Чому прямокутні хвилеводи не використовуються для міської передачі?


17

Волноводи можуть передавати дуже високі потужності, ізолюючи сигнал від зовнішніх шумів і перешкод. Крім того, хвилеводи мають дуже низькі втрати. Ці можливості роблять їх цікавим кандидатом для передачі сигналу між двома містами. Чому прямокутні хвилеводи не використовуються для міської передачі?

Я думаю, це може бути тому, що прямокутні хвилеводи мають вузьку пропускну здатність, і тому багато з них потрібно використовувати для передачі сигналу, що недоцільно. Я правий?


8
Добре, оптичні волокна не прямокутні, але, мабуть, це хвилеводи
Володимир Креверо

Відповіді:


18

Середовище всередині хвилеводу займає газ. Це може бути вакуум, мабуть, навіть із меншими втратами. Однак те, чого не повинно бути, - це вода. Попередити воду в милях і 10-х тисячах стиків, необхідних для хвилеводів, майже неможливо.

Оптичні хвилеводи, тобто волокна, є твердими, і тому запобігають проникненню води миттєво, а також дещо і на довгостроковій основі. Затверджене, скловолокно та його кожух ВІДБУЮТЬ «мікроскопічну» кількість води, спричиняючи великі втрати. Але це займає деякий час, і це легко запобігти дуже маленькою кількістю матеріалу на кожен шарнір. Це також високоефективна герметизація.

Підводні оптичні ланки дивовижні. Кожен настільки часто волоконно-оптичний підсилювач, виготовлений з волокна, вводиться послідовно. Енергія для волоконно-оптичного лазера - ВІДНОШІ лазерні зйомки аж до іншого континенту. Використовуючи розгалужувачі та комбінатори, через спеціально легований шматок волокна надсилається невелика кількість лазерної потужності НИЗКОЇ частоти (довшої хвилі), що підтримує атоми легуючих речовин у збудженому стані. Коли імпульсний сигнальний лазер поєднується у волокні лазерного підсилювача, він запускає додаткову потужність від вибутих атомів у підсилювачі, і посилення відбувається :-)

Інша частина головоломки називається часовою дисперсією. Не всі фотони проходять абсолютно однаковий шлях у волокні. Деякі обіймаються і відскакують від стін, деякі спускаються по центру. Тому не всі прибувають одночасно, оскільки проїхали мікроскопічно різну довжину шляху. Це призводить до того, що амплітуда енергії, поданої фотонами, поширюється, хвильова форма НЕ миттєво переходить до повної амплітуди. Це обмежує пропускну здатність, чим довше волокно.

Геніальні фізики та оптичні інженери з'ясували, якщо зроблене волокно там, де світловий світлодіод швидше у центрі, ніж у зовнішньої стінки у скляному волокні, то фотони можна було б впорядкувати вчасно під час виходу з цього «коригуючого волокна». Оскільки вони зробили зміну швидкості значною, для внесення корекції потрібно лише невелика кількість волокна на кілометр або близько того.

ЗАРАЗ все це вбудовується в кабельну збірку, герметизується і скидається в океан. Збирання проводиться на судні в морі, коли вони скидають його, або в вантажівці збоку траншеї на суші. Я спостерігав, як це робиться на суші. Дивовижний. Найдивовижніша частина полягає в тому, що в усьому кабелі для ТИШИЦЬ МІЛ немає електроенергії чи електроніки. Все перепрофілювання та перетворення форми хвилі відбувається оптично, як описано вище. Я забув згадати, що оскільки силовий лазер має меншу довжину хвилі і безперервну хвилю, він має дуже низькі втрати у волокні і може перейти принаймні на половину точки. Потім вони могли впорскувати лазер живлення з ІНШОГО континенту в середину точки, щоб посилити сигнали на іншій частині шляху до цільового континенту.

НІЧОГО НЕ ЦЕ можливо в домені РФ. А як казали інші, пропускна здатність божевільна. Сьогодні вони можуть додавати канали за допомогою: дискримінації по довжині хвилі, дискримінації поляризації, оптичного обертання вздовж центральної осі та спірально впорскуваного світла у форму спіралеподібного гайка вниз по волокні. Здійснюється спроба ще декількох. Тож пропускна здатність волокон ще деякий час буде збільшуватися, використовуючи вже встановлені волокна!


1
Посилення в підводних волокнах проводиться за допомогою локальних насосних лазерів з електричним керуванням - втрати занадто великі, щоб отримати достатню потужність від берегового лазера. Підсилювачі називаються EDFA - підсилювачі волокон, легованих ербієм. Модулі підсилювачів електрично з'єднані послідовно. Кілька тисяч вольт розміщені по всій довжині кабелю для живлення всіх підсилювачів. Лазери насоса в модулях підсилювачів сидять поза смугою передачі і вони з'єднуються з легованим волокном з оптичними діплексерами. Однак справа в тому, що DATA залишається в оптичній області.
alex.forencich

1
Також волокно компенсації дисперсії вже не так багато використовується. Дисперсія викликається різною довжиною хвилі світла, що рухається з різною швидкістю вниз по волокні, навіть в межах одного режиму поширення. Дисперсійне компенсаційне волокно - це один із способів виправлення цього. Однак сучасні системи використовують цифрову обробку сигналів для корекції дисперсії, що набагато ефективніше, особливо коли використовуються модуляції вищого порядку, такі як QPSK або QAM. Інші формати модуляції, такі як OFDM, менш чутливі до дисперсії.
alex.forencich

15

Хвилярі протяжністю декількох миль були б дико дорогими та нестабільними. Як би ви витримали милі дорогої високоточної механічної труби? Він би провис під власною вагою. Зміни температури зробили б складною конструкцію. Для виготовлення таких хвилеводів і обслуговування в милі на рік потрібно потреба в сировині на милю.

Відкрите повітря коштує нуля на милю і не займає обслуговування між кінцевими точками, крім випадкової обрізки дерев, тому ЕМ-випромінювання перемагає в конкурсі з економіки. Всі витрати витрачаються на розробку та виготовлення антен, включаючи короткочасні хвилеводи, у кожній кінцевій точці, а не велика кількість матеріалу між точками. Це краще масштабується при побудові мережі загального масштабу.


13

Волноводы фактично використовувались недовго, система Bell розробила мережу на основі круглих підземних хвилеводів і навіть побудувала експериментальну фабрику.

Ось коротка брошура http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html та стаття https://archive.org/details/bstj43-4-1783

Частково через ці інвестиції вони запізнилися на кілька років до оптичних хвилеводів, які значно дешевші та мають значно більшу пропускну здатність.

Багато технічних деталей можна знайти у книзі "Історія інженерії та науки в системі дзвонів: технологія передачі (1925-1975)", популярному оповіданні у "Фабриці ідей" Гертнера. Обидві - чудові книги.


11

Є кілька причин, чому цього ніколи не робиться:

Міцність

Основна перевага використання RF полягає в тому, що ви можете передавати його через простір відносно надійно. Поклавши його у хвилевід, втрачає цю перевагу.

Хвилеводи виготовляються з металу і будують дуже довгі, точні хвилеводи, а потім встановити їх у землю або повісити на стовпи надзвичайно дорого. Крім цього, ВЧ загалом (у хвилеводі чи у вільному просторі) більш-менш обмежений пропускною здатністю менше 100 ГГц.

Вартість

З іншого боку, оптичне волокно - це просто скло, і це досить дешево. Оптичне волокно також є одним з матеріалів з найнижчими втратами навколо - хороше волокно класу передачі може втратити близько 0,2 дБ на км. Так, ви втрачаєте лише 20 дБ, проїжджаючи 100 км волокна, і це дуже легко збільшити резервну копію з підсилювачами волокон через рівні проміжки часу.

Пропускна здатність

Волокно також забезпечує абсолютно величезну пропускну здатність, і воно не застраховане від зовнішніх перешкод. Тривіально (хоча і не так дешево) покласти 100 або більше сигналів через одне волокно на центрах 100 ГГц або 50 ГГц і перемістити кілька Тбіт / с.

Можна навіть модулювати аналоговий ВЧ на лазерному світлі (з пропускною здатністю декількох ГГц) і передавати його вниз по волокні, можливо, навіть з декількома з цих каналів паралельно. Це називається радіочастотним сигналом над волокнами, і воно використовується періодично для таких речей, як підключення радіостанцій до передавачів.

Ширина смуги пропускання через волокно абсолютно величезна, оскільки центральна частота знаходиться в 100-ти Тц. РФ ніде не доходить до цього.


9

Випробування BT Trunked Waveguide було намаганням використовувати хвилевод високої ємності (300 000 голосових дзвінків) на маршрутах телефонних магістралей - це було найсучаснішою технологією свого часу. Волновод був насправді круговим, мідний дріт крутився на оправці, щоб зробити трубку. Це було, мабуть, легше зробити, ніж прямокутний хвилевід, але все-таки було дорогим - мідним, дорого встановити - траншеї поблизу прямих ліній, і дорогим у підтримці - утримуючи його під тиском, щоб уникнути попадання вологи (інша причина прямокутного перерізу не бажана) тощо.

Потім волоконна оптика підійшла і зробила магістральний хвилевід зайвим. Встановлена ​​мідь була настільки цінною, що було економічно вигідним зірвати пробний хвилевод для брухту.

Більше тут у Короткій історії передачі телекомунікацій у Великобританії : pp37

Я приїхав до BT Research Labs через кілька років після скасування цього проекту. Про це досі говорили як доказ того, чому потрібно вкладати гроші в дослідження різних технологій ... одна з них може зробити все інше застарілим.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.