Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [ 139 ] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

Вход Мйдемрую-щий сигнал У воденt пос-

Гнератор импульсов и модулятор


шоннноео тот

Влонсумми родания

Усилитель тона. Г


Оптичесиая трасса

-J L

111 g


Выход

Модулирующт сигнал

Рис. 16.13. Структурная схема оптической линии связи, использующей ЧМ-под-несушую

дальность связи 1 км, если мощность излучаемого светодиодом ИК-пучка составляет несколько милливатт. При плохих погодных условиях может поддерживаться звуковая связь до тех пор, пока между операторами существует визуальный контакт. Преимущества этой системы аналогичны изложенным в табл. 1.1, но следует особо подчеркнуть, что здесь удается избежать использования обычных радиочастот с присущими им помехами, а также получить узкую ширину пучка. Она обычно составляет Г (17 миллирадиан) по уровню половинной мощности. Скрытность связи высока в том плане, что передачу сигналов не обнаружить ни вне узкого пучка, ни вдоль линии визирования за пределами нормальной дальности. Аналогично используемое конкурирующее устройство СВЧ диапазона генерирует приблизительно 10 мВт иа частоте 30 ГГц, имеет ширину диаграммы направленности 8 и обеспечивает дальность связи до 30 км. Следует, однако, сказать, что ни то, ни другое устройство не будет широко использоваться в ближайшем будущем для замены обычных полевых радиотелефонов.

Несколько аналогичных открытых оптических систем связи применяются между фиксированными терминалами, когда пользователям нужно соединить компьютер с компьютерами или компьютеры с периферийными устройствами, расположенными в различных зданиях. По этим линиям передачи данных обычно передается информация в двоичной цифровой форме со скоростью 9,6 кбит/с. В основном в этих системах связи используются лазеры на GaA.s или светодиоды в сочетании с p-i-n или лавинными фотодиодами, и обеспечивается передача



данных на расстояния до 1 км. Основной причиной использования таких систем является возможность избежать взаимных электромагнитных помех, а также определенная независимость от наземных линий связи. Предлагалось использовать подобные системы для связи между компьютерами и периферийными устройствами, расположенными в одном помещении. В этом случае любой источник излучения может передавать данные на все фотоприемники с помощью излучения, рассеянного от стен, пола и потолка.

Характерная особенность упомянутых открытых оптических систем связи заключается в том, что в них используются самые обычные элементы. Успешное развитие таких систем зависит от тщательности разработки конструкции, которая должна удовлетворять конкретным требованиям заказчика. Закончим этот раздел коротким упоминанием о гораздо более совершенных по технологии системах. Имеется в виду экспериментальная система для связи в полевых условиях, разработанная в 1972 г. в США для военных целей. В этой системе используется эффективный лазер на COj, излучающий на длине волны 10,6 мкм. Были созданы варианты системы, использующие модуляцию как интенсивности, так и частотную, причем в обоих случаях детектирование осуществлялось методом гетеродинирования (с использованием гетеродина и охлаждаемых полупроводниковых фотодетекторов). Эксперименты подтвердили, что может быть получена очень высокая чувствительность оптического приемника, приближающаяся к квантовому пределу. Эти первые системы стали основой для систем спутниковой связи. Отметим, что оптические системы, разработанные для определения дальности, идентификации целей и дистанционного зондирования, используют те же самые методы генерирования, излучения и детектирования оптических сигналов, которые нашли применение в оптической связи.

16.5.2. Перспективная оптическая система для связи в ближнем космосе

В этом параграфе описывается более совершенная, чем предыдущие, система связи, в которой эффективно используется мощность, получаемая от лазерного источника излучения. Требуется система связи, которая обеспечивает обмен информацией между спутником, находящимся на низкой орбите, и спутником на геостационарной орбите, а также между двумя геостационарными спутниками. Низкоорбитальный спутник может находиться на высоте от 200 до 2000 км над земной поверхностью. Его цель - обозревать земную поверхность и передавать данные на наземную станцию через один или более геостационарных спутников. Скорость передачи информации 300 Мбит/с. Такая система подробно описана в [16.41. Ее схема приведена на рис. 16.14.

Совершенно ясно при выборе системы спутниковой связи, что большое значение имеют минимизация общей массы и потребления энергии. Следовательно, можно полагать, что узкая диаграмма направленности,



Лозернь/й -канал связи


Минраволновый канал свлз1.

Й( Спутники набпюдения с низких орбит ф Геостационарные спутники на синхронных орбитах

Рис. 16.14. Предлагаемые системы передачи данных нз ближнего космоса, предназначенные для исследования земной поверхности с помощью спутников. [Взято из [16.4] ©. 1977, ШЕЕ]

получаемая с помощью оптической системы, исполь.чующей антенну небольших ра.чмеров, дает важнейшее преимущество. Однако в настоящее время предпочтительнее использовать микроволновые линии связи (работающие па длине волны 5... 10 мм) благодаря их надежности, высокому КПД передатчика и низкому уровню шума приемника. Для межспутниковой связи рассматривалось применение как неодимо-вого лазера в режиме удвоения частоты, так и лазера на COj, которые, вероятно, в системах связи будут широко использоваться. Для них характерны длительный срок службы и высокая надежность, однако основная проблема, связанная с использованием неодимового лазера, заключается в низком КПД источника излучения, а COj лазера - в трудности модуляции его выходного излучения. В обоих случаях можно легко получить очень узкий пучок шириной не 6o,-iee нескольких дуговых секунд, но при этом необходимы сложные системы обнаружения оптических сигналов и стабилизации луча в пространстве, а также тре-буе1ся точное слежение как за приемником, так и за передатчиком. В этом параграфе дается краткое описание лазерной системы связи на COj лазере, разработанной НАСА и описанной в i 16,41, но пока практически не используемой.

Лазер передатчика такой же, как и на рис. 16.8. Он предназначен для получения 1 Вт выходной мощности и передачи данных со скоростью 300 Мбит/с. Потребление электроэнергии - 55 Вт для лазера и 90 Вт для модулятора, общая масса источника питания 1, 5кг. Для коллимирования передаваемого пучка н фокусирования принимаемого сигнала использована изогнутая оптическая система Грегори (рис. 16.15). Диаметр первого зеркала 185 мм, что обеспечивает коэффициент усиления антенны 92 дБ на длине волны 10,6 мкм и расходимость пучка 82 мкрад. Затухание пучка, обусловленное вторым зеркалом, и тот факт, что распределение интенсивности пучка является гауссовым, приводят к уменьшению коэффициента усиления я увеличению расходимости по сравнению с теоретическими значениями, приведенными в § 16.2. Высота геостационарной орбиты над землей - 38 600 км, а максимальное расстояние между спутником на низкой орбите и гео-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [ 139 ] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0014