两个电流如何在同一根导线上同时沿相反的方向传播而又不会互相干扰?


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John R. Pierce撰写的《信息论导论:符号,信号和噪声》说:

线性是自然界真正令人惊讶的特性,但绝非罕见。结合网络理论在第一章中讨论的由电阻器,电容器和电感器组成的所有电路都是线性的,电报线路和电缆也是如此。实际上,电路通常是线性的,除非它们包括真空管,晶体管或二极管,有时甚至是基本上线性的。

由于电报线是线性的,也就是说电报线是这样的,即电报线上的电信号相互独立而不会相互影响,因此两个电报信号可以在同一条线上同时沿相反的方向传播,而不会互相干扰。然而,尽管线性是电路中相当普遍的现象,但绝不是普遍的自然现象。两列火车不能在同一轨道上以相反的方向行驶而不会受到干扰。但是,如果火车中包含的所有物理现象都是线性的,则大概可以。读者可能会猜测真实存在的线性种族中的不幸。

从物理角度考虑这一点,我想知道电报线是线性的,就意味着两个电报信号(换句话说,两个电流)可以同时一条线上以相反的方向传播,而不互相干扰?

我天真地将电线看作是一条单车道的双向道路。以此类推,汽车将能够沿任一方向行驶,但不能同时行驶。据我了解,在固体中,电子的运动会产生电流,因此电子将成为汽车。根据作者对线性的解释,允许并发的双向电流通过的电子在这里发生了什么?

我在Wikipedia页面上找不到线性电路的任何内容阐明物理特性的线性。

如果人们可以抽出时间澄清这一点,我将不胜感激。

PS我没有电气工程专业背景,因此赞赏用基本措词的解释。

编辑:根据上一个主题的评论,我了解到,如果我将电子表示为双面碰碰车,我的类比会更准确,然后想象一下,这些车充满了它们所居住的双向车道,从而沿任一方向的运动(沿任一方向的电流)均由连续的“推动/推动”运动表示,就像波浪一样,这种运动由每辆汽车的“碰撞/推动”永久性地推向其“前部”的运动(在电流方向)。

编辑2:我看到许多答案告诉我,我的误解的根源在于我认为电流和信号是同一件事。而这些问题的答案是正确的,我假设电流和信号是一样的,因为笔者一直暗示,他们是在文字同样的事情(或者他未能在两者之间有明显的区别)!请参阅同一章中的以下摘录:

当莫尔斯(Morse)与阿尔弗雷德·维尔(Alfred Vail)一起工作时,放弃了旧的编码,现在我们所知道的莫尔斯(Morse)码是在1838年设计的。在该代码中,字母由空格,点和破折号表示。空格是没有电流,点是持续时间短的电流,而虚线是持续时间较长的电流。

莫尔斯在地下电线上遇到的困难仍然是一个重要问题。 同样好地传导稳定电流的不同电路不一定同样适合于电通信。如果人们在地下或海底电路上发送点和点的速度过快,它们将在接收端一起运行。如图II-1所示,当我们发送一小段突然突然开启和关闭的电流时,我们在电路的远端接收到更长,更平滑的电流上升和下降。电流的这种较长流动可能与所发送的另一个符号的电流重叠,例如,由于没有电流。因此,如图II-2所示,当传输清晰清晰的信号时,可能会收到难以解释的模糊电流徘徊信号。

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当然,如果我们使点,空格和虚线足够长,则远端的电流将更好地跟随发送端的电流,但这会降低传输速率。显然,给定的传输电路在某种程度上与点和空间的传输速度有关。对于海底电缆,该速度是如此之慢,以至于给电报员带来麻烦。对于电线杆来说,它是如此之快以至于不会打扰电报员。早期的电讯工作者已经意识到了这一局限性,它也是传播理论的核心。

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即使面对这种速度限制,也可以做各种事情来增加在给定的时间内可以通过给定电路发送的字母数。破折号的发送时间是点的三倍。人们很快意识到,可以通过双流电报获得收益。我们可以通过想象一下,在接收端将检流计(一种检测并指示小电流流向的装置)连接在电报线和地面之间来理解这一点。为了指示一个点,发送方将其电池的正极连接到电线,负极连接到地,检流计的指针向右移动。要发送破折号,发送方将其电池的负极连接到电线,正极连接到地面,检流计的针向左移动。我们说一个方向(进入导线)的电流代表一个点,而另一个方向(离开导线)的电流代表一个虚线。根本没有电流(电池断开连接)代表一个空间。在实际的双流电报中,使用了另一种接收工具。

在单电流电报中,我们有两个元素可以用来构造代码:电流和无电流,我们可以将其称为1和0。在双电流电报中,我们实际上具有三个元素,我们可以将其描述为正向电流,或者电流进入电线;没有电流 反向电流或导线电流;或为+ 1、0,-1。此处的+或-符号表示电流的方向,数字1表示电流的大小或强度,在这种情况下,对于任一方向的电流均相等。

1874年,托马斯·爱迪生(Thomas Edison)走得更远。在他的四重电报系统中,他使用了两个强度的电流以及两个方向的电流。他使用强度的变化来发送一条消息,而与电流方向的变化无关而发送一条消息,而与强度的变化无关地使用电流的方向变化来发送另一条消息。如果我们假设电流与下一个电流相等,则可以表示四种不同的电流流动条件,通过这两种条件,两条消息同时以+ 3,+ 1,-1,-3的形式通过一个电路传送。表I中显示了这些在接收端的解释。

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图II-3显示了如何通过一系列四个不同的电流值来表示两个同时发生的独立消息的点,破折号和空格。

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显然,通过一个电路可以发送多少信息,不仅取决于一个人可以在电路上发送连续的符号(成功的电流值)的速度,还取决于一个人可以选择多少个不同的符号(不同的电流值)。 。如果我们仅将两个电流+1或0或两个电流+1和-1用作符号,则一次只能将两种可能性中的一种传递给接收器。但是,我们已经在上面看到,如果我们可以一次选择四个当前值中的任何一个(四个符号中的任何一个),例如+3或+ 1或-1或-3,我们可以通过这些当前值(符号)有两个独立的信息:在消息1中是指0还是1,在消息2中是指0还是1。因此,对于给定的发送连续符号速率,使用四个当前值可使我们发送两条独立的消息,每条消息的速度与两个当前值可使我们发送一条消息的速度一样快。通过使用四个当前值,我们每分钟可以发送两倍于使用两个当前值的字母。

而且该教科书没有假设任何物理或电气工程知识,因此读者似乎不太可能区分信号和电流-尤其是考虑到作者似乎不断暗示它们是相同的(或无法以任何明确的方式将没有背景的人将两者分开)。


1
稍后将不得不返回答案类解释,但是本质上,两个发送者的贡献只是在他们彼此通过的地方加上,挑战就在终点。如果您知道要发送的内容,则可以减去该值并查看其他人发送的内容。问题在于传输线的影响,以及看到过去传输的反射的可能性。如果您已经完成了有关传输线的讲座,那么冲动在各个方向上相互传播的想法就很清楚了,请尝试思考如何在没有这种情况的情况下清楚地解释这一点。
克里斯·斯特拉顿

2
首先想象一下非常庞大的碰碰车队...
克里斯·斯特拉顿

11
请注意,您的教科书引用中说的是“两个电报信号...”,而您的问题说的是“两个电流...”以相反的方向传播。但是根据欧姆定律$ V = IR $,电流与导线两端的电压降成正比。因此,您实际上永远不会观察到同时流向相反方向的电流。但是,就像答案所暗示的那样,电压变化非常快的波形可以在两个方向上对消息进行编码。

4
坦白说,我不认为那本书的作者理解“线性”的含义。当然,这并不意味着他在您引用的文章中所描述的内容。电容器和电感器绝对是非线性的。@JohnForkosh正确了;您无需演示双向流动的电流即可对双向信号进行编码。实际上,演示双工(双向通信)的电报电路简直是荒谬的。它所需要的只是一个中心抽头的线圈和一个变阻器。参见mysite.du.edu/~jcalvert/tel/morse/morse.htm#H1
罗伯特·哈维

3
“线性”有两种不同的含义-一种是John Forkosh引用的电气含义,另一种是在无线电信号环境中使用的,作者正在使用:“线性规则在许多数学和工程方面都是通用的。描述了您可以通过将输入信号分成简单的部分并在输出处使用叠加来恢复整个系统的输出来描述系统的效果。” - dspillustrations.com/pages/posts/misc/...

Answers:


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物理学上的解释是,波导(包括自由空间)在两个传播方向上具有正交模式。这意味着沿相反方向传播的两个信号不会相互干扰。(这不是一个近似值,将有没有干扰)。

分离“已发送”和“已接收”信号的设备是循环器。它也存在于光域中,可用于在单根光纤上实现双工通信。在RF域中,它可用于实现在单个天线上(当然,在相同的时间和相同的频率上)发送和接收信号的分离。实际上,主要由于技术原因,人们经常使用不同的频率进行发送和接收。环行器的隔离度不够理想,对于非常弱的接收信号,分离效果不佳。但是,如果有人拥有完善的循环器设备,则该装置将起作用。

在旧的模拟电话系统中,只有一对电线,但是可以同时说话和听。

TL / DR:一个非常基本的解释是,一根电线上有电压和电流,可以用来在两个方向上传送单独的信息。考虑以下:

导线的一侧有一个可控的电压源,要传输的信息是瞬时电压。在导线的另一侧,有一个可控电流源(或更好的“下沉”)。这里要发送的信息是瞬时电流。显然,站点1(带有电压源的站点)只需测量通过电线的电流就可以从源2读取信号。站点2也可以通过测量其电流源端子上的电压来接收来自站点1的信号。因此,这证明您可以在同一根导线对上同时在两个方向上传输信息。并且,如果您怀疑不可能将电流源/接收器连接到电压源。这是完全有可能的,

编辑:对波也有基本的解释:自由空间波具有振荡的电磁场(E和H)。它们在空间中以90°角定向,并且具有90°的时间相移。向前传播方向为+ 90°,向后传播方向为-90°(取决于坐标系或相位符号的选择,反之亦然)。同样,磁场和电场振幅的比率与介质的波阻抗固定(真空度为377欧姆)。如果我们现在有一个向前和向后的传播波,我们将在时空的任何地方都具有电场和磁场的叠加。然而,两个波的理想分离是可能的。简而言之:电场将增加,而磁场将减少(由于180°的总相移)。由于每个分量的E和H场的振幅具有固定的比率,我们可以用H代替E场(反之亦然),并求解来回波的两个E场振幅。这证明了两个传播方向的理想分离是可能的。

正如我先前所写,这背后的非常抽象的物理学解释是,与两个传播方向相对应的模式始终是正交的,信号不会发生干扰。


3
In the old analog telephone system there was only a single wire pair, yet it was possible to speak and hear at the same time. -是的,但这是因为两个语音信号混合在一起了,这种现象使得可以使用混音器将多种乐器放入一首歌中。
罗伯特·哈维

4
@RobertHarvey不。每一端都听到扬声器中的另一端,而没有听到他们自己的声音(或至少听到它的衰减很大的声音;系统中的失配总是会产生一点反射信号)。
hobbs

2
@hobbs您的评论与我的经验不完全一致。在固定电话上大声而清晰地交谈时,甚至在没有拨号音但有电池(电话公司提供的48 V电压)的线路上,我肯定都能听到自己的声音,我可以听到自己正在呼入测试电话。这就是我知道线路上有电池的方式。最后一点确实突出了我同意您的评论的方式:在座机上听到您的声音并不是因为您在线路上听到了自己的信号,而是电话本身将电话中麦克风的信号与线路中的信号混合在一起。
托德·威尔考克斯

1
另请参阅“侧音”
Nemo

1
@kostas“多个错误”:您能具体点吗?如果您已经阅读了答案的开头(“-正如我之前写的-”),您会注意到我所指的是传播的“模式”。但没错,这种形式的最后一句话是不正确的。我对其进行了精确编辑并使其与答案的正文相匹配。
Andreas H.

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在某种意义上说,两个电报信号(换句话说,两个电流)可以在同一根导线上同时沿相反的方向传播,而不会互相干扰

0 V0 A

如果两个电流波沿相反的方向传播,则波彼此之间毫无问题地通过,就像两个声波能够在相同的介质中以相反的方向传播一样。

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(在这里,蓝色向左移动,绿色向右移动,红色波形是它们叠加的结果。红色波形是导线中随时间测量的电流/电压分布。)

x2x3U(x,t)I(x,t)

具体来说,描述传输线中的波的方程式甚至有一个名称:电报机方程式

xU(x,t)=LtI(x,t)RI(x,t)
xI(x,t)=CtU(x,t)GU(x,t)

L,C,GRxt

UIU1(x,t)U2(x,t)

U(x,t)=αU1(x,t)+βU2(x,t)
αβ


有关DC的旁注:

使两个电流沿相反的方向流动将抵消它们的作用,并导致没有电流。另外,您可以说服自己,直流电(DC)不能一次双向流动仅凭欧姆定律

RU=φ2φ1I=UR流。电流(由移动的正电荷组成)从正电位变为负电位。

U=φ1φ2=U.
I=UR=UR=I.

如果我们使两个电位相等,则不会有差异,电流将为零。

两端都流出电流的唯一方法是在中间有一个源,这并不是很有趣。


严格来说,波也可以沿相同方向传播而不会互相影响,例如不同频率的波。一些类似的方程式(尽管我认为不是),但可以让不同频率的波以不同的速度传播,并且彼此重叠,就像《 OP》所引用的书中的火车一样。

@Kostas当然,它们通常是非交互的。
ahemmetter

您的动画似乎有一个多余的最后一帧,这会在重复时破坏动画的平滑性(基本上是两个后续的相同帧)。
Ruslan '18

11

有一个问题: 电报信号不是电流。 (我们也可以说电报信号是电压。)哪个正确?都不行

为了解决这个问题,请放弃电子学,而要回到其背后的物理学。实际上,电报信号(甚至所有地方的所有电信号)实际上都是电能。与光波和无线电波一样。信号就是变化,电流变化涉及电压,电压变化涉及电流。信号是瓦特,而不仅仅是安培,而不仅仅是伏特。

信号能量的行为不同于电路中的电流。尽管能量在电路上快速移动,但安培或电荷流却没有。电荷只是在整个循环中旋转,或者稍微来回摆动,但电流不会以光速向前飞行。确实有东西以光速飞行。我们对其进行测量并以瓦特或“瓦数”进行讨论。功放不会飞快,功放不一样,安培是“中级”的慢速运动。在每根电线中发现的电荷海。波浪对媒介。有点像声波对风。电流就像风,而信号就像声波。(当然,声波是来回风!空气在摇摆,而声波向前传播。)

两个独立的信号如何通过电路?首先要问问自己,两个独立的声波如何能够通过相同的空气区域。然后在池塘上扔两个鹅卵石,问问自己两个牛眼波纹图案如何在不相互作用的情况下彼此穿过。为什么一束激光束在穿过时都不会阻挡另一束?如果介质是线性的,那么所有波都可以做。在线性系统中,波可以相加然后相减,因此它们彼此交叉而不相互作用。它适用于光纤内部的光。它适用于风琴内部的声音。它适用于脉冲方向相反的同轴电缆,也适用于在单对,单回路中以光速传播的电报信号。

您问题的答案涉及到物理书中的各章。您对特定电路问题的答案打开了整个电子领域的迷人领域:电缆反射和电线上的驻波。

另一方面,两个直流电流不能占据同一电路,因为它们失去了身份,合并形成总和电流。(不要忘了每个电路都是一个单匝电感器。类似地,两个不同的电压不能占据相同的电容器!在两种情况下,它们会结合在一起,并且不能再次被减去。)两个直流电可以占据一根导线,只要该导线是两个否则分开的电路的公共部分。但是,它们通过在该公共部分内相加形成第三电流来实现。(例如,如果它们恰好相等且相反,则该部分中的电流可能减为零。一个电子实际上不能同时在两个方向上流动。)

同时,两个完全独立的能量波(信号)可以在一个电路中传播。怎么样?它涉及到E和M两者,并且包含一个秘密:要理解它,我们必须查看长线对的两条线,并且必须包括电压和电流。只要我们只关注单根电线和电流,而忽略两根电线及其两端的电压,就无法回答您的问题。

在单个电路中,电流是一个封闭的圆,就像飞轮一样。它不是从一个地方开始,而是流到另一个地方(相反,它只是顺时针,顺时针或逆时针旋转,就像驱动皮带一样。)电路中的电流就像旋转的飞轮,是一个闭环。但是可以肯定的是,这是单向的,对吗?每当电池点亮灯泡时,必须有一些东西从电池到灯泡,并且不能返回到电池。那不是当前的事。取而代之的是EM能量,即以瓦特为单位来测量能量流。伏乘安培。在手电筒电路中,瓦数是从电池到灯泡的快速单向流动。但是目前是很慢循环的。同样,从电池到灯泡的“信号”是由EM能量而不是安培而不是电子构成的。

因此,这就是您的答案的起点:在单个电路中,我们如何知道电能的流动方向?简单:看一下功率值。具体来说:将电线之间的电压乘以通过它们的安培数。如果结果为正,则能量沿一个方向流动,如果结果为负,则能量沿另一个方向流动。用手电筒将您的电压表和电流表连接起来,以便在我们将它们相乘时它们产生正功率。然后,当您卸下灯泡并安装电池充电器时,电流会反向,因此我们的能量会倒流到电池中。(这个想法对于交流电至关重要,如果交流电和交流电保持同步,则能量会持续向前流动,但是如果交流电和交流电处于180度,则能量会向后流动。)

因此,在较长的电缆上,如果电脉冲的功率为正数,则该脉冲将向左缩放,而如果功率为负,则该脉冲将向右移动。如果突然连接和断开手电筒电池,则将沿着两根导线发射能量波。它以光速传播,并被手电筒灯泡吸收,然后点亮。如果我们不断开电池的连接,那么即使没有任何波纹,能量波也会流向灯泡。这是基本波工程中的第一个概念:电能在电路中的传播……以及“ DC”实际上只是非常低频率的“ AC”的想法。

重新回到起点:两个信号脉冲如何沿着相同的线对以相反的方向飞行?(请注意,它必须是包含电压的导线。不能是单根导线。)如果其中一个脉冲的电压为正数并向左移动,而另一个脉冲的电压为负数并向右移动,则可能发生这种情况。一个脉冲可能由正电压和正安培组成,而另一个脉冲由负电压和正安培组成。两个脉冲都是EM波。

聚苯乙烯

啊哈,我看到了另一种方法!(如果您愿意,可以忽略它,因为它的长度很长。)假设我们有两个独立的电路,两个手电筒,但是然后我们将每个电路中的一个短导线融合在一起?这两个电路共有一根电线。他们互动吗?不会,因为在公共导线内,电流只是再次加减。每个电池都独立点亮自己的灯泡,因为每个电路回路都有自己的电池电压和回路电流。然而,在那条普通电线上,似乎有两种不同的电流在流动!它们不是,不是真的,因为一个“电路电流”是整个回路中的电流,包括一个电池,一个灯泡和整个闭合的导体环。在那根组合的导线中,两条电流在导线的一端相加,然后再减去另一个。每个电路中的两个能量波保持独立,即使它们共同线上的电流可以相加也可以相减。

这向我们表明,您原始问题的答案不能只涉及一根线。只有退后一步,并采取更广阔的视野,才能回答这一问题。还包括两根电线之间的电压。

这也显示了“线性”与“非线性”的工作方式。在公共线中,两个电流的一端通过相加而合并在一起。但随后它们又在另一端完美地相减。这使两个循环保持独立。但是,如果没有发生这种情况,而是单线电流不是简单的总和怎么办?啊哈,那将是“非线性”。在那种情况下,一旦合并,我们就无法彻底分离它们。导线一端的“相加”与另一端的“相减”并不完全相等,在这种情况下,两个单独的电路将开始相互作用。一个电池将开始稍微点亮另一个灯泡。两个电路的信号将真正混合在一起。

PPPPS

这种问题源远流长,BJ Hunt撰写的一本颇受欢迎的书是《 MAXWELLIANS》。臭名昭著的奥利弗·海维赛德(Oliver Heaviside)认为电报信号实际上是EM波,但是后来他几乎被英国政府电报办公室负责人威廉·普里斯(William Preece)压制,他“知道”点和点只是电流,时间,故事的结尾和结尾。不要问问题,否则WH Preece会让您感到抱歉!:) Heaviside使用他的新的电缆电磁波理论来解决一个巨大的电报问题:对于沿100KM电报线传播的任何信号,这些点将消失或“波纹”;对于电话线,长距离传输会完全失真并且不可能。(发现问题是波散或“ chi”声,低频率的行进速度比高频率的行进快。)的“电讯人方程”和他的“负载线圈”解决了这个问题,即使距离遥远时,电报也能变得宽带。他一手创造了长途电话。但是,Preece利用他的政治力量在新闻界发起了一次反重党的恶口行动,并在工程师之间悄悄进行了竞选活动,从而迅速制止了这一异端。然后在美国,哥伦比亚的普平假装发明了Heaviside的加载线圈,申请了专利并通过贝尔电话公司获得了数百万美元的收入,而Heaviside仍然几乎一文不名,直到死后才获得名气。(嘿,特斯拉/马可尼的故事早于特斯拉和马可尼。普平甚至在特斯拉的垮台中发挥了重要作用!)所以现在您明白了为什么我爱上了电报就是电磁波的故事。痴迷。甚至不要让我开始!糟糕,太晚了。:)


感谢您的回答。在同一章的开头,作者建立了上下文,指的是电报(莫尔斯电码等),并说如下:“空间是没有电流,点是短电流。因此,似乎作者在说电报信号电流吗?
指针

这至少暗示了正确的想法,但存在一些问题。同样,“失去身份”不是物理学,而是应用程序的工程问题,在某些情况下可以解决。
克里斯·斯特拉顿

我的回答是,它似乎根本无法回答我的问题。取而代之的是,它只是声称这种现象是可能的,因为它是线性的,但是它并没有解释为什么它是可能的,这就是我要提出的问题。以“要解决这个问题,放弃电子学,而是回到其背后的物理学…………”开头的那段似乎根本没有解释物理学是如何实现的。相反,它只是切线,避免完全回答我的问题。
指针

@ThePointer作者对电报有误解,或者至少在教“对孩子撒谎”,这对初学者来说过于简单。要了解发生了什么,请尝试放弃电报信号是电流而不是波的想法。实际上,我们不能在不发送能量和执行工作的情况下向电报发声器发送脉冲或在电话扬声器,闪光灯中发出声音。这涉及瓦数,这是电线上光速电磁波的度量。点/虚线是引导的EM波:电压/电流脉冲。
wbeaty

@ThePointer>完全回答我的问题。真正!没有答案,所以改变问题。“所有的波浪都像那样”不适用于纯电流。但是点划线是瓦数,伏特和安培,因此在问题中要包括伏特。或问这个问题:在一根玻璃棒中,两个光信号如何以相反的方向通过而不会相互作用?答案也将适用于电线对上的电报信号。我的回答“波就是那样”只是整章的开篇:电缆反射和驻波,伏安信号在一个长电路上以相反的方向传播。我将在上面添加更多内容。
wbeaty

8

安德烈亚斯·H(Andreas H)提到了波导环行器。在模拟电话中,这项工作是通过不完善的混合电路(称为反侧音感应线圈(ASTIC))完成的。完美的混合线圈将同时并分别发送和接收语音,即,来自您的发射器的信号将通过导线传输到另一端的接收器,而来自远距离发射器的信号将通过同一对导线传输到您的接收器。早就意识到人们需要听自己说话,所以ASTIC允许来自本地发送器的部分信号传递到本地接收器。

在本地模拟交换区域内,该电路将是一条电话从一条电话一直到交换电话中的继电器的两条线路。一旦您开始在交换机之间传播,信号将在交换机处被混合线圈分开,并且一个方向上的语音将在与另一方向上的语音不同的电路上传播(4线结电路)。由于放大器是单向的(仅一种方式),因此可以放大语音。在远程交换机上,两个单独的路径将由混合线圈重组,并且呼叫的最后一条线路将位于一对电线上。

模拟电话和交换机上的语音为300Hz至3400Hz,因此这是低频EM波。

但是,如果您要传输的是交流或直流电源,则在同一根导线中没有不同的电流以不同的方式流动。例如,在一个特定的州,能源供应公司被要求提供一定比例的“绿色”能源,但它们没有足够的“绿色”发电资源,因此他们从州外购买能源。同时,他们在州外出售剩余的非绿色能源。如果他们通过同一条互连线(电线)买卖能源,则在同一条电线上没有两个相互竞争的潮流在相反的方向上传播。如果A国从B国购买500MW容量,B国从A国购买400MW容量,则从B国到A国会有100MW的流量。核算可能是500MW和400MW,但实际用电是100MW。


5

他们确实干涉。

电信号像水上的波浪一样沿着电线传播。当两波相遇时,你会变得聪明

但是因为导线是线性的,所以干扰采取加法的形式,因此不会对信息造成破坏,因此,如果您知道其中一个信号,则可以通过减法找到另一个信号。

电话线使用(使用过)称为“ a”的电路 混合,将传入和传出的信号隔离开来,从而允许单个铜线电路在两个方向上承载语音信号。

该电报机可能使用了类似的方法,即发送方从线路上看到的信号中减去自己的信号,从而在发送自己的信号的同时确定从另一端到达的信号。


1
这是不正确的。沿相反方向传播的波完全不干涉,在任何时间和空间上都可以理想地恢复。执行此操作的设备是循环器。
Andreas H.

也许您使用的是干扰的不同定义?循环器是一种微波混合器。
Jasen

也许:我对干扰的定义是,波的振幅在空间中的某些位置被衰减(也许是完全衰减)。向前和向后传播的波不是这种情况。您对混合动力车是正确的。
Andreas H.

我在intererfance Wikipedia页面上使用了定义,信号只是添加在一起而没有丢失。
Jasen

1
这是正确的答案。请注意,电流一次只会沿一个方向流动(方向取决于每个发送器两端施加的电压);并且所引用的书是关于信息论的,而不是关于电子学的(可能使信息论正确,而电气/电子学则完全错误)。
布伦丹

4

你写了:

两个电流如何在同一根导线上同时沿相反的方向传播而又不会互相干扰?

但原文说:

两个电报信号可以同时在同一根导线上以相反的方向传播,而不会互相干扰

这是矛盾:电报信号和电流不是同一件事。电流是通过两端的换能器在线路上移动的波的线性叠加。线路上某一点的某一时刻的电流只能有一个值,但是我们可以通过根据施加在线路两端的信号计算波的贡献并将它们相加来计算该值。

作为一种更简单但可直接观察的系统,请考虑在房间中播放立体声音乐。一个扬声器不会改变来自另一扬声器的压力波的传播方式。在空间和瞬间的任何点上的净压力梯度是来自每个扬声器的压力波相加的结果。

即使诸如电流或压力之类的物理量只能有一个值,但如果我们知道这些量受原因的累加组合影响,则线性叠加原理可以将系统分解为较小的部分,可以单独考虑:分别位于线路两端的电报站,以及它产生的沿线路传播的​​电波。


4

信号由波组成。波彼此通过,并且在通过之后保持不变。电磁波。大海上的波浪也相互传播(尽管有时它们确实会产生影响,但我不会受到影响)。作者认为,“干扰”一词是错误的选择。没人能真正告诉你为什么。但是您已经本能地知道波可以互相传递。只需考虑一下从窗户射出的光线并同时穿过窗户射入的光线。这似乎并不令人困惑,不是吗?

在您的问题中,您使用“当前”一词。潮流是另一回事。导线中的电流基本上定义为经过一个点的电荷流。这将是净流量。因此,谈论电流以某种方式相互传递是没有意义的。

我试图避免谈论更高级的传输线效应,例如电容和电感,因为我担心它只会使水更加混乱。底线是信号可以彼此通过,并且在通过过程中,在通过的位置,它们会相互影响。但是经过之后,他们继续前进,好像从未发生过。只要想一想光线穿过窗户的方式。


3

它不是当前的,但SIGNAL可以沿任何方向或所有方向传播。这就是为什么电话听筒在您讲话时不必中断接收到的声音的原因,这比电报协议更为我们所熟悉。

这有点called头,称为“混合”,会向您的耳朵发出一个信号,该信号主要来自遥远手机的信号,并根据您施加到麦克风的声音来产生信号(电流调制)。您所听到的不是“电线中的电流”,它是由两种声音平均调制的,它是您听到的远处声音的90%,而只有您自己声音的10%。连接另一端的类似混合信号会取消他/她的语音输入的主要部分,以便在该电话接收器中强烈听到您的声音。

混合电路是一种信号添加电路,可以同时访问您的声音和两种声音的组合(在线),并将它们组合在一起以增强远距离的信息。电报局无法使用此方案,即使在发送时,电报局也可以用作接收站。

对于通常具有一键通中断开关的无线发射器(非数字类型)而言,它并不容易使用。我们发送数字数据包的手机正在做很多中断,其速度足够快,以至于它很少打扰我们,因为这种混合功能与接收器相互作用不良,接收器在传输过程中会过载。


2

你的类比被打破了。除非您认为汽车都是碰碰车,否则别以为是车道。

电子在导线中移动的实际总体平均速度相当慢。该漂移速度导线中电子通常为几微米/秒,根本不快。

通过导线传播的东西从电子传播到电子,从源传播到目的地。这个过程发生得非常快,几乎达到了光速。在高速公路类比中,这类似于击中第一辆汽车,而每辆汽车都将其撞到前面。尽管每辆车总体上缓慢移动,但只要您能足够猛烈地撞击,波浪就会在链中传播。

显然,多个声波可以同时在多个方向通过空气传播。但是,当您大声喊叫时,单个分子并不一定直接从您的嘴传播到听众的耳朵。取而代之的是,空气之间的分子反弹是声音的传播源。对于电信号,基本上同样如此。


感谢您的回答。但是,即使使用这种经过校正的类比,也不清楚信号如何/是否可以同时沿相反的方向通过同一根导线传播?使用这种类比,似乎电子(碰碰车)在任何时候都只允许信号在单个方向上传播?否则,人们会直觉信号变得“混乱/损坏/取消/任何”吗?
指针

@ThePointer并不完全是碰碰车,而是更像是长时间伸展的Slinkys(tm)。导线内的一长列电子的行为类似于长的软弹簧。您可以扭动任一端,波浪会沿着弹簧拉动。左波将穿过任何右波,但前提是弹簧中的力和运动可以完美地相加或相减。(接下来,通过使用Slinky作为一个闭环传动带绕过两个独立的皮带轮来完成类比。 ,但关闭
wbeaty

实际上碰碰车也可以。让我们假设逻辑一是车线移动一米,零线不移动时。您可以观看汽车移动以接收并撞到它们以进行传输。如果两者同时击中,则行不会移动。如果在点击时线条没有动,则表示您已经收到一条。
TemeV

电线中的电流由电子组成(电流不一定是电子,但电线中的电流是电子)。但是信号是电磁波。波以相对论的速度传播。但是电子运动非常缓慢。从导线的远端发出的任何电子都与从远端进入的电子不同。
mkeith

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请考虑以下情况:

假设我们有一条单线对,一端有可控电压源,另一端有可控电流吸收器。因为两端都可以测量另一端的信号(在电压源上我们可以测量电流,在电流源上我们可以测量电压),所以我们可以在两个方向上传输信息。不涉及频率或时间多路复用。而且没有干扰,我们不需要引用波动理论。

更多细节在我对Physics SE的回答中。


很好。A调制电压传输,而B监听电压接收。同时,B调制电流传输,A监听电流接收。
哈珀-恢复莫妮卡

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卫星天线的天线电缆在两个方向上承载电流-调谐器提供18伏的DC信号,为天线在天线焦点处的LNB供电,同时LNB发送4-12 GHz的信号通过同一根导线回到调谐器。

两者都是电流,但一个是直流且平坦,另一个是射频且变化。


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这是因为任何波都可以互相穿过。会发生干扰,但这不会阻止波动。

就像问为什么池塘中的两个波浪可以互相通过一样。如果波浪完全相反,它们将消灭,否则它们将彼此削弱并继续前进。


“由于电报线是线性的,这就是说,因为电报线是这样的,它们上的电信号相互独立地作用而不会相互影响,所以两个电报信号可以同时在同一条线上以相反的方向传播而不会干扰一个另一个。”
指针

作者错了吗?
指针

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@ThePointer实际上,您可以将两个波形相加,然后将每个波形的电流和电压相加,以找出组合后的波形(如果使您感到困惑)。什么算作干扰?每一端都会看到另一端发送的内容,但是如果您看中间的话,您会感到混乱。
user253751 '18

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许多工程师和研究人员(包括我自己)已经观察到,金属导体在电流和电压方面具有线性行为。但是,与大多数材料一样,线性行为仅存在于一定范围内。高电流水平将导致非线性行为。如果使用良好的导体,例如铜,银和金,则线性行为的范围会很大。这些金属具有低电阻(但不为零)。(如果您假设金属的电阻为零,那么您将得到与现实不符的奇怪预测)

在低电流密度下,金属中有很多自由空间供电子移动,它们不会相互碰撞或频繁卡住。因此金属不会吸收太多的能量,而且行为看起来是线性的(碰碰车距离很远)

当金属中的电流密度变得足够高时,电流会向金属转移大量的能量,从而改变其电阻,并且行为已变为非线性。举一个简单的例子,将一根细电线(例如28号线)挂在大型12V汽车电池的端子上。金属变热,最终熔化并破坏电路。这是非常非线性的行为。那根电线可能载有50安培左右的电流。(请勿自己尝试-可能会散落一些熔融金属,会引起火灾并严重伤害您的眼睛。)另一方面,如果我在同一根导线上放置两个信号(融化之前),每个信号的电流为0.001安, ,行为将非常线性。


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这个家伙正在竭力提出一个更现实的观点。它在原理上有效,但不像他所说的那样。 而且有信号,不是电流

哎呀,即使在无线电中,两个发射机也可以并且确实阻止并发使用在1:25收听。“ Booooop”是两架飞机都承认“他们的”起飞许可,但彼此踩踏,因此至少没有听到。

如果您使用的是直流电报系统,则同样的问题。如果 按下任何一个电报键,则将同时触发两个发声器。实际上,不可能在DC域中以相反的方向发送DC信号(除非通过CSMA-CD样式,礼貌地等到另一个人完成,并且要警惕两个人立即启动)。

但是,想象一下电报站1是否发送DC,而电报站2的发声器是否通过交流阻塞电抗器连接。站点2通过打开和关闭1000Hz AC进行发送,只有站点1可以听到,因为它的发声器具有一个合适大小的电容器,该电容器可以通过1000Hz AC,但可以阻止DC。

您可以使用仅允许通过特定频率的“带通”滤波器将其扩展到多个AC频率。考虑一下bah-boo-BEEP音调,它使电视连续剧Chicago Fire的消防局欢呼雀跃。该节目是对1970年代名为“ 紧急情况(Emergency) ”的节目的巨大颂扬和高喊。 紧急状况描绘了一个1960年代的消防调度系统,其中以这种方式使用了多个频率。

一次传输的两个电台只是在电线上产生和弦。必须明智地选择频率,以使和弦不会互相干扰。

所有电台都听到所有信号。他们只是无视“他们自己的狗食”,即他们正在传输的信号。

随着载波的调制,它会变得更加复杂。在这一点上,我们正在谈论无线电频谱,但只是在线上

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