электрические колебания обыкновенным электрическим звонком и чувствительный к герцевским волнам на открытом воздухе на расстоянии до 30 сажень. Изобретение радио Поповым было закономерным итогом его целеустремлённых исследований электромагнитных колебаний. В 1894 г. в своих опытах А. С. Попов начал использовать в качестве индикатора электромагнитных излучений когерер французского учёного Э. Бранли стеклянная трубка, заполненная металлическими опилками , впервые применённый для этих целей английским исследователем О. Лоджем. Александр Степанович упорно работал над повышением чувствительности когерера к лучам Герца и восстановлением его способности регистрировать на новые импульсы электромагнитного излучения
после воздействия предыдущей электромагнитной посылки. В результате Попов пришел к оригинальной конструкции устройства для приёма электромагнитных колебаний, тем самым, сделав решающий шаг к созданию системы для передачи и приема сигналов на расстояние. От опытов в стенах Минного класса Александр Степанович перешел к опытам на открытом воздухе. Здесь он реализовал новую идею для повышения чувствительности присоединил к приёмному устройству тонкую
медную проволоку – антенну. Дальность сигнализации от генератора колебаний вибратора Герца до приёмного устройства достигла уже нескольких десятков метров. Успех был полный. Эти опыты по сигнализации на расстояние, т.е. в сущности, радиосвязь, проводились в начале 1895 г. К концу апреля Попов счел возможным обнародовать их на заседании физического отделения РФХО. Так 7 мая 1895 г. стало днём рождения радио – одного из величайших изобретений
XIX века. 2.2.Изобретение радио А.С. Поповым В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волнпреподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов. Начав с воспроизведения опытов Герца, он затем использовал болеенадежный и чувствительный способ регистрации электромагнитных волн. В качестве детали, непосредственно чувствующей электромагнитные волны, А.С. Попов применил когерер от лат когеренция – сцепление . Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки.
В результате сопротивление когерера резко падает в опытах А.С. Попова со 10 до 1000 – 500 Ом, то есть в 100-200 раз . Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала.
Срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал легкую встряску , сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал. Схема радиоприемника А.С, Попова сделанная им самим Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи.
Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура , что увеличивает дальность приема . Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А .С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов. 7мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С .Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио.
Ныне он ежегодно отмечается в нашей стране. А. С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную аппаратуру. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м.
Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. Ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. Дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов.
В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России. Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи.
Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900г ледокол Ермак снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море . Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в. За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони. Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан. 2.3.Телевидение. Современное электронное телевидение зародилось в Санкт-Петербурге в проекте преподавателя Технологического института Бориса Львовича Розинга. В 1907 году он оформил патентные заявки в
России, Германии и Англии на изобретение телевизионного устройства с электронно-лучевой трубкой прототипом кинескопа , а 9 мая 1911 года продемонстрировал изображение на экране кинескопа. профессор Розинг писал впоследствии В. К. Зворыкин , ассистировал Розингу, а в 1918 году эмигрировал в США, став знаменитым учёным в области телевидения и медицинской электроники открыл принципиально новый подход к телевидению, с помощью которого он надеялся преодолеть
ограничения систем механической развёртки . Действительно, в 1928-1930 гг. в США и в ряде европейских стран началось ТВ вещание с помощь не электронных, а механических систем, позволяющих передавать лишь элементарные изображения с чёткостью 30-48 строк . Регулярные передачи из Москвы по стандарту 30 строк, 12,5 кадра велись на средних волнах с 1 октября 1931 г.
Аппаратура разрабатывалась во Всесоюзном электротехническом институте П. В. Шмаковым и В. И. Архангельским. В начале 30-х годов на зарубежных выставках, а затем и в магазинах стали появляться телевизоры на кинескопах. Однако чёткость изображения оставалась низкой, так как на передающей стороне по-прежнему использовались механические развёртывающие устройства. В повестке дня важная задача – создание системы, аккумулирующую световую энергию от передаваемого изображения.
Первым практически решил эту задачу В. К. Зворыкин, работавший в Американской радио корпорации RCA . Ему удалось создать, кроме кинескопа, передающую трубку с накоплением зарядов, которую он навал иконоскопом по-гречески наблюдать изображение . Доклад о разработке им с группой сотрудников полностью электронной ТВ системы, с чёткостью около 300 строк, Зворыкин сделал 26 июня 1933 года на конференции общества радиоинженеров США. А через полтора месяца после этого он прочёл свой сенсационный доклад перед учёными и инженерами Ленинграда и Москвы. В выступлении профессора Г. В. Брауде было отмечено, что у нас А. П. Константинов сделал передающую трубу с накоплением зарядов, похожую по принципу действия на трубку Зворыкина. А. П. Константинов посчитал нужным уточнить В моём устройстве в основном применён тот же самый принцип, но неизмеримо изящнее и практичнее сделано
это у д-ра Зворыкина 2.4.Искусственные спутники Земли. 4 октября 1957 года в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Ракета-носитель доставила спутник на заданную орбиту, наивысшая точка которой находится на высоте около 1000 км. Этот спутник имел форму шара диаметром 58 см и весил 83,6 кг. На нем были установлены 4 антенны и 2 радиопередатчика с источниками питания.
Искусственные спутники Земли могут быть использованы в качестве ретрансляционной станции, для телевидения, значительно расширяющей дальность действия телепередач радионавигационного маяка. 150px Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбитеИскусственный спутник Земли ИСЗ – беспилотный космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите. Для движения по орбите вокруг
Земли аппарат должен иметь скорость равную, или немного большую первой космической скорости. Полёты ИСЗ выполняются на высотах от 150 ? 160 километров до нескольких сотен тысяч километров. Нижнюю границу высоты полёта ИСЗ обуславливает необходимость избежания процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких суток. Особое значение имеют спутники на геостационарной орбите, период обращения которых строго равен суткам и поэтому для наземного наблюдателя они неподвижно висят на небосклоне, что позволяет избавиться от поворотных устройств в антеннах. Искусственные спутники Земли широко используются для научных исследований и прикладных задач см. военные спутники, исследовательские спутники, метеорологические спутники, навигационные спутники, спутники связи , а также в образовании в России запущен ИСЗ созданный преподавателями, аспирантами и студентами
МГУ, планируется запуск спутника МГТУ им. Баумана и хобби – радиолюбительские спутники. Особый тип спутников составляют предназначенные для долговременного пребывания людей на орбите орбитальные станции. Первый в мире искусственный спутник Земли запущен в СССР 4 октября 1957 года Спутник-1 . Первый американский ИСЗ – 1 февраля 1958 года Эксплорер-1 . Первый британский
ИСЗ – 26 апреля 1962 года был запущен американской ракетой-носителем . Первый канадский ИСЗ – 29 сентября 1962 года был запущен американской ракетой-носителем . Первый французский спутник – 26 ноября 1965 года был запущен французской ракетой Диамант-А с африканского полигона . Первый австралийский спутник – 29 ноября 1967 года был запущен американской ракетой-носителем .
2.5.Сотовая и спутниковая связь. Сотовые системы были созданы для предоставления услуг беспроводной радиотелефонной связи в интересах большого числа абонентов десять и более тысяч на территории одного города ,они позволяют очень эффективно использовать частотный ресурс. В этом году будет отмечаться 27-летие сотовой связи – это немало для передовой технологии. Пейджинговые системы предназначены для обеспечения односторонней связи с абонентами путём передачи коротких сообщений в цифровой или алфавитно-цифровой форме. Оптоволоконные линии связи. Глобальная информационная инфраструктура строится уже давно. Её основой являются оптоволоконные кабельные линии, завоевавшие главенствующие позиции на мировых сетях связи, за истекшие четверть века. Такие магистрали уже опутали большую часть Земли, они проходят и по территории России, и по территории бывшего
Советского Союза. Волоконно-оптические линии связи с высокой пропускной способностью, обеспечивают передачу сигналов всех видов аналоговых и цифровых . InterNet – это общемировая совокупность сетей, связывающая между собой миллионы компьютеров. Зародышем была распределённая сеть ARPAnet, которая была создана в конце 60-х годов по заказу Министерства Обороны США для связи между собой компьютеров этого министерства.
Разработанные принципы организации этой сети оказалось настолько удачными, что многие другие организации стали создавать собственные сети на тех же принципах. Эти сети стали объединяться между собой, образуя единую сеть с общим адресным пространством. Эта сеть и стала называться InterNet. В содержание темы желательно включить вопросы, связанные со всеми направлениями в области развития современных средств связи.
Приведем примеры таких направлений. Спутниковые системы связи. Это связь, благодаря которой можно передавать информацию в любое время и в любую точку планеты. Сейчас существует огромное множество таких систем, и без них уже невозможно представить сегодняшнюю жизнь. Следовательно, на уроках нужно разобрать принцип осуществления такой связи, рассмотреть классификацию спутниковых систем, привести конкретные примеры, выявить их достоинства и недостатки. Спутниковое телевидение как один из примеров спутниковых систем. Здесь можно рассмотреть знакомую всем систему НТВ-Плюс как первую современную цифровую систему непосредственного телевизионного спутникового вещания в России. Она обеспечивает возможность приема десятков ТВ программ на индивидуальные приемные установки. Школьники часто слышат название этой системы и нередко
видят тарелки на балконах или крышах домов. Им интересно будет узнать что это за система, сколько в нее входят космических спутников, какова ее зона действия, какие телевизионные каналы она передает. Сотовая связь. Про мобильные телефоны знают или слышали сегодня все, поэтому на уроках физики полезно объяснить принцип организации сотовой связи, познакомить учеников с историей ее развития, возможностями и перспективами на будущее. В качестве примера можно рассмотреть распространенные у нас сети стандартов
NMT, DAMPS, GSM, CDMA. Интересно будет узнать, какими компаниями-операторами они обслуживаются, на каких частотах работают, какие услуги предоставляют. Другие виды мобильных систем связи транкинговые сети, пейджинговые сети, системы бесшнурового телефона, например DECT. Если позволяет учебное время, можно остановиться и на этих средствах связи, рассмотрев достоинства, предоставляемые услуги, тенденции развития Волоконно-оптический кабель.
Рассматривая организацию современных коммуникационных сетей, необходимо пояснить учащимся, что связь сегодня – это объединение спутниковых систем с проводными и беспроводными наземными соединениями и оптоволоконными линиями связи. Если данная тема изучается традиционно, после рассмотрения принципа радиосвязи и пока волновая оптика еще не изучена, необходимо хотя бы упомянуть такие способы. Подробно же рассмотреть эти системы возможно только при изучении физической оптики или в атомной физике, после рассмотрения принципа действия лазера. В силу проблем, с которыми встретится учитель при подготовке к изучению этого материала, основной формой работы на уроке и при выполнении домашнего задания должна стать активная деятельность учащихся. Они не только должны прослушать, прочитать или увидеть ту или иную информацию, но и выполнить с ней определенную работу. Для этого каждая предлагаемая учителем информация должна быть снабжена дидактическими заданиями, нацеленными
на решение определенных учебных и медиаобразовательных задач. Таким образом, ученик знакомится с информацией не из уст учителя, а из газетного, журнального, телевизионного сообщения. В ходе выполнения заданий по рассматриваемому материалу и будет происходить его усвоение. При этом можно использовать информацию из любых печатных и экранных СМИ. Недостатка в источниках нет, причем, предлагаемая ими информация рассчитана на разный уровень потребителей
и предлагается с разными целями. Это тоже сыграет положительную роль при обучении. Ученики приобретут навыки работы с самой разной информацией, получаемой из внешних информационных потоков, научатся ее находить, применять, комментировать, давать ей свою оценку, понимать кому и для чего она предназначена. В качестве примеров фрагментов информации и соответствующих им дидактических заданий приведем следующие Ознакомьтесь с информацией. Многие проекты спутниковых систем классифицируются в
первую очередь по типу применяемых спутниковых группировок геостационарные, средневысотные и низкоорбитальные. Наибольшее количество проектов и все реально существующие спутниковые системы связи используют геостационарные космические аппараты, которые, располагаясь на высоте примерно 36 тыс. км, постоянно находятся над определенной точкой земной поверхности и обеспечивают обслуживание абонентов без перерывов, обусловленных взаимным перемещением спутника и терминала пользователя. Срок службы такого спутника – 10-15 лет, а зона обслуживания – 41 поверхности Земли. Система из трех спутников позволяет охватить всю земную поверхность, кроме высокоширотных районов. в начале 90-х годов на рынке связи появились проекты спутниковых систем на низких и средних орбитах, которые отличаются прежде всего миниатюрными летательными аппаратами. По сравнению с геостационарными низкоорбитальные и средневысотные спутники позволяют обеспечить совсем
иные способы доступа абонентов, поддерживая связь с менее мощной наземной аппаратурой, например со специальным телефоном типа сотового. Системы, использующие низкие орбиты высотой 700-1500 км , обладают улучшенными энергетическими характеристиками по сравнению с системами на высоких орбитах, но проигрывают им в сроках активной эксплуатации спутника. Срок эксплуатации низкоорбитальных спутников, как правило, не превышает 5-7,5 лет, а один аппарат способен охватить не более 6-7 территории
Земли. Трасса средневысотных спутников проходит на высоте 5-15 тыс. км. Один спутник может охватить около 25 поверхности Земли, что существенно больше зоны низкоорбитального спутника. Средний срок службы 10-15 лет. Спектр предоставляемых услуг примерно одинаков и определяется не только джентльменским набором устройств телефон, факс, пейджер , он может дополняться роумингом, а также возможностями определения местоположения абонента.
Операторы рассматривают системы спутниковой связи как средства для предоставления самых разнообразных видов услуг . 2.6.Пейджинговая связь. Передача адресной информации и сообщений в цифровых системах в том числе и в пейджинговых осуществляется в определенном формате протоколе кодирования. История создания и развития протоколов пейджинговой связи насчитывает более полутора десятков различных форматов связи. Первым протоколом пейджинговой связи является двухтоновый формат, разработанный в 50-х годах фирмой MULTITON и предусматривающий передачу предварявшую голосовое сообщение на радиостанцию адреса – двух тоновых посылок различной частоты. Долгое время после этого разрабатывались и применялись форматы связи, обеспечивающие работу тоновых пейджеров. К середине 70-х годов были разработаны и внедрены широко применяемые и сегодня протоколы POCSAG, GOLEY, NEC, предусматривающие модуляцию высокочастотного сигнала двоичным кодом.
Протоколом-чемпионом по количеству используемых в мире в последнее десятилетие пейджеров, работающих в этом формате, являетс POCSAG. Это действительно универсальный протокол, позволяющий передавать цифровые, буквенно-цифровые и тоновые сообщения на скорости 512, 1200 и 2400 бод, что поддерживает уникальную адресацию до 2 млн. номеров пейджеров и обеспечивает ресурс одной частоты СПРВ по количеству обслуживаемых абонентов в пределах 10-20 тыс.
Сегодня большинство компании-операторов СПРВ в РФ работает в формате POCSAG. Выданных Госкомсвязи РФ лицензий на операторскую деятельность в этом формате около 300 вполне достаточно для обслуживания не менее 3-5 млн. абонентов. Стандарт АРОС, изобретенный компанией PHILIPS, являетс почти обычным стандартом POCSAG, в котором предусмотрена замена при передаче наиболее распространенных слов и фраз кодовым трехбайтовым
сообщением. Функцию кодировки автоматически выполняет кодировщик сигнала POCSAG пейджинговый терминал , имеющий соответствуют опцию. При приеме сигнала и его декодировании пейджер также имеющий функцию работ с AРОС заменяет кодовое значение на соответствующее слово фразу . Такая модернизация стандарта POCSAG, по расчетам 1 , позволяет компрессировать сжимать трафик не более чем на 20-25 , что, безусловно, важно и полезно, особенно для случаев дефицита часотых ресурсов. Однако, опыт компании PHILIPS не получил широкого распространения, возможно, потому, что, во-первых, эту инициативу не поддержали основные производители пейджинговых систем, а во-вторых, появились новые высокоэффективные протоколы пейджинговой связи FLEX и ERMES . Следует отметить, что эта идея могла бы приобрести более оптимистические надежды на реализацию,
если бы предусматривала использование не трехбайтовой, а четырехбайтовой ссылки. В этом случае уровень компрессии был бы более значительным до 40-50 . Однако прогресс не стоит на месте – появились новые высокоскоростные протоколы пейджинговой связи FLEX и сопровождающее его семейство ReFLEX, InFLEXion , разработанный компанией MOTOROLA, и ERMES, разработанный Международным Союзом
Электросвязи. Безусловно, новые протоколы см. табл. 1 более сложны и совершенны, обладают в 3-8 раз большей абонентской емкостью на один частотный канал, эффективны для роуминга и подключения сервисных подсистем, имеют ряд других преимуществ. Однако будущему оператору следует знать, что увеличение скорости передачи сообщений влечет за собой снижение радиуса рабочей зоны. Так, для формата POCSAG увеличение скорости передачи сообщений на пейджеры
с 512 бод до 2400 бод приводит к снижению радиуса рабочей зоны в 1,5-2 раза, если мощность базовой станции была изначально рассчитана на работу со скоростями 512 бод. Таким образом, чтобы обеспечить рабочую зону вещания при работе с высокоскоростными протоколами требуется более дорогостоящая инфраструктура СПРВ большая мощность базовой станции, дополнительные ретрансляторы и др Имеется и ряд других сложностей в реализации высокоскоростных протоколов. Так, для стандарта ReFLEX, в котором предусмотрена передача пейджером подтверждени принятия сообщения на частоте 901-902 МГц а эти частоты лежат в полосе частот уже используемого в РФ стандарта GSM требуется принятие сложных решений, Наиболее вероятное из которых – адаптация протокола и выпускаемых пейджеров на более высокие частоты. Сложным вопросом, касающимся создани в РФ СПРВ ERMES-формата, является выделение необходимой сетки
частот, так как принятая для стандарта полоса частот 169.425-169.800 МГц активно используется в РФ РЭС специального назначения. 2.6.1.РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИО ВОЛН Для передачи сообщений в СПРВ используется ультракоротковолновый УКВ диапазон частот сигнала от 80 МГц до 930 МГц длина волны от 3.75 м до 0.32 м . Главная особенность распространения радиоволн
УКВ-диапазона состоит в том, что основная часть энергии, излучаемая антенной, распространяетс в пределах прямой оптической видимости, так называемой зоны дифракционного поля. Без учета рефракции расстояние прямой видимости определяется по следующей формуле , где h1 и h2 – высоты передающей и приемной антенны в метрах рисунок 1.1 С учетом рефракции дальность видимости увеличиваетс примерно на 15 рис 1.2 , и может быть определена
по формуле . На рис. 1.3 представлен график для оценочного расчета дальности видимости фактически – радиуса рабочей зоны в зависимости от высоты подвеса антенны передатчика h1 при h2 1 м. Рефракцией называется преломление радиолучей в нижних слоях атмосферы. Это явление вызывается неоднородностью атмосферы. Диэлектрическа проницаемость воздуха зависит от его влажности, температуры и давления.
Непосредственно у поверхности земли диэлектрическая проницаемость воздуха больше единицы. С увеличением высоты влажность, давление и температура воздуха понижаются, а диэлектрическая проницаемость приближается к единице. По-этому атмосферу можно представить себе состоящей из большого числа слоев, имеющих различные диэлектрические проницаемости. При переходе от слоя к слою луч отклоняется к земле, т.е. искривляется. Другие особенности волн УКВ-диапазона не отражаются регулярной ионосферой очень сильно поглощаютс почвой и местными предметами обладают малой дифракционной способностью не отражаются от сухой земли последняя является диэлектриком для радиоволн длиной волны меньше 4м радиус действия поверхностного луча не зависит от времени года и суток, но сильно зависит от рельефа местности не восприимчивы к атмосферным помехам, источниками которых являются грозовые разряды в лесу сильно поглощаютс радиоволны вертикальной поляризации , из-за чего связь может быть нестабильной отражаются от зданий, металлоконструкций
и других крупногабаритных препятствий, что позволяет СПРВ довольно уверенно работать в городских условиях, принимать сообщени в зданиях, а при достаточной мощности передатчика и в подвалах. Следует отметить, что возникающая при городских условиях многолучевость распространени и как следствие – замирание сигнала компенсируется при приеме пейджинговыми кодами повышенная дальность распространени над грунтами с высокой проводимостью и вы-сокой диэлектрической проницаемостью,
например, над болотистыми торфяниками и водной поверхностью. Например, известны, по крайней мере, две работающие СПРВ с удаленными на 150 и 230 км ретрансляторами, что, с учетом известных высот подвеса их антенн, примерно в 1,5-2 раза превышает расчетную дальность распространения. При общих свойствах радиоволны УКВ-диапазона имеют и ряд особенностей распространения в метровом и
дециметровом диапазонах. Радиоволны дециметрового диапазона испытывают большее затухание например, для частоты 450 МГц по сравнению с частотой 150 МГц – на 10 дБ и в меньшей степени подверже-ны рефракции, поэтому обладают меньшей дальностью распространения. По этой причине, с точки зрения экономичного построения СПРВ с необходимой меньшей мощностью базовой станции и меньшим количеством ретрансляторов при выборе рабочей частоты предпочтение отдают метровому диапазону частот. В то же время радиоволны дециметрового диапазона обладают большей проницаемостью внутрь помещений и подвалов, средств автотранспорта. Например, в Москве были отмечены случаи приема сообщений на пейджеры дециметрового диапазона даже на станциях метро глубокого заложения, а на станциях мелкого заложения прием осуществляется с еще большой вероятностью. Таким образом, для связи в городских условиях дециметровый
диапазон имеет некоторые преимущества. В то же время, учитывая более низкую температурную стабильность на частоте приема и худшую селективность пейджеров дециметрового диапазона, указанные выше преимущества использования дециметрового диапазона радиоволн становятс не такими весомыми. 2.7. Оптоволоконные линии связи Волоконно-оптические линии связи – это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием оптическое волокно .
Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам. 2.7.1.Физические особенности.1. Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью
порядка 1.1 Терабит с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут. 2. Очень малое по сравнению с другими средами затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ км.
В оптических лабораториях США разрабатываются еще более прозрачные , так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит с. 2.7.2.Технические особенности.1. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись
кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. 2. Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике. 3. Стеклянные волокна – не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные
кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды. 4. Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга непрерывного контроля целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации. Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр
Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена большим количеством сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.
5. Важное свойство оптического волокна – долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие. Есть в волоконной технологии и свои недостатки При создании линии связи требуются активные высоконадежные
элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы соединители с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется дорогостоящее технологическое оборудование. а инструменты для оконцовки. б коннекторы. в тестеры. г муфты и спайс-касеты Тестеры для ВОЛС Набор муфт для сплайс-касеты Сплайс-касета Как следствие, при аварии обрыве оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями. 2.7.3. Оптическое волокноПромышленность многих стран освоила выпуск широкой номенклатуры
изделий и компонентов ВОЛС. Следует заметить, что производство компонентов ВОЛС, в первую очередь оптического волокна, отличает высокая степень концентрации. Большинство предприятий сосредоточено в США. Обладая главными патентами, американские фирмы в первую очередь это относится к фирме CORNING GLASS оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во всем мире, благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных
предприятий. Важнейший из компонентов ВОЛС – оптическое волокно. Для передачи сигналов применяются два вида волокна одномодовое и многомодовое. Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой
волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч одна мода . В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей много мод . Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами затуханием и дисперсией. Затухание обычно измеряется в дБ км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние зависят от неоднородностей показателя преломления материала. Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. В настоящее время передачу сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность. Другой важнейший параметр оптического волокна – дисперсия.
Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия – присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия – обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия – обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью
скорости распространения моды от длины волны. Поскольку светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространению по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке пользуются термином полоса пропускания – это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. Измеряется полоса пропускания в МГц км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает
ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов. Если при распространении света по многомодовому волокну, как правило, преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии. Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч. Однако, одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров световодной жилы, по этой же причине одномодывое волокна сложно сращивать с малыми потерями. Оконцевание одномодовых кабелей оптическими разъемами также обходится дороже. Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как в них размер световодной жилы в несколько раз
больше, чем в одномодовых волокнах. Многомодовый кабель проще оконцевать оптическими разъемами с малыми потерями до 0.3 dB в стыке. На многомодовое волокно расчитаны излучатели на длину волны 0.85 мкм – самые доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у многомодовых волокон находится в пределах 3-4 dB км и не может быть существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800
МГц км, что приемлемо для локальных сетей связи, но не достаточно для магистральных линий. 2.7.4.Волоконно-оптический кабельВторым важнейшим компонентом, определяющим надежность и долговечность ВОЛС, является волоконно-оптический кабель ВОК . На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них AT T, General Cable Company США Siecor ФРГ BICC Cable
Великобритания Les cables de Lion Франция Nokia Финляндия NTT, Sumitomo Япония , Pirelli Италия . Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на монтажные станционные зоновые магистральные Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров. Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число до 8 одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных
сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети. При изготовлении ВОК в основном используются два подхода конструкции со свободным перемещением элементов конструкции с жесткой связью между элементами По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели. Существуют многочисленные комбинации конструкций
ВОК, которые в сочетании большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе – стоимостным. Особый класс образуют кабели, встроенные в грозотрос. Отдельно рассмотрим способы сращивания строительных длин кабелей. Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с использованием кабельных муфт специальной
конструкции. Эти муфты имеют два или более кабельных ввода, приспособления для крепления силовых элементов кабелей и одну или несколько сплайс-пластин. Сплайс-пластина – это конструкция для укладки и закрепления сращиваемых волокон разных кабелей. 2.7.5.Оптические соединителиПосле того, как оптический кабель проложен, необходимо соединить его с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических коннекторов соединителей . В системах связи используются коннекторы многих видов. Сегодня мы рассмотрим лишь основные виды, получившие наибольшее распространение в мире. Внешний вид разъемов показан на рисунке см. выше Недостатки ВОЛС . Характеристики коннекторов представлены в таблице 1. Когда мы говорим, что данные виды коннекторов имеют наибольшее распространение, то это означает, что
большинство приборов ВОЛС имеют розетки адаптеры под один из перечисленных видов коннекторов. Хотелось бы сказать несколько слов о последнем разделе таблицы 1. В нем упомянут новый тип фиксации Push-Pull . Заключение. В качестве примеров фрагментов информации и соответствующих им дидактических заданий приведем следующие Многие проекты спутниковых систем классифицируются в первую очередь по типу применяемых спутниковых
группировок геостационарные, средневысотные и низкоорбитальные. Наибольшее количество проектов и все реально существующие спутниковые системы связи используют геостационарные космические аппараты, которые, располагаясь на высоте примерно 36 тыс. км, постоянно находятся над определенной точкой земной поверхности и обеспечивают обслуживание абонентов без перерывов, обусловленных взаимным перемещением спутника и терминала пользователя. Срок службы такого спутника –
10-15 лет, а зона обслуживания – 41 поверхности Земли. Система из трех спутников позволяет охватить всю земную поверхность, кроме высокоширотных районов. в начале 90-х годов на рынке связи появились проекты спутниковых систем на низких и средних орбитах, которые отличаются прежде всего миниатюрными летательными аппаратами. По сравнению с геостационарными низкоорбитальные и средневысотные спутники позволяют обеспечить совсем иные способы доступа абонентов, поддерживая связь с менее мощной наземной аппаратурой, например со специальным телефоном типа сотового. Системы, использующие низкие орбиты высотой 700-1500 км , обладают улучшенными энергетическими характеристиками по сравнению с системами на высоких орбитах, но проигрывают им в сроках активной эксплуатации спутника. Срок эксплуатации низкоорбитальных спутников, как правило, не превышает 5-7,5 лет, а один аппарат способен охватить не более 6-7 территории
Земли. Трасса средневысотных спутников проходит на высоте 5-15 тыс. км. Один спутник может охватить около 25 поверхности Земли, что существенно больше зоны низкоорбитального спутника. Средний срок службы 10-15 лет. Спектр предоставляемых услуг примерно одинаков и определяется не только джентльменским набором устройств телефон, факс, пейджер , он может дополняться роумингом, а также возможностями определения местоположения абонента.
Операторы рассматривают системы спутниковой связи как средства для предоставления самых разнообразных видов услуг . ЛИТЕРАТУРА 1. Веселаго В. Взрослые и дети в Интернете Известия 194, 1997г. 2. Колтун М. Мир физики Научно-художественная лит-ра М. Дет. лит 1984 271с. 3. Коммуникация – основа современного бизнеса Пресс-релиз
Известия 220, 1997г. 4. Новости коммуникэйшенз Пресс-релиз Финансовые Известия 87, 1997г. 5. От плазменного телевизора до мини-диска Экспертиза Известия 215, 1997г. 6. Энциклопедический словарь юного физика Сост. В.А. Чуянов М. Педагогика, 1984 352с.