ทำไมท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าไม่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณระหว่างเมือง?


17

ท่อนำคลื่นสามารถส่งกำลังสูงมากแยกสัญญาณจากเสียงภายนอกและการรบกวน นอกจากนี้ท่อนำคลื่นมีการสูญเสียต่ำมาก ความสามารถเหล่านี้ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการส่งสัญญาณระหว่างสองเมือง ทำไมท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าไม่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณระหว่างเมือง?

ฉันคิดว่าอาจเป็นเพราะ waveguides รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีแบนด์วิดท์แคบดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้หลาย ๆ อันในการส่งสัญญาณซึ่งไม่สามารถทำได้ ฉันถูกไหม?


8
ใยแก้วนำแสงไม่ได้เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่ฉันคิดว่ามันเป็นท่อนำคลื่น
Vladimir Cravero

คำตอบ:


18

สื่อภายในของท่อนำคลื่นถูกครอบครองโดยแก๊ส มันอาจเป็นสูญญากาศแม้กระทั่งกับการสูญเสียน้อยลง อย่างไรก็ตามสิ่งที่ไม่ควรอยู่ในนั้นคือน้ำ แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะป้องกันน้ำในระยะหลายไมล์และข้อต่อนับหมื่น ๆ ข้อที่จำเป็นสำหรับท่อนำคลื่น

ท่อนำคลื่นแสงเช่นไฟเบอร์มีความแข็งแรงดังนั้นจึงป้องกันการบุกรุกของน้ำทันทีและในระยะยาวเช่นกัน ได้รับใยแก้วและแจ็คเก็ตของมันจะดูดซับปริมาณน้ำ 'กล้องจุลทรรศน์' ทำให้เกิดการสูญเสียสูง แต่ใช้เวลาสักครู่และป้องกันได้ง่ายด้วยวัสดุจำนวนเล็กน้อยในการเชื่อมต่อแต่ละข้อ นอกจากนี้ยังปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพสูง

ลิงค์ใยแก้วนำแสงใต้ทะเลนั้นมหัศจรรย์มาก บ่อยครั้งที่แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ออปติกที่ทำจากไฟเบอร์ถูกใส่เข้าไปในซีรีย์ พลังงานของเลเซอร์ไฟเบอร์ออปติกคือเลเซอร์เลเซอร์อีกตัวที่ถ่ายไปยังทวีปอื่น การใช้ตัวแยกและตัวรวมสัญญาณเลเซอร์กำลังแสงจำนวนเล็กน้อย (ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า) จะถูกส่งผ่านเส้นใยที่มีสารเจือพิเศษเพื่อรักษาอะตอมเจือปนให้อยู่ในสถานะที่ตื่นเต้น เมื่อเลเซอร์สัญญาณพัลซิ่งรวมอยู่ในเส้นใยของแอมพลิฟายเออร์เลเซอร์มันจะกระตุ้นพลังงาน laster เพิ่มเติมจากอะตอมที่ถูกขับออกมาในแอมพลิฟายเออร์และการขยายก็เกิดขึ้น :-)

อีกส่วนหนึ่งของปริศนาเรียกว่าการกระจายเวลา ไม่ใช่โฟตอนทั้งหมดที่ใช้เส้นทางเดียวกันในไฟเบอร์ กอดและกระโจนออกจากกำแพงบ้างก็ลงตรงกลาง ดังนั้นไม่ทุกคนมาถึงในเวลาเดียวกันเนื่องจากมีความยาวเส้นทางที่แตกต่างกันทางกล้องจุลทรรศน์ สิ่งนี้ทำให้เกิดความกว้างของพลังงานที่โฟตอนส่งออกไปรูปแบบคลื่นไม่ได้ข้ามไปยังแอมพลิจูดแบบเต็มทันที สิ่งนี้ จำกัด แบนด์วิดธ์ให้ไฟเบอร์ยาวขึ้น

นักฟิสิกส์ที่มีความคิดสร้างสรรค์และวิศวกรด้านการมองเห็นคิดว่าเส้นใยที่ทำขึ้นซึ่งแสงของหลอดไฟช้ากว่าตรงกลางไปกว่าที่ผนังด้านนอกในใยแก้วซึ่งโฟตอนนั้นสามารถปรับเปลี่ยนได้ในเวลาเดียว เนื่องจากพวกเขาทำการเปลี่ยนแปลงความเร็วอย่างมีนัยสำคัญมันใช้ไฟเบอร์เพียงเล็กน้อยทุก ๆ กิโลเมตรเพื่อทำการแก้ไข

ตอนนี้ทั้งหมดนี้ถูกสร้างขึ้นในชุดสายเคเบิลปิดผนึกและตกลงไปในมหาสมุทร แอสเซมบลีจะทำบนเรือในทะเลขณะที่พวกเขาวางหรือในรถบรรทุกที่ด้านข้างของคูน้ำบนบก ฉันดูบางอย่างที่ทำบนบก น่าอัศจรรย์ ส่วนที่น่าทึ่งที่สุดคือไม่มีไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในสายเคเบิลทั้งหมดนับพันไมล์ reamplification และรูปแบบของคลื่นทั้งหมดปรับเปลี่ยน happends อย่างชัดเจนตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ฉันลืมที่จะพูดถึงว่าเนื่องจากเลเซอร์พลังงานต่ำกว่าความยาวคลื่นและคลื่นต่อเนื่องมันมีการสูญเสียต่ำมากในเส้นใยและสามารถไปที่จุดกึ่งกลางอย่างน้อยที่สุด พวกเขาสามารถฉีดเลเซอร์พลังงานจากทวีป OTHER ไปยังจุดกึ่งกลางเพื่อขยายสัญญาณที่เหลือไปยังทวีปเป้าหมาย

ไม่มีสิ่งนี้เป็นไปได้ในโดเมน RF และอย่างที่คนอื่นพูดกัน ทุกวันนี้พวกเขาสามารถเพิ่มช่องทางผ่าน: การเลือกปฏิบัติแบบ wavlength, การเลือกปฏิบัติแบบโพลาไรเซชัน, การหมุนแบบออปติคอลตามแกนกลาง อีกไม่กี่คนกำลังพยายาม ดังนั้นแบนด์วิดท์ของไฟเบอร์จะยังคงปีนต่อไปชั่วขณะโดยใช้ไฟเบอร์ที่ติดตั้งไว้แล้ว!


1
การขยายในเส้นใยใต้ทะเลนั้นทำด้วยเลเซอร์เลเซอร์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าในท้องถิ่น - การสูญเสียสูงเกินไปที่จะได้รับพลังงานที่เพียงพอจากเลเซอร์บนชายฝั่ง เครื่องขยายเสียงเรียกว่า EDFAs - เครื่องขยายเสียงเออร์เบียมเจือด้วยเส้นใย โมดูลเครื่องขยายเสียงมีการเชื่อมต่อไฟฟ้าในซีรีส์ โวลต์หลายพันโวลต์ถูกวางไว้ตลอดความยาวของสายเคเบิลเพื่อจ่ายไฟให้กับเครื่องขยายเสียงทั้งหมด เลเซอร์ปั๊มในโมดูลเครื่องขยายเสียงตั้งอยู่นอกวงส่งและพวกเขาจะถูกรวมเข้ากับเส้นใยเจือด้วยดิพเพล็กเซอร์แสง อย่างไรก็ตามประเด็นคือข้อมูลอยู่ในโดเมนออพติคัล
alex.forencich

1
อีกทั้งเส้นใยชดเชยการกระจายตัวก็ไม่ได้ใช้งานอีกต่อไป การกระจายเกิดจากความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงที่เดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกันไปตามเส้นใยแม้ในโหมดการแพร่กระจายเดียว ไฟเบอร์ชดเชยการกระจายเป็นวิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้ อย่างไรก็ตามระบบที่ทันสมัยใช้การประมวลผลสัญญาณดิจิตอลเพื่อแก้ไขการกระจายซึ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการใช้มอดูเลตลำดับสูงกว่าเช่น QPSK หรือ QAM รูปแบบการปรับอื่น ๆ เช่น OFDM มีความไวต่อการกระจายน้อยกว่า
alex.forencich

15

ท่อนำคลื่นในระยะหลายไมล์จะมีราคาแพงและไม่เสถียร คุณจะยึดท่อที่มีความแม่นยำสูงหลายไมล์ได้อย่างไร มันจะลดลงภายใต้น้ำหนักของตัวเอง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะทำให้การออกแบบท้าทาย ไม่จำเป็นต้องมีวัตถุดิบต่อไมล์ในการสร้างท่อนำคลื่นดังกล่าวและบำรุงรักษาต่อไมล์ต่อปี

Open air เสียค่าใช้จ่ายเป็นศูนย์ต่อไมล์และไม่มีการบำรุงรักษาระหว่างจุดสิ้นสุดยกเว้นการตัดแต่งต้นไม้เป็นครั้งคราวดังนั้นรังสี EM จึงชนะการแข่งขันด้านเศรษฐศาสตร์ ค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะรวมไปถึงการออกแบบเสาอากาศและการประดิษฐ์รวมถึงท่อนำคลื่นระยะสั้นที่จุดปลายแต่ละจุด สิ่งนี้จะปรับขนาดได้ดีขึ้นเมื่อสร้างเครือข่ายระดับประเทศ


13

ท่อนำคลื่นถูกนำมาใช้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ระบบ Bell พัฒนาเครือข่ายโดยใช้ท่อนำคลื่นใต้ดินแบบกลมและสร้างโรงงานนำร่อง

นี่คือแผ่นพับสั้น http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html และบทความ https://archive.org/details/bstj43-4-1783

ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการลงทุนนี้พวกเขาไม่กี่ปีที่ผ่านมาเปลี่ยนมาใช้ท่อนำคลื่นแสงซึ่งมีราคาถูกกว่ามากและมีแบนด์วิดท์สูงกว่ามาก

รายละเอียดทางเทคนิคมากมายมีอยู่ในหนังสือ "ประวัติความเป็นมาของวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ในระบบระฆัง: เทคโนโลยีการส่ง (2468-2518)" บัญชียอดนิยมใน "โรงงานความคิด" โดย Gertner ทั้งคู่เป็นหนังสือที่ยอดเยี่ยม


11

มีหลายสาเหตุที่สิ่งนี้ไม่เคยทำ:

ความแข็งแรง

ข้อได้เปรียบหลักของการใช้ RF คือคุณสามารถส่งผ่านพื้นที่ที่ค่อนข้างแข็งแกร่ง การนำไปไว้ในท่อนำคลื่นจะเสียความได้เปรียบนี้ไป

ท่อนำคลื่นทำจากโลหะและสร้างท่อนำคลื่นที่มีความแม่นยำสูงและติดตั้งในพื้นที่หรือแขวนไว้บนเสามีราคาแพงมาก นอกเหนือจากนั้น RF โดยทั่วไป (ใน waveguide หรือในพื้นที่ว่าง) ถูก จำกัด หรือแบนด์วิดธ์ต่ำกว่า 100 GHz

ราคา

ในทางกลับกันใยแก้วนำแสงเป็นเพียงแก้วและค่อนข้างถูก ใยแก้วนำแสงยังเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีการสูญเสียต่ำที่สุดในรอบ - เส้นใยเกรดการส่งผ่านที่ดีสามารถมีการสูญเสียประมาณ 0.2 เดซิเบลต่อกม. ใช่คุณจะสูญเสียเพียง 20 เดซิเบลเมื่อคุณผ่านใย 100 กิโลเมตรและเป็นเรื่องง่ายมากที่จะเพิ่มการสำรองข้อมูลด้วยแอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ในช่วงเวลาปกติ

แบนด์วิดธ์

ไฟเบอร์ยังให้แบนด์วิดธ์ขนาดใหญ่อย่างยิ่งและเป็นภูมิคุ้มกันต่อการรบกวน EM ภายนอก มันเป็นเรื่องไม่สำคัญ (แม้ว่าจะไม่ถูกมากนัก) ที่จะส่งสัญญาณ 100 สัญญาณขึ้นไปผ่านไฟเบอร์เดี่ยวบนศูนย์ 100 GHz หรือ 50 GHz และย้ายหลาย Tbps

มันเป็นไปได้ที่จะปรับสัญญาณอะนาล็อกไปยังแสงเลเซอร์ (ที่มีแบนด์วิดธ์หลาย GHz) และส่งสัญญาณนั้นลงเส้นใยอาจเป็นไปได้แม้จะมีหลายช่องทางเหล่านี้ในแบบคู่ขนาน สิ่งนี้เรียกว่า RF บนไฟเบอร์และมันถูกใช้เป็นครั้งคราวสำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่นการเชื่อมต่อสถานีออกอากาศกับเครื่องส่งสัญญาณ

แบนด์วิดท์ผ่านไฟเบอร์นั้นใหญ่มากอย่างแน่นอนเพราะความถี่กลางอยู่ใน 100s ของ THz RF ไม่ได้อยู่ใกล้ทุกที่


9

การทดลองใช้ BT Trunked Waveguide เป็นความพยายามที่จะใช้ waveguide ความจุสูง (การโทรด้วยเสียง 300,000 ครั้ง) บนเส้นทางสายโทรศัพท์ - เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยในสมัยนั้น ท่อนำคลื่นเป็นวงกลมลวดทองแดงหมุนวนไปตามแมนเดรลเพื่อทำท่อ มันอาจจะง่ายกว่าการทำ waveguide แบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่ก็ยังมีราคาแพง - ทองแดง, ราคาแพงในการติดตั้ง - การสลักใกล้เส้นตรงและมีราคาแพงในการบำรุงรักษา - ทำให้มันมีแรงดันเพื่อป้องกันความชื้น

จากนั้นใยแก้วนำแสงก็เข้ามาและทำให้ท่อนำคลื่นที่มีลำต้นซ้ำซ้อน ทองแดงที่ถูกติดตั้งนั้นมีคุณค่ามากจนสามารถนำไปทดลองทางเศษเหล็กได้

เพิ่มเติมที่นี่ในประวัติย่อของการส่งสัญญาณโทรคมนาคมในสหราชอาณาจักร : pp37

ฉันไปถึง BT Research Labs หลายปีหลังจากโครงการนี้ถูกยกเลิก มันยังคงพูดถึงว่าเป็นข้อพิสูจน์ว่าทำไมคุณต้องลงทุนในการวิจัยเทคโนโลยีที่แตกต่าง ... หนึ่งในนั้นอาจทำให้ทุกอย่างล้าสมัย

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.