بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی و ساخت فرستنده و گیرنده صوتی لیزری
در این مقاله یک سامانه فرستنده و گیرنده لیزری به منظور ارسال و دریافت پیام های صوتی ، بـین دو نقطـه در فضـای آزاد ساخته شده است. برای کاهش اثرات نویز و افزایش کیفیت سیگنال دریافتی گیرنده، سـیگنال ارسـالی در فرسـتنده پس از مدولاسیون به مدار درایو لیزر دیود اعمال شده است. گیرنده لیزری، سیگنال نوری را پس از تبـدیل بـه سـیگنال الکتریکی و انجام دمدولاسیون برای شنیدن روی بلندگو آماده می کند. این سامانه ساخته شده و در فضای آزاد آزمـایش شده است و نتایج آن توسط اسیلوسکوپ ثبت شده است.
مقدمه
درعصر حاضر ارتباطـات نقـش بسـیار سـازنده و حـائز اهمیتـی در تمامی زمینه ها از جمله اقتصاد، سیاست، تجـارت، نظـامی و غیـره دارد. به همین دلیل استفاده از ابزار و تجهیزات پیشرفته تر و سریع تر به لحاظ کاهش خطا و افزایش امنیت از اهمیت بسزائی برخوردار است. یکی از روش های ارتباطی که امروزه مورد توجه کارشناسـان و صاحبنظران علوم ارتباطات قرار گرفته است، استفاده از نور یـا در واقع لیزر جهت بستر ارتباطی است. که این بستر می تواند از طریق کانال فضای آزاد و یا یک موج بر شبیه به تارهای نوری فراهم شود. از جمله دلایل گسترش ارتباطات نوری نسبت به ارتباطات رادیویی می توان به افزایش پهنای باند و ارسال و دریافت حجم بیشـتری از اطلاعات در ثانیه و همچنین فراهم نمودن کانال ارتباطی امن بدون امکان ایجاد اختلال در عملکرد آن اشـاره کـرد، کاربردهـای خـاص نظیر مخابرات نظامی این روش مـورد توجـه قـرار گرفتـه اسـت. از آنجائیکه لیزر یک چشمه همدوس اسـت بـرای ارتباطـات مسـافت های طولانی مانند مخابرات ماهواره ای نیز ایـن روش مـورد توجـه قرار گرفته است.
-1 سامانه مخابرات لیزری فضای آزاد
یک سامانه مخابرات لیزری شامل سه بخش اصـلی فرسـتنده،کانال فضای آزاد و گیرنده است.بلوک دیاگرام یک سامانه مخابرات لیزری در فضای آزاد در شکل((1 نشان داده شده است.
شکل : (1 ) بلوک دیاگرام یک سامانه مخابرات لیزری در فضای آزاد
فرستنده لیزری سیگنال الکتریکی را پس از انجام مدولاسیون به مدار راه انداز لیزر دیود داده وسیگنال نوری از چشمه لیزری توسط پرتو گستر اپتیکی در فضای آزاد منتشر خواهد شد،در سوی دیگر اگر گیرنده لیزری در میدان دید فرستنده لیزری قرار داشته باشد پرتوی ارسالی توسط جمع کننده اپتیکی بر روی آشکارساز نوری متمرکز شده و پس از تبدیل سیگنال و انجام دمدولاسیون، سیگنال پیام در گیرنده قابل دریافت است.
-2 اثرات جوی
بخش عمده تلفات سیگنال ارسالی در سامانه مخابرات لیزری فضای آزاد مربوط به اتمسفر یا کانال ارتباطی است.به منظور طراحی بهینه این سامانه مدل سازی اتمسفر امری اجتناب ناپذیراست.توان سیگنال ارسالی فرستنده لیزری به میزان بسیار زیادی تحت تاثیر جریانات و پدیده های جوی قرار می گیرد. ازجمله مهمترین این پدیده ها می توان به پدیده هائی نظیر جذب وپراکندگی اشاره کرد.بطور کلی تضعیف اتمسفر را می توان از قانون بیر مطابق رابطه (1) محاسبه نمود.
(1)
که τ ضریب تضعیف جو و β ضریب جذب کلی است که از رابطه (2) قابل محاسبه است.
(2)
پارامتر L نیز بیانگر فاصله بین فرستنده وگیرنده برحسب Kmاست. مربوط به پراکندگی مولکولی است وهمچنین مربوط به جذب مولکولی محیط است که باتوجه به اینکه مقدار آن بسیار کوچک است در محاسبات قابل صرفنظر کردن است.
شکل(:(2میزان عبور دهی اتمسفر برمبنای تحلیل جذب LOWTRAN
برای محاسبه دقیق تر میزان ضریب تضعیف جو می توان به پایگاههای اطلاعاتی نظیرLOWTRAN، FASCODE و MODTRAN مراجعه نمود. به عنوان مثال نمودار شکل((2 میزان عبوردهی جو را برای طول موج های مختلف ترسیم کرده است .این نمودار توسط نرم افزار LOWTRAN تحلیل شده است.از این نمودار میزان وابستگی طول موج انتخابی سامانه مخابرات لیزری فضای آزاد قابل استنباط است.
میزان توان دریافتی در گیرنده با استفاده از رابطه (3) قابل محاسبه است.
(3)
که در این رابطه میزان توان لیزر فرستنده برحسب mW ، مقدار توان دریافتی در گیرنده برحسبmW ، زاویه واگرائی پرتو لیزر فرستنده برحسب mrad، قطر دهانه اپتیکی فرستنده برحسب متر و قطر دهانه اپتیکی گیرنده برحسب متر است.
همانطور که از رابطه (3) مشاهده می شود، اهرمهای کنترلی طراحی عبارتند از قطر دهانه اپتیکی فرستنده، قطر دهانه اپتیکی گیرنده، زاویه واگرائی پرتو لیزر فرستنده و فاصله مابین فرستنده وگیرنده که برای دستیابی به بهترین کیفیت سیگنال دریافتی در گیرنده می توان در فرآیند طراحی تغییر داد.
-3 فرستنده لیزری
برای راه اندازی لیزری دیود از مدار شکل (3) استفاده شده است.
شکل : (3 ) مدار راه انداز لیزر دیود در فرستنده لیزری
در بخش فرستنده سامانه مخابرات لیزری سیگنال پیام توسط مـدار فرستنده پس از انجام مدولاسیون به مدار درایو لیزر دیود داده شده است. در شکل (1) شماتیک بلوکی از فرسـتنده لیـزری نشـان داده شده است.در انتخاب نوع مدولاسیون معیارهائی نظیر میـزان تـوان مصرفی و نسبت سیگنال به نویز از اهمیت بسزائی برخـوردار اسـت. مدولاسیون بکار گرفته شده از نوع مدولاسـیون موقعیـت پـالس یـا PPM1 است. مدولاسیون نورخروجی توسط مدولاسیون جریان لیزر دیود انجام شده است.
