Общие сведения. Современная проводная электросвязь предполагает практическое использование

Современная проводная электросвязь предполагает практическое использование направляющих систем различных поколений, начиная с воздушных линий и заканчивая ВОЛС, которые в настоящее время находят все более широкое применение.

Линией передачи или направляющей системой называется устройство для направленной передачи электромагнитной энергии или электрических сигналов от одного объекта к другому.

К любой линии передачи предъявляются следующие общие требования:

− возможность передачи сигналов в широком частотном диапазоне с малым затуханием, т.е. минимизация потерь электромагнитной энергии, передаваемой по линии;

− передача возможно большей мощности при малых габаритах направляющей системы. Другими словами, линии должны обладать достаточной электрической прочностью, т. е. должны быть рассчитаны на передачу требуемой мощности без опасности возникновения электрического пробоя;

− высокая степень защищенности от помех, поступающих от внешних источников;

– линии передачи не должны обладать антенным эффектом, т. е. не должны излучать или принимать электромагнитные волны; излучение электромагнитных волн линией передачи нежелательно из-за возрастания потерь в линии (потерь на излучение) и из-за возникающих перекрестных искажений;

− линии передачи должны отличаться простотой конструкции и монтажа, экономичностью.

Изобразим таблицу, в которой приведены типы направляющих систем, используемые для проводной передачи информации в различных частотных диапазонах {нарисовать таблицу}.

Частотный диапазон	Значение частоты	Длина волны	Название длин волн	Тип направляющей системы
Килогерцы	1кГц – 1000кГц	300 км – 300м	Длинные волны (λ ≤ 1 км)	Проволочные линии, симметричные кабели
Мегагерцы	1МГц – 1000МГц	300м – 30см	Средние волны (100м ≤ λ ≤ 1 км) Короткие волны (10м ≤ λ ≤ 100м) УКВ (λ ≤ 10м)
Радиочастотные (коаксиальные) кабели
Гигагерцы	1ГГц 10ГГц 100ГГц 1000ГГц	30см 3см 3мм 300мкм	УКВ (0,3мм ≤ λ ≤ 10м)	Закрытые и открытые волноводы
Терагерцы	1ТГц – 1000ТГц	300мкм – 0,3мкм	Инфракрасное излучение (1мкм ≤ λ ≤ 0,3мм) Видимый свет (0,3мкм ≤ λ ≤ 1мкм) Ультрафиолетовое излучение (λ≤0,3мкм)	Открытые волноводы, световоды

В низкочастотных диапазонах, вплоть до метровых волн (1м ≤ λ ≤ 10м), в основном применяются сравнительно недорогие проволочные линии и симметричные кабели. Они позволяют передавать на этих частотах электромагнитную энергию и информацию на определенное расстояние наиболее эффективно и с наименьшими потерями. В электротехнике и телефонной связи линии передачи выполняются в виде системы проводов, подвешенных на опоре, либо в виде силовых или телефонных кабелей.

В диапазонах метровых и дециметровых волн (10см ≤ λ ≤ 1м) наибольшее распространение получили коаксиальные кабели, поскольку они обладают высокой помехозащищенностью и имеют малые потери в широком диапазоне частот. Электромагнитное поле в коаксиальном кабеле полностью локализовано в зазоре между внутренним проводом и внешней экранирующей оплеткой, что полностью исключает паразитные связи между несколькими различными линиями передачи, а также потери на излучение.

При переходе на сантиметровые волны начинают проявляться недостатки коаксиальных линий передачи. В первую очередь это связано с существенным возрастанием их затухания, что особенно проявляется в случае кабелей со сплошным заполнением диэлектриком. Затухание уменьшают путем использования полувоздушной или воздушной изоляции кабеля в виде шайб или колпачков, что позволяет значительно уменьшить количество изоляционного материала и, как следствие, снизить потери. Технически можно полностью устранить диэлектрик в коаксиальной линии путем использования установленных по длине линии четвертьволновых металлических изоляторов, которые фиксируют положение внутреннего проводника линии по отношению к оплетке и при этом не нарушают режима работы линии и не вносят существенных потерь энергии. Значительным недостатком такой линии является очень узкий диапазон рабочих частот и, кроме того, ее конструкция является слишком сложной, поэтому на практике такие линии не используются.

Применение коаксиальных кабелей в сантиметровом диапазоне волн связано с большими трудностями при передаче больших мощностей, т.к. при этом возникает опасность пробоя диэлектрика между внутренним и внешним проводниками кабеля. Увеличивать расстояние между проводниками нельзя, поскольку в сантиметровом диапазоне размеры поперечного сечения кабеля приближаются к длине волны, и существует опасность возникновения в линии волн высшего типа. Поэтому чем выше частота, тем меньше должно быть расстояние между проводниками коаксиального кабеля, что увеличивает потери и ограничивает мощность передачи.

Для сантиметрового диапазона наибольшее распространение получили закрытые волноводные системы в основном прямоугольного и круглого сечения. Такие направляющие системы позволяют передавать электромагнитную энергию с длиной волны, меньшей, чем размеры поперечного сечения волновода, поэтому эти размеры можно выбрать больше соответствующих размеров коаксиальной линии, а, следовательно, и передать по полому волноводу большие мощности. Кроме того, благодаря меньшей концентрации токов на поверхности стенок волноводы обеспечивают передачу энергии с меньшими потерями по сравнению с коаксиальными линиями.

В технике сантиметровых волн широко применяются и открытые направляющие системы. К ним относится однопроводная линия с поверхностной волной, представляющая собой одиночный провод, в котором распространяется симметричная электрическая волна. Для большей сосредоточенности поля вокруг провода его покрывают тонким диэлектрическим слоем. Линии с поверхностной волной имеют меньшее затухание, чем волноводы, превосходят их по широкополосности и позволяют пропускать большие мощности. Другими примерами открытых направляющих систем являются ленточные (полосковые и микрополосковые) волноводы, щелевые линии передачи, а также диэлектрические волноводы. Очевидным недостатком открытых направляющих систем является то, что они подвержены влиянию внешних электромагнитных полей и могут сами оказывать отрицательное влияющее действие.

В диапазоне миллиметровых и более коротких волн могут быть использованы как закрытые волноводы, главным образом прямоугольные, так и открытые направляющие системы. В оптическом диапазоне широко используются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), передача информации в которых осуществляется с помощью волоконно-оптических элементов. ВОЛС состоит из приемного и передающего оптических модулей, волоконно-оптических кабелей и волоконно-оптических соединителей.

Дата добавления: 2015-07-16