Dlaczego prostokątne falowody nie są wykorzystywane do transmisji między miastami?

Falowody mogą transmitować bardzo duże moce, izolując sygnał od zewnętrznych szumów i zakłóceń. Poza tym falowody mają bardzo niską stratę. Dzięki tym możliwościom są interesującym kandydatem do transmisji sygnału między dwoma miastami. Dlaczego prostokątne falowody nie są wykorzystywane do transmisji między miastami?

Myślę, że może tak być, ponieważ prostokątne falowody mają wąską szerokość pasma, a zatem konieczne jest użycie wielu z nich do transmisji sygnału, co jest niepraktyczne. Czy mam rację?

Medium wewnątrz falowodu jest zajęte przez gaz. Może to być próżnia, prawdopodobnie nawet z mniejszymi stratami. Jednak to, czego nie powinno tam być, to woda. Niemożliwe jest zapobieganie wodzie na kilometrach i dziesiątkach tysięcy stawów niezbędnych dla falowodów.

Światłowody, tj. Światłowód, są stałe i dlatego zapobiegają przedostawaniu się wody natychmiast, a także w dłuższej perspektywie. Granulowane włókno szklane i jego płaszcz będą wchłaniały „mikroskopijne” ilości wody, powodując duże straty. Ale zajmuje to trochę czasu i łatwo jest temu zapobiec dzięki bardzo małej ilości materiału na każdym złączu. Jest to również bardzo skuteczne uszczelnienie.

Podmorskie łącza światłowodowe są niesamowite. Od czasu do czasu wzmacniacz światłowodowy wykonany z włókna jest montowany szeregowo. Energią dla lasera światłowodowego jest INNE strzelanie laserem aż na drugi kontynent. Za pomocą rozgałęźników i łączników niewielka ilość lasera mocy o niskiej częstotliwości (dłuższej długości fali) jest przesyłana przez specjalnie domieszkowany kawałek włókna, utrzymując atomy domieszki w stanie wzbudzonym. Gdy laser sygnału pulsacyjnego łączy się ze światłowodem wzmacniacza laserowego, wyzwala dodatkową mniejszą moc z wyrzuconych atomów we wzmacniaczu i cóż, wzmacnianie ma miejsce :-)

Kolejna część układanki nazywa się rozproszeniem czasu. Nie wszystkie fotony idą dokładnie tą samą ścieżką do światłowodu. Niektórzy przytulają się i odbijają od ścian, inni schodzą na środek. Tak więc nie wszyscy przybywają w tym samym czasie, ponieważ przebyli mikroskopijnie różne długości ścieżek. Powoduje to rozproszenie amplitudy energii dostarczanej przez fotony, forma fali NIE natychmiast skacze do pełnej amplitudy. Ogranicza to przepustowość im dłuższe jest włókno.

Pomysłowi fizycy i inżynierowie optyczni zorientowali się, czy wytworzone włókno, w którym prędkość światła jest wolniejsza w środku niż na zewnętrznej ścianie we włóknie szklanym, że wszystkie fotony można wyrównać na czas, wychodząc z tego „włókna korekcyjnego”. Ponieważ sprawili, że zmiana prędkości była znacząca, korekta wymaga tylko niewielkiej ilości włókna na około kilometr.

TERAZ wszystko to jest wbudowane w zespół kabli, uszczelniony i zrzucony do oceanu. Montaż odbywa się na statku na morzu, gdy go upuszczają, lub w ciężarówce z boku wykopu na lądzie. Widziałem, jak niektóre z nich są wykonywane na lądzie. Niesamowity. Najbardziej zadziwiające jest to, że nie ma prądu ani elektroniki w całym kablu dla TYSIĄCY MIL. Cała ponowna amplifikacja i przekształcanie kształtu fali przebiega optycznie, jak opisano powyżej. Zapomniałem wspomnieć, że ponieważ laser mocy ma krótszą długość fali i falę ciągłą, ma bardzo niską utratę światłowodu i może sięgać co najmniej do połowy. Następnie mogliby wstrzyknąć laser mocy z INNEGO kontynentu do punktu środkowego, aby wzmocnić sygnały do ​​końca docelowego kontynentu.

Żaden z nich nie jest możliwy w domenie RF. I jak powiedzieli inni, pasmo jest szalone. Obecnie mogą dodawać kanały poprzez: dyskryminację długości fali, dyskryminację polaryzacji, obrót optyczny wzdłuż osi środkowej i spiralnie wstrzykiwane światło w kształcie spiralnej nakrętki w dół włókna. Spróbowano jeszcze kilku innych. Tak więc przepustowość światłowodów będzie rosła jeszcze przez jakiś czas, wykorzystując włókna już zainstalowane!

Falowody o długości kilku mil byłyby niezwykle drogie i niestabilne. Jak utrzymasz mile drogiej precyzyjnie obrobionej rury? Zapadłby się pod własnym ciężarem. Zmiany temperatury utrudniłyby projektowanie. Istnieje zapotrzebowanie na surowiec na milę do wykonania takich falowodów i konserwację na milę rocznie.

Koszt otwartego powietrza kosztuje zero na milę i nie wymaga konserwacji między punktami końcowymi, z wyjątkiem okazjonalnego przycinania drzew, więc promieniowanie elektromagnetyczne wygrywa konkurs ekonomiczny. Cały koszt związany jest z zaprojektowaniem i wykonaniem anteny, w tym falowodów krótkofalowych, w każdym punkcie końcowym, a nie ogromnych ilości materiału między punktami. Skaluje się to lepiej przy budowaniu sieci o zasięgu krajowym.

Falowody były faktycznie używane przez krótki czas, Bell System opracował sieć opartą na okrągłych falowodach podziemnych, a nawet zbudował fabrykę pilotów.

Oto krótka broszura http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html i artykuł https://archive.org/details/bstj43-4-1783

Częściowo z powodu tej inwestycji spóźnili się o kilka lat na falowody optyczne, które są znacznie tańsze i mają znacznie większą przepustowość.

Wiele szczegółów technicznych można znaleźć w książce „Historia inżynierii i nauki w systemie Bell: Transmission Technology (1925–1975)”, popularnej relacji w „The Idea Factory” Gertnera. Oba są świetnymi książkami.

Istnieje wiele powodów, dla których nigdy tego nie robi się:

Krzepkość

Główną zaletą korzystania z RF jest to, że można go przesyłać w przestrzeni kosmicznej stosunkowo solidnie. Umieszczenie go w falowodzie traci tę przewagę.

Falowody są wykonane z metalu, a budowanie bardzo długich, precyzyjnych falowodów, a następnie instalowanie ich w ziemi lub zawieszanie na słupach jest niezwykle drogie. Co więcej, ogólnie RF (w falowodzie lub w wolnej przestrzeni) jest mniej więcej mniej niż 100 GHz przepustowości.

Koszt

Z drugiej strony światłowód jest po prostu szkłem, a więc jest dość tani. Światłowód jest również jednym z najbardziej nisko stratnych materiałów - dobre włókna transmisyjne mogą wykazywać stratę około 0,2 dB na km. Tak, tracisz tylko 20 dB, gdy przejdziesz przez 100 km światłowodu, i bardzo łatwo jest to wzmocnić wzmacniaczami światłowodowymi w regularnych odstępach czasu.

Pasmo

Światłowód zapewnia również absolutnie ogromną przepustowość i jest odporny na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne. Przesyłanie 100 lub więcej sygnałów przez jedno włókno w centrach 100 GHz lub 50 GHz i przenoszenie kilku Tb / s jest banalne (choć nie tak tanie).

Możliwe jest nawet modulowanie analogowego RF na światło lasera (o paśmie kilku GHz) i przesyłanie tego w dół światłowodu, być może nawet z wieloma równoległymi kanałami. Nazywa się to RF przez światłowód i od czasu do czasu jest używane do podłączania stacji nadawczych do nadajników.

Przepustowość przez światłowód jest absolutnie ogromna, ponieważ częstotliwość środkowa jest w setkach THz. RF nigdzie się nie zbliża.

Test BT Trunked Waveguide polegał na użyciu falowodu o dużej pojemności (300 000 połączeń głosowych) na telefonicznych trasach miejskich - była to najnowocześniejsza technologia w swoim czasie. Falowód był w rzeczywistości okrągły, drut miedziany został owinięty na trzpieniu, aby utworzyć rurkę. Prawdopodobnie było łatwiejsze do wykonania niż prostokątny falowód, ale wciąż było drogie - miedź, kosztowna w instalacji - wykopywanie w pobliżu linii prostych i kosztowna w utrzymaniu - utrzymywanie jej pod ciśnieniem w celu ochrony przed wilgocią (inny powód, dla którego prostokątny przekrój nie jest preferowany) itp.

Potem pojawiły się światłowody, które stały się zbędne. Zainstalowana miedź była tak cenna, że ​​ekonomicznie opłacalne było rozerwanie falowodu próbnego na złom.

Więcej tutaj w Krótkiej historii transmisji telekomunikacyjnej w Wielkiej Brytanii : pp37

Przybyłem do BT Research Labs kilka lat po anulowaniu tego projektu. Wciąż mówiono o tym, dlaczego musisz inwestować w badania różnych technologii ... jedna z nich może sprawić, że wszystko inne stanie się przestarzałe.