Wellenleiter können sehr hohe Leistungen übertragen und das Signal von externen Störungen und Interferenzen isolieren. Wellenleiter haben zudem einen sehr geringen Verlust. Diese Fähigkeiten machen sie zu einem interessanten Kandidaten für die Signalübertragung zwischen zwei Städten. Warum werden rechteckige Wellenleiter nicht für die Übertragung zwischen Städten verwendet?
Ich vermute, es kann daran liegen, dass rechteckige Wellenleiter eine schmale Bandbreite haben, und daher ist es notwendig, viele von ihnen für die Signalübertragung zu verwenden, was unpraktisch ist. Habe ich recht?
Antworten:
Das Medium innerhalb eines Wellenleiters ist mit Gas besetzt. Es könnte Vakuum sein, wahrscheinlich sogar mit weniger Verlust. Was dort nicht sein sollte, ist Wasser. Es ist nahezu unmöglich, Wasser in den Meilen und Zehntausenden von Verbindungsstellen zu verhindern, die für Wellenleiter erforderlich sind.
Lichtwellenleiter, dh Fasern, sind fest und verhindern so das sofortige Eindringen von Wasser, auch langfristig. Zugegeben, Glasfaser und ihre Ummantelung absorbieren mikroskopisch kleine Mengen Wasser und verursachen so hohe Verluste. Aber es dauert eine Weile und ist leicht zu verhindern, da jede Fuge nur sehr wenig Material enthält. Es ist auch eine hochwirksame Versiegelung.
Unterseeische Glasfaserverbindungen sind erstaunlich. Von Zeit zu Zeit wird ein Glasfaserverstärker aus Glasfaser in Reihe geschaltet. Die Energie für den Glasfaserlaser ist ein weiteres Laser-Shooting auf den anderen Kontinent. Unter Verwendung von Splittern und Kombinierern wird eine kleine Menge des LOWER-Frequenz- (längerwelligen) Leistungslasers durch ein speziell dotiertes Stück Faser geschickt, wodurch die Dotierstoffatome in einem angeregten Zustand gehalten werden. Wenn sich der gepulste Signallaser in der Laserverstärkerfaser zusammenfügt, werden die im Verstärker vorhandenen Atome mit zusätzlicher Leistung belastet und die Verstärkung erfolgt :-)
Ein weiterer Teil des Puzzles ist die Zeitdispersion. Nicht alle Photonen nehmen den exakt gleichen Weg in der Faser. Einige umarmen sich und hüpfen von den Wänden, andere gehen in die Mitte. Es kommen also nicht alle gleichzeitig an, da mikroskopisch unterschiedliche Weglängen zurückgelegt wurden. Dadurch wird die Amplitude der von den Photonen abgegebenen Energie ausgebreitet, die Wellenform springt NICHT sofort auf die volle Amplitude. Dies begrenzt die Bandbreite, je länger die Faser ist.
Die genialen Physiker und Optikingenieure stellten fest, ob bei der hergestellten Faser, bei der die Lichtgeschwindigkeit in der Mitte langsamer ist als an der Außenwand einer Glasfaser, die Photonen alle rechtzeitig neu ausgerichtet werden könnten, um diese "Korrekturfaser" zu verlassen. Da sie die Geschwindigkeitsänderung signifikant gemacht haben, ist für die Korrektur nur eine geringe Fasermenge pro Kilometer erforderlich.
JETZT wird all dies in eine Kabelbaugruppe eingebaut, versiegelt und in den Ozean geworfen. Die Montage erfolgt auf einem Schiff auf See, wenn es fallen gelassen wird, oder in einem Lastwagen auf der Seite des Grabens an Land. Ich habe gesehen, wie etwas an Land gemacht wurde. Tolle. Das Erstaunlichste daran ist, dass das gesamte Kabel keine Elektrizität oder Elektronik für Tausende von Meilen enthält. Die gesamte Nachverstärkung und Wellenformumformung erfolgt optisch wie oben beschrieben. Ich habe vergessen zu erwähnen, dass der Leistungslaser, da er eine niedrigere Wellenlänge und eine niedrigere Dauerwelle aufweist, einen sehr geringen Verlust in der Faser aufweist und mindestens bis zur Hälfte des Punktes reichen kann. Sie könnten dann einen Leistungslaser vom ANDEREN Kontinent bis zur Mitte einspeisen, um die Signale auf dem restlichen Weg zum Zielkontinent zu verstärken.
KEINER VON DIESEN ist im RF-Bereich möglich. Und wie andere gesagt haben, ist die Bandbreite verrückt. Heutzutage können sie Kanäle hinzufügen über: Wellenlängendiskriminierung, Polarisationsdiskriminierung, optische Drehung entlang der Mittelachse und spiralförmig eingekoppeltes Licht in einer spiralförmigen Do-Nut-Form entlang der Faser. Nicht wenige andere werden versucht. Die Glasfaserbandbreite wird also für eine Weile weiter steigen, wenn bereits installierte Glasfasern verwendet werden!
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Wellenleiter über mehrere Kilometer wären extrem teuer und instabil. Wie würden Sie kilometerlange teure Präzisionsrohre halten? Es würde unter seinem eigenen Gewicht durchhängen. Temperaturänderungen würden das Design herausfordern. Es besteht ein Bedarf an Rohmaterial pro Meile, um solche Wellenleiter herzustellen, und an Wartung pro Meile und Jahr.
Open Air kostet null pro Meile und erfordert keine Wartung zwischen den Endpunkten, außer gelegentlichem Fällen von Bäumen, sodass EM-Strahlung den Wirtschaftswettbewerb gewinnt. Der gesamte Aufwand entfällt auf die Entwicklung und Herstellung von Antennen, einschließlich Kurzwellenleitern, an jedem Endpunkt und nicht auf große Materialmengen zwischen den Punkten. Das skaliert besser, wenn Sie ein landesweites Netzwerk aufbauen.
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Wellenleiter wurden eigentlich für kurze Zeit eingesetzt, das Bell-System entwickelte ein Netzwerk auf Basis runder unterirdischer Wellenleiter und baute sogar eine Pilotfabrik.
Hier ist eine kurze Broschüre http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html und ein Artikel https://archive.org/details/bstj43-4-1783
Teilweise aufgrund dieser Investition wurden sie einige Jahre später auf Lichtwellenleiter umgestellt, die viel billiger sind und eine viel höhere Bandbreite haben.
Viele technische Details finden sich im Buch "Geschichte von Technik und Wissenschaft im Klingelsystem: Getriebetechnologie (1925-1975)", einem populären Bericht in "The Idea Factory" von Gertner. Beides sind großartige Bücher.
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Es gibt mehrere Gründe, warum dies niemals geschieht:
Robustheit
Der Hauptvorteil von RF ist, dass Sie es relativ robust durch den Weltraum senden können. Das Einsetzen in einen Wellenleiter verliert diesen Vorteil.
Wellenleiter sind aus Metall gefertigt und bauen sehr lange Präzisionswellenleiter. Ihre Installation im Boden oder das Aufhängen an Masten ist äußerst kostspielig. Darüber hinaus ist HF im Allgemeinen (in einem Wellenleiter oder im freien Raum) mehr oder weniger auf eine Bandbreite unter 100 GHz beschränkt.
Kosten
Auf der anderen Seite besteht die optische Faser nur aus Glas und ist daher recht billig. Glasfaser ist auch eines der Materialien mit den geringsten Verlusten - eine gute Glasfaser mit Übertragungsqualität kann einen Verlust von etwa 0,2 dB pro km aufweisen. Ja, Sie verlieren nur 20 dB, wenn Sie 100 km Glasfaser durchfahren, und es ist sehr einfach, diese Sicherung mit Glasfaserverstärkern in regelmäßigen Abständen zu verstärken.
Bandbreite
Glasfaser bietet auch eine absolut große Bandbreite und ist unempfindlich gegen externe EM-Störungen. Es ist trivial (wenn auch nicht so billig), 100 oder mehr Signale über eine einzige Glasfaser in 100-GHz- oder 50-GHz-Zentren zu übertragen und mehrere Tbit / s zu übertragen.
Es ist sogar möglich, analoge HF auf Laserlicht (mit mehreren GHz Bandbreite) zu modulieren und dieses über eine Faser zu übertragen, möglicherweise sogar mit mehreren dieser Kanäle parallel. Dies wird als HF über Glasfaser bezeichnet und gelegentlich verwendet, um beispielsweise Rundfunkstationen mit Sendern zu verbinden.
Die Bandbreite durch eine Faser ist absolut riesig, da die Mittenfrequenz in den 100ern von THz liegt. RF kommt dem nicht nahe.
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Die BT Trunked Waveguide-Studie war ein Versuch, hochkapazitive Wellenleiter (300.000 Sprachanrufe) auf Fernsprechstrecken einzusetzen - damals war sie auf dem neuesten Stand der Technik. Der Wellenleiter war tatsächlich kreisförmig, Kupferdraht wurde auf einen Dorn gesponnen, um ein Rohr herzustellen. Es war wahrscheinlich einfacher herzustellen als ein rechteckiger Wellenleiter, war aber immer noch teuer - Kupfer, teuer zu installieren - Grabenbildung in der Nähe von geraden Linien und teuer zu warten - unter Druck zu halten, um Feuchtigkeit fernzuhalten (ein weiterer Grund, warum ein rechteckiger Querschnitt nicht bevorzugt wird) usw.
Dann kamen Glasfasern und machten Bündelwellenleiter überflüssig. Das installierte Kupfer war so wertvoll, dass es wirtschaftlich rentabel war, den Versuchswellenleiter für Schrott aufzureißen.
Mehr hier in der kurzen Geschichte der Telekommunikationsübertragung in Großbritannien : S. 37
Ich bin einige Jahre nach dem Abbruch dieses Projekts bei BT Research Labs angekommen. Es wurde immer noch darüber gesprochen, warum man in die Erforschung verschiedener Technologien investieren muss ... eine davon könnte alles andere überflüssig machen.
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