为什么矩形波导不用于城际传输?


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波导可以传输非常高的功率,从而将信号与外部噪声和干扰隔离开来。此外,波导具有非常低的损耗。这些功能使它们成为两个城市之间信号传输的有趣候选者。为什么矩形波导不用于城际传输?

我猜可能是因为矩形波导的带宽很窄,因此有必要将许多波导用于信号传输,这是不切实际的。我对吗?


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好吧,光纤不是矩形的,但我猜它们是波导
弗拉基米尔·克拉韦罗

Answers:


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波导内部的介质被气体占据。它可能是真空的,甚至可能损失更少。但是,里面不应该有水。几乎不可能防止水流过波导管所必需的千里万里。

光波导,即纤维,是实心的,因此在一定程度上也是长期的,因此可以瞬时防止水侵入。当然,玻璃纤维及其外套会吸收“微量”的水,从而造成高损失。但是这需要一段时间,并且每个关节上的材料量很少,很容易预防。这也是非常有效的密封。

海底光纤链路是惊人的。通常是串联安装一个由光纤制成的光纤放大器。光纤激光器的能量是向另一大陆发射的另一种激光器。使用分离器和合束器,少量的低频(较长波长)功率激光通过特殊掺杂的光纤发送,从而使掺杂原子保持激发态。当脉冲信号激光结合在激光放大器光纤中时,它会从放大器中的被激发原子中触发额外的持久功率,并且会发生放大:-)

难题的另一部分称为时间分散。并非所有光子都在光纤中采用完全相同的路径。一些从墙壁上抱起并弹跳,一些从中心向下走。因此,由于在微观上经过了不同的路径长度,因此并非所有的物体都同时到达。这导致由光子传递的能量的幅度被散开,波形不会立即跳到全幅度。这限制了带宽,光纤越长。

聪明才智的物理学家和光学工程师想出了,如果制成的光纤的光速在中心处比在玻璃纤维中的外壁处慢,那么光子在退出该“校正光纤”时会及时重新排列。由于它们使速度变化显着,因此每公里左右仅需要少量光纤即可进行校正。

现在,所有这些都内置在电缆组件中,密封并掉入海洋。组装是在海上的船上或降落在战trench侧面的卡车上完成的。我看过其中一些是在陆地上完成的。惊人。最令人惊奇的是,成千上万的电缆中没有电力或电子设备。如上所述,所有的放大和波形整形都是光学发生的。我忘了提一下,由于功率激光器的波长较低且是连续波,因此它在光纤中的损耗非常低,并且至少可以到达一半。然后,他们可以从其他大陆向中点注入功率激光,以放大到达目标大陆的其余信号。

在RF域中,这是不可能的。就像其他人所说的那样,乐队是疯了。如今,他们可以通过以下方式添加通道:波长识别,偏振识别,沿中心轴的旋光以及沿光纤向下呈螺旋环形旋转注入的光。正在尝试其他一些方法。因此,使用已安装的光纤,光纤带宽将继续攀升一段时间!


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海底光纤的放大是通过本地电动泵浦激光器完成的,损耗太高,无法从岸基激光器获得足够的功率。这些放大器称为EDFA-掺do光纤放大器。放大器模块串联电连接。在电缆的整个长度上放置了几千伏,为所有放大器供电。放大器模块中的泵浦激光器位于传输带之外,并通过光学双工器耦合到掺杂光纤中。但是,关键是DATA停留在光域中。
alex.forencich 2015年

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另外,不再使用色散补偿光纤。色散是由不同波长的光以不同的速度沿光纤向下传播造成的,即使在单一传播模式下也是如此。色散补偿光纤是对此进行校正的一种方法。但是,现代系统使用数字信号处理来校正色散,这在使用QPSK或QAM等高阶调制时尤其有效。诸如OFDM的其他调制格式对色散较不敏感。
alex.forencich 2015年

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几英里远的波导将极其昂贵且不稳定。您将如何承受数英里昂贵的精密加工管道?它会因自身重量而下垂。温度的变化将使设计具有挑战性。每年每英里需要原材料来制造这种波导,并且每英里需要维护。

露天成本为每英里零,并且除偶尔修剪树木外,端点之间无需维护,因此EM辐射赢得了经济竞争。所有的费用都用于天线设计和制造,包括在每个端点的短波长波导,而不是点之间的大量材料。在构建全国规模的网络时,这种扩展更好。


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波导实际上只使用了很短的时间,贝尔系统开发了基于圆形地下波导的网络,甚至建立了一个试点工厂。

这是一个简短的小册子 http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html 和一篇文章 https://archive.org/details/bstj43-4-1783

部分由于这项投资,他们在向光波导过渡的过程中推迟了几年,光波导便宜得多,带宽也高得多。

大量的技术细节可以在Gertner的“ The Idea Factory”一书中广为人知的“贝尔系统中的工程和科学史:传输技术(1925-1975)”一书中找到。两者都是好书。


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从来没有这样做的原因有很多:

坚固性

使用RF的主要优点是您可以相对稳健地在太空中传输它。将其放在波导中会失去这一优势。

波导是用金属制成的,可以建造非常长的精密波导,然后将其安装在地面上或悬挂在杆上非常昂贵。最重要的是,通常(在波导中或在自由空间中)RF或多或少地限于100 GHz以下的带宽。

成本

另一方面,光纤只是玻璃,因此非常便宜。光纤也是周围损耗最低的材料之一-优质的传输级光纤每公里的损耗约为0.2 dB。是的,当您通过100 km的光纤时,您只会损失20 dB,并且很容易以固定的间隔通过光纤放大器来增强它。

带宽

光纤还提供了绝对巨大的带宽,并且不受外部EM干扰的影响。将100个或更多信号通过100 GHz或50 GHz中心的单根光纤传输并移动几个Tbps是微不足道的(尽管并不便宜)。

甚至可以将模拟RF调制到激光上(具有几GHz的带宽),然后沿着光纤传输,甚至可能有多个平行的这些信道。这称为光纤上的RF,偶尔用于诸如将广播电台连接到发射器之类的事情。

通过光纤的带宽绝对是巨大的,因为中心频率在THz的100s之内。射频无法做到这一点。


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BT中继波导试验是一项在电话中继线路上使用大容量波导(300,000个语音呼叫)的尝试-这是当时的最先进技术。波导实际上是圆形的,将铜线旋转到心轴上制成管。它可能比矩形波导更容易制造,但仍然很昂贵-铜,安装昂贵-在直线附近挖沟,维护昂贵-保持加压以保持水分(另一个原因是矩形横截面不是首选)等。

然后,光纤出现,并使干线波导冗余。所安装的铜非常有价值,因此撕下试验波导以进行报废在经济上是可行的。

英国《电信传输简史》中的更多内容:pp37

该项目被取消几年后,我来到了BT研究实验室。仍然有人在谈论它,以证明您为什么必须投资研究不同的技术……其中之一可能会使其他所有事物都过时。

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