ファイバー回路:通信システムの初心者向けガイド

光ファイバーのセットアップ

出典:ウィキメディア コモンズ

過去には、電気ケーブルが主なものでしたが、長距離で高帯域幅が必要になりました。残念ながら、電気ケーブルは基準を満たすことができませんでした。したがって、より効率的な交換が必要でした。そして光ファイバーがやってきた。興味深いことに、光ファイバーを利用して大量のデータを非常に高速に伝送できます。そのため、ほとんどのインターネット ケーブルで使用されていることは驚くことではありません。しかし、この技術にはファイバー回路の故障などの欠点があり、特に高密度のマルチファイバー アレイでは無視できます。

もっと知りたい？コンパクトで長期的に移植可能な高密度の光ファイバー回路アレイについて詳しく説明します。

進みましょう！

ファイバー回路とは?

光ファイバーは、情報の移動に関する同じ考え方をさまざまな方法で使用します。たとえば、電話にはワイヤー ケーブルがあります。

光ファイバー回線

出典:ウィキメディア コモンズ

したがって、ファイバー回路は、電子が情報とともに移動する経路です。そして、これらの電子は別の電気デバイスに移動します。また、情報媒体として機能するライトが付属しています。そして、この光は、透明な光導波路を介して全反射の助けを借りて広がります.

したがって、デバイスに向かって話すと、ケーブルは壁のソケットに音を取り込みます。さらに、行動障害もありません。その結果、別の回線がサウンドをローカル電話交換機に移動し、おそらく初期過負荷障害に直面します。

しかし一方で、携帯電話は別の方法で機能します。このデバイスは、無敵の電波と大規模な神経ダイナミクスで情報を送受信することによって機能します。これは、携帯電話がケーブルを使用しないために起こります。

光ファイバーの種類

さて、あなたは光ファイバーについて少し知っています。追加の保護手段を備えたさまざまなモードで信号を送信することを理解することが重要です。この方法は、光ビームがファイバーを通過する方法を指します。

そのため、信号はさまざまな角度でファイバーを跳ね返ったり、ファイバーの中央までまっすぐ下がったり、低い角度でスレッドを跳ね返ったりする可能性があります。

とはいえ、光ファイバー ケーブルには主に 2 つのタイプがあります。

シングルモード ファイバー

このファイバは、グラスファイバコアの直径が小さいです。そのため、長距離に最適です。また、信号強度が低下する可能性が低くなります。それもすべて小径のおかげです。

さらに、シングルモードファイバーの小さな開口部は、光を単一のビームに分離するのに役立ちます。その結果、ケーブルはより直接的なルートを提供します。シングルモードファイバーはレーザー光源を使用しており、帯域幅が広いです。

また、このファイバーは、その小さな開口部でレーザー光を生成するために正確な計算が必要です。したがって、より高価です。

マルチモード ファイバー

マルチモード ファイバは、シングルモード ファイバの反対です。そのため、コア開口部が大きく、光信号がファイバーを通過するときに跳ね返ったり反射したりできます。

また、直径が大きいため、ファイバーは一度に複数の光パルスをケーブルに送ることができます。したがって、より多くのデータ転送が可能になります。

また、信号の損失や干渉が発生する可能性があることも意味します。さらに、マルチモード ファイバーは LED を使用して光インパルスを生成し、シングルモード ファイバーよりも安価です。

ファイバー回路の仕組み

ファイバー回路は、光ファイバー ケーブルを介して振動する光子または光粒子の情報を移動することによって機能します。

とはいえ、クラッドとグラス コア ファイバの屈折率が異なることに注意することが重要です。したがって、コアとクラッドは入射光を特定の角度で曲げます。

そのため、光信号が光ファイバーを下って移動すると、内部全反射が発生します。光信号がコア (ケーブルの中央部分) とクラッド (コアの外側部分を包むガラスの層) で反射すると、包括的な内部レビューが行われます。

そして、これは通常、一連のジグザグ バウンスで発生します。また、内部全反射は、光がパイプ内に留まることを保証するものの 1 つです。

しかし、信号はガラス層の密度が高いため、光の速度よりも 30% 遅くなる傾向があります。また、移動中に信号を増強したい場合は、離れた間隔でリピーターを使用してください。

なぜリピーターが必要なの？それらは光信号の再生に役立ちます。そして、彼らは視覚を電気信号に変えることによってこれを行います.次に、リピータがそれを処理し、電気信号を光に再送信します。

ファイバー回路:アプリケーション

光ファイバーは、光変調器のビームでコード化されたデータを送信することによって機能し、ネットワーク変調にも役立ちます。次に、情報はパイプ (プラスチックまたはガラス) を下って移動します。このデザインの背後にあるアイデアは、1950 年代に生まれました。

そのアイデアは、結合効率、内視鏡、および効率的なグレーティング カプラーのためのものでした。また、マルチファイバー測光法を使用して、医師が人体を切開せずに内部を観察するのにも役立ちました.

そのため、エンジニアはこのアイデアを気に入り、同じテクノロジを使用して電話の通話を光速で移動させました。すぐに、連邦通信委員会 (FCC) がこの技術を採用しました。つまり、光ファイバー ケーブルは光ファイバー (プラスチックまたはガラスの細いストランド) で構成されています。

また、それぞれのファイバーは比較的細く、25,000 回以上の通話を伝送できます。したがって、ケーブル全体で数百万の通話を簡単に送信できます。要約すると、光ファイバー ケーブルは光ベースの技術を使用して、2 つの場所の間で情報を移動します。

光ファイバー回路の設計

光ファイバー回路設計

出典:Researchgate c/p Richard Cole

回路設計には、個別に説明する 2 つの重要な部分があります。送信回路と受信回路です。

光ファイバー送信回路

低コストの光ファイバー送信機回路を構築するために必要なコンポーネントは次のとおりです。

バッテリー

• ケース
• SK1 3.5mm ジャック ボード
• 回路基板

半導体

• D1 (LED)
• IC1 (NE555)
• IC2 (1458C)
• Tr1 (BC141)

コンデンサー

• C1 (220m 10V エレクト)
• C2 (390pF セラミックプレート)
• C3 (1u 63V エレクトリック)
• C4 (330p セラミック プレート)
• C5 (4n7 ポリエステル層)
• C6 (3n3 ポリエステル層)
• C7 (470n ポリエステル層)

抵抗器 (すべて 1/4 ワット、5%)

• R1 (47R)
• R2 (4k7)
• R3 (47k)
• R4 (10k)
• R5 (10k)
• R6 (10k)
• R7 (100k)
• R8 (100k)

IC1 は NE555 であるため、適切なパフォーマンス効率が期待できます。また、IC のピン 5 に入力信号を結合することにより、周波数を制御できます。

そして、ピンは分圧器に接続します。とはいえ、NE555 の 2/3V+ および 1/3V+ スイッチング制限を生成するように分圧器を構成する必要があります。

さらに、上限を増減することが重要です。そうすれば、C2 が 2 つの範囲を切り替えるのにかかる時間を増減できます。 TR1 は D1 (LED) を理想的に点灯させる高い駆動電流を提供するため、エミッター フォロワ バッファー ステージのように配線する必要があります。

また、D1 用の適切な 200mA 電流を備えた IC1 とは別に、LED 用に個別に制御されるドライバーが必要です。これにより、好みの LED 電流を正確かつ確実に得ることができます。

さらに、R1 を配置して、約 40mA の LED 電流を固定します。その際、LED は実際の定格の 50% (20mA) でしか動作しないことに注意してください。これは、LED が 50% の割合でオン/オフを切り替えるために発生します。

さらに、必要に応じて R1 値を調整して、出力電流を増減できます。

光ファイバー受信回路

受信回路とフィルターに必要なコンポーネントは次のとおりです。

• ワイヤー
• SK1 25 ピン D コネクタ
• 回路基板
• ケース

半導体

• TR1、TR2 BC549 (2 個オフ)
• D1
• IC1 (4001BE)
• IC2 (1458C)
• IC3 (CA3140E)

コンデンサー

• C1 (100m 10V 電解)
• C2 (2n2 ポリエステル)
• C3 (2n2 ポリエステル)
• C4 (390p セラミック)
• C5 (1m 63V 電解)
• C6 (3n3 ポリエステル)
• C7 (4n7 ポリエステル)
• C8 (330pF セラミック)
• C9 (3n3 ポリエステル)
• C10 (4n7 ポリエステル)

レジスター

• R1 (22k)
• R2 (2M2)
• R3 (10k)
• R4 (470R)
• R5 (1M2)
• R6 (4k7)
• R7 (22k)
• R8 (47k)
• R9 (47k)
• R10 – R15 10,000 (6 オフ)

光ファイバーレシーバーはフィルターの上にあります。そして、フィルター回路の入力に接続するのは受信機の出力です。

D1 は検出ダイオードを作成します。また、逆バイアス設定で機能します。その結果、漏れ抵抗は LDR 効果を形成します。

一方、R1 は負荷抵抗のように動作します。さらに、C2 は検出器ステージと入力アンプの 2 点間のリンクを形成します。その結果、2 段階の容量的に接続されたネットワークが存在します。そして、2 つの場所は共通エミッタ モードで同時に動作します。

半導体 (TR2) で効率的な高入力電圧発振を提供する場合、単安定マルチバイブレータをプッシュすることが可能です。

また、優れた全体的な電圧ゲイン (>80dB) が可能になります。フィルター段階は約 1458C (a/b) で構築されます。さらに、オクターブあたり 18 dB (2/3 ^rd ) order) 送信回路で一般的に使用される詳細を含むフィルター システム。

光ファイバーの長所

• 光ファイバーを水中に沈めることができます
• 高い帯域幅容量をサポートできます
• ケーブルは軽く、薄く、丈夫です
• 光を遠くに飛ばすために信号を増強する必要はありません
• 光ファイバーは頻繁なメンテナンスや交換を必要としません
• 電磁干渉を受けにくい

光ファイバーの短所

• かなり高い
• インストールは手間がかかる
• ケーブルは壊れやすい
• ガラス繊維はもっと保護する必要があります

最後の言葉

ファイバー回路は、光ファイバー全体で重要な役割を果たします。また、ほとんどの人は、銅ケーブルよりも光ファイバー ケーブルを好みます。そして、前者には高い伝送速度、帯域幅などの利点があることを考えると、驚くことではありません。さらに、高性能データ ネットワーキングや長距離通信に最適です。

ファイバー回路についてどう思いますか？このトピックについて質問や提案はありますか?お気軽にお問い合わせください。