الصيغ والحسابات التطبيقية

حسابات وصلة الألياف تتسع لصفحة واحدة: الديسيبلات، والتوهين، ومعلمات التوجيه التي تحدّد أحادي النمط أو متعدد الأنماط، والتشتت، وميزانية الوصلة، والانعكاسات، وتحويل OTDR للزمن إلى مسافة، والكمون، وميكانيكا الانحناء والشد. تأتي كل صيغة مع مثال محلول يستخدم الأرقام من الورقة المرجعية السريعة.

الديسيبلات والقدرة

مثال: مرسل عند −8.2 dBm يمر عبر فقد قدره 6.2 dB فيصل إلى −14.4 dBm = 0.036 mW. قناتا DWDM عند −3 dBm لكل منهما يبلغ مجموعهما 0 dBm، لا −6 dBm.

التوهين

مثال: (1310 / 1550)⁴ = 0.51، لذلك يتحوّل 0.33 dB/km عند 1310 nm إلى 0.17 dB/km من التشتت عند 1550 nm؛ ويضيف الامتصاص الباقي حتى القيمة الفعلية 0.19 dB/km (التوهين ونوافذ الإرسال).

التوجيه: الفتحة العددية، وعدد V، والأنماط، والقطع، ومجال النمط

أمثلة: n₁ = 1.4675، n₂ = 1.4625 → NA = √(2.1536 − 2.1389) = 0.121. مع a = 4.1 µm وNA = 0.12 يكون طول القطع λ_c = 2π · 4.1 · 0.12 / 2.405 = 1.285 µm — أحادي النمط عند 1310 nm وما فوق. عند 1310 nm تكون V = 2.36 وw / a = 1.113، لذلك يبلغ MFD قيمة 9.1 µm. ليف متعدد الأنماط بقطر 50 µm وNA يساوي 0.20 عند 850 nm لديه V = 37 ونحو 340 نمط موجَّه (كيف ينتشر الضوء).

التشتت

أمثلة: ليزر DFB بعرض Δλ = 0.1 nm على مسافة 80 km من G.652 (حيث D = 17) يتّسع بمقدار 136 ps — وهذا مقبول لـ 10G؛ أما ليزر Fabry-Pérot بعرض Δλ = 1 nm فيتّسع بمقدار 1 360 ps ولا يستطيع نقل 10G على تلك المسافة. وحدة 10G تتحمّل 1 600 ps/nm تصل إلى 1 600 / 17 = 94 km على G.652. مع λ₀ = 1310 nm وS₀ = 0.086 ps/(nm²·km): D(1550) = 0.0215 · (1550 − 790.8) = 16.3 ps/(nm·km). ليف بمعدل 0.1 ps/√km على مسافة 400 km لديه DGD_mean = 2 ps؛ ومع حد 10 ps لـ 10G يبلغ المدى (10 / 0.1)² = 10 000 km، بينما ألياف عقد 1980 عند 1 ps/√km لا تسمح إلا بـ (10 / 1)² = 100 km. OM3 (بمعدل 2 000 MHz·km) على مسافة 300 m يعطي 6.7 GHz من عرض النطاق النمطي (التشتت وعرض النطاق).

ميزانية الوصلة

أمثلة: 10GBASE-LR، بحد أدنى للإطلاق −8.2 dBm وحساسية −14.4 dBm → PB = 6.2 dB. وصلة بطول 10 km بها 4 أزواج موصلات و4 نقاط لحام: 10 · 0.35 + 4 · 0.3 + 4 · 0.05 + 0.5 عقوبة = 5.4 dB → هامش 0.8 dB، وهذا قليل جدًا؛ قِس المنشأة أو استخدم ER. وحدة 10GBASE-ER عند +4 dBm على وصلة بطول 2 km بفقد 1.5 dB توصل +2.5 dBm إلى مستقبل تشبعه الاسمي −1 dBm — يلزم مخفِّف بقيمة 5 dB. مقسم بنسبة 1:32 يفقد 15.05 + 1.5 = 16.5 dB (ميزانية الوصلة).

الانعكاسات

أمثلة: من الزجاج إلى الهواء، n = 1.468 → R = 0.0359 → −14.4 dB. عند 1550 nm تكون K_1ns = −82 dB؛ ومع نبضة مدتها 1 µs تكون K = −52 dB؛ وذروة H = 3 dB تعطي R = −52 + 10 · log₁₀(2.98) = −47.3 dB. وصلة بها أحداث عند −50 و−35 dB وأرضية رايلي عند −32 dB يكون مجموعها الراجع 10⁻⁵ + 3.2 · 10⁻⁴ + 6.3 · 10⁻⁴ = 9.6 · 10⁻⁴ → ORL = 30.2 dB (الانعكاسات وفقد الانعكاس).

OTDR

أمثلة: إشارة راجعة بعد 100 µs مع n = 1.468 تعني مسافة 10.22 km؛ وخطأ في معامل الانكسار قدره 0.0015 يزيح القيمة بمقدار 0.1 % (10 m). نبضة مدتها 100 ns يبلغ طولها 10 m داخل الليف. جهاز OTDR بنطاق دينامية 40 dB على وصلة بها 3 dB من فقد الأحداث يصل إلى (40 − 6 − 3) / 0.2 = 155 km عند 1550 nm. كبل بطول 10 km بنسبة طول فائض 0.3 % وثماني علب توصيل تخزّن 20 m لكل منها يحتوي على 10.19 km من الليف (قراءة منحنى OTDR).

الكمون والطول

أمثلة: مسافة 100 km تعادل 490 µs باتجاه واحد و0.98 ms ذهابًا وإيابًا؛ وفرق طول قدره 10 m بين ليفَي زوج يزيح توقيت PTP بنحو 25 ns (توصيف الألياف).

الميكانيكا

أمثلة: R = 15 mm يعطي انفعالًا 0.42 %، وR = 30 mm يعطي 0.21 % — وهذه قاعدة الـ20 % من إجهاد الاختبار. اختبار الإجهاد عند انفعال 1 % يقابل قوة 8.8 N على الليف العاري، ولهذا السبب يحمل الكبل الشد، لا الألياف. مسافة هوائية طولها 100 m لكبل بوزن 1.5 N/m عند شد 2 000 N تترهّل بمقدار 0.94 m (الموثوقية والتقادم، التركيب).

حسابات التخطيط

أمثلة: 20 دارة ثنائية الاتجاه بمعامل نمو 2 تحتاج إلى 80 ليفًا → كبل بـ96 ليفًا. مسار بطول 30 km على بكرات 4 km يحتاج إلى 7 نقاط لحام في منتصف المسار إضافة إلى مدخلين للمباني (طوبولوجيات شبكات الألياف).

في CodingBox

يأتي مُدخَلان من كل حساب لميزانية الوصلة من ذاكرة الوحدة: الحد الأدنى والحد الأقصى لقدرة الإرسال، وحساسية المستقبل وتشبعه، إضافة إلى قيم Tx وRx الحية بعد تشغيل الوصلة. تقرأ CodingBox هذه القيم بحيث تبدأ الصيغ أعلاه من الوحدة الفعلية بين يديك، لا من نشرة بيانات عامة (Check transceiver، DDM في التطبيق، الوحدات والتحويلات).