波导可以传输非常高的功率,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?
我猜这可能是因为矩形波导的带宽很窄,因此需要将其中的许多用于信号传输,这是不切实际的。我对吗?
波导可以传输非常高的功率,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?
我猜这可能是因为矩形波导的带宽很窄,因此需要将其中的许多用于信号传输,这是不切实际的。我对吗?
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。几乎不可能在数以千计的波导所必需的接头中防止进水。
光波导,即光纤,是实心的,因此可以立即防止水的侵入,并且在某种程度上也可以长期防止水的侵入。诚然,玻璃纤维及其护套会吸收“微量”的水,从而导致高损耗。但这需要一段时间,而且很容易在每个接头上使用非常少量的材料来预防。它也是非常有效的密封。
海底光纤链路是惊人的。每隔一段时间就会串联插入一个由光纤制成的光纤放大器。光纤激光的能量是另一道激光,一直射向另一个大陆。使用分离器和组合器,少量低频(较长波长)功率激光通过特殊掺杂的光纤发送,使掺杂原子保持在激发态。当脉冲信号激光在激光放大器光纤中结合时,它会从放大器中的激发原子触发额外的激光功率,并且发生放大:-)
谜题的另一部分称为时间分散。并非所有光子在光纤中都采用完全相同的路径。一些拥抱并从墙上反弹,一些则从中心向下。因此,并非所有人都同时到达,因为它们经过了微观上不同的路径长度。这导致光子传递的能量的幅度被分散,波形不会立即跳到全幅度。这限制了带宽越长的光纤。
聪明的物理学家和光学工程师发现,如果制造的光纤中心的光速比玻璃光纤的外壁慢,那么光子在离开这条“校正光纤”时都可以及时重新排列。由于他们对速度进行了显着的改变,因此每公里左右只需要少量的光纤来进行校正。
现在,所有这些都内置在电缆组件中,密封并投入海洋。组装是在海上的船上完成的,当他们放下它时,或者在陆地上的战壕一侧的卡车上。我看过其中一些是在陆地上完成的。惊人的。最令人惊奇的部分是,数千英里的整条电缆中没有电力或电子设备。如上所述,所有的再放大和波形重塑都是在光学上发生的。忘了说,由于功率激光器是低波长的连续波,它在光纤中的损耗非常低,至少可以到一半。然后,他们可以将能量激光从 OTHER 大陆注入到中途点,以将信号放大到目标大陆的其余部分。
在 RF 域中,这一切都是不可能的。正如其他人所说,带宽是疯狂的。如今,他们可以通过以下方式添加通道:波长辨别、偏振辨别、沿中心轴的光学旋转,以及沿着光纤以螺旋环形的螺旋形注入光。正在尝试其他相当多的方法。因此,使用已安装的光纤,光纤带宽将继续攀升一段时间!
几英里以外的波导将非常昂贵且不稳定。您将如何支撑数英里的昂贵精密加工管道?它会在自己的重量下下垂。温度变化会给设计带来挑战。每英里需要原材料来制造这种波导,并且每年每英里需要维护。
露天每英里的成本为零,并且除了偶尔修剪树木外,端点之间不需要维护,因此 EM 辐射赢得了经济学竞赛。所有费用都用于天线设计和制造,包括每个端点的短程波导,而不是点之间的大量材料。在建立国家级网络时,这可以更好地扩展。
波导实际上使用了很短的时间,贝尔系统开发了一个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,他们晚了几年才过渡到更便宜且带宽更高的光波导。
大量的技术细节可以在 Gertner 的“The Idea Factory”中的一个受欢迎的帐户“贝尔系统中的工程和科学史:传输技术(1925-1975)”一书中找到。这两本书都是很棒的书。
从来没有这样做的原因有很多:
使用射频的主要优点是您可以相对稳健地通过空间传输它。把它放在波导中会失去这个优势。
波导由金属制成,制造非常长的精密波导,然后将它们安装在地下或悬挂在杆子上非常昂贵。最重要的是,RF 通常(在波导中或在自由空间中)或多或少地限制在 100 GHz 以下的带宽。
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——良好的传输级光纤的损耗约为每公里 0.2 dB。是的,当您通过 100 公里的光纤时,您只会损失 20 分贝,并且很容易通过光纤放大器定期增强备份。
光纤还提供了绝对巨大的带宽,并且不受外部电磁干扰。将 100 个或更多信号通过 100 GHz 或 50 GHz 中心的单根光纤放置并移动几个 Tbps 是微不足道的(尽管不是那么便宜)。
甚至可以将模拟射频调制到激光上(具有几 GHz 的带宽)并将其沿光纤传输,甚至可能使用多个并行通道。这称为光纤射频,偶尔用于将广播电台连接到发射器等。
通过光纤的带宽绝对是巨大的,因为中心频率在 100 太赫兹。RF 没有任何地方接近那个。