¿Por qué las guías de onda rectangulares no se usan para la transmisión entre ciudades?

17

Las guías de onda pueden transmitir potencias muy altas, aislando la señal de ruidos e interferencias externas. Además, las guías de onda tienen una pérdida muy baja. Estas capacidades los hacen un candidato interesante para la transmisión de señales entre dos ciudades. ¿Por qué las guías de onda rectangulares no se utilizan para la transmisión entre ciudades?

Supongo que puede deberse a que las guías de onda rectangulares tienen un ancho de banda estrecho y, por lo tanto, es necesario utilizar muchas de ellas para la transmisión de señales, lo que no es práctico. Estoy en lo correcto?

    
pregunta user215721

5 respuestas

18

El medio dentro de una guía de onda está ocupado por gas. Podría ser vacío, probablemente incluso con menos pérdida. Sin embargo, lo que no debería estar allí es el agua. Es casi imposible evitar el agua en las millas y decenas de miles de uniones necesarias para las guías de onda.

Las guías de ondas ópticas, es decir, la fibra, son sólidas y, por lo tanto, evitan la intrusión de agua de forma instantánea, y también en cierta medida a largo plazo. Concedido, la fibra de vidrio y su cubierta absorberán cantidades "microscópicas" de agua, causando una gran pérdida. Pero toma un tiempo y es fácil de prevenir con una cantidad muy pequeña de material en cada articulación. También es un sellado altamente efectivo.

Los enlaces de fibra óptica submarinos son increíbles. Cada tanto, un amplificador de fibra óptica, hecho de fibra, se instala en serie. La energía para el láser de fibra óptica es OTRO disparo láser en el otro continente. Mediante el uso de divisores y combinadores, se envía una pequeña cantidad de láser de potencia de frecuencia INFERIOR (longitud de onda más larga) a través de un trozo de fibra especialmente dopado, que mantiene los átomos dopantes en un estado excitado. A medida que el láser de señal pulsada se combina en la fibra del amplificador láser, se dispara la potencia adicional del láser de los átomos emitidos en el amplificador y, además, la amplificación ocurre :-)

Otra parte del rompecabezas se llama dispersión del tiempo. No todos los fotones toman exactamente el mismo camino en la fibra. Algunos se abrazan y rebotan contra las paredes, otros bajan por el centro. Por lo tanto, no todos llegan al mismo tiempo, ya que han recorrido recorridos microscópicamente diferentes. Esto causa que la amplitud de la energía suministrada por los fotones se extienda, la forma de onda NO salta instantáneamente a la amplitud completa. Esto limita el ancho de banda cuanto más larga sea la fibra.

Los ingeniosos físicos e ingenieros ópticos descubrieron si la fibra fabricada donde la velocidad de la luz es más lenta en el centro que en la pared exterior en una fibra de vidrio, todos los fotones podrían realinearse a tiempo, al salir de esta 'fibra correctora' . Dado que hicieron que el cambio en la velocidad fuera significativo, solo se necesita una pequeña cantidad de fibra por cada kilómetro para hacer la corrección.

AHORA, todo esto está integrado en un conjunto de cable, sellado y arrojado al océano. El montaje se realiza en un barco en el mar cuando lo dejan caer, o en un camión en el lado de la trinchera en tierra. He visto algo de eso hecho en tierra. Increíble. La parte más sorprendente es que no hay electricidad ni electrónica en todo el cable para MILES DE MILLAS. Toda la reamplificación y la remodelación de la forma de onda han ocurrido ópticamente como se describió anteriormente. Olvidé mencionar que dado que el láser de potencia tiene una longitud de onda más baja y una onda continua, tiene una pérdida muy baja en la fibra y puede llegar al menos a la mitad del punto. Luego podrían inyectar láser de potencia desde el OTRO continente hasta el punto intermedio para amplificar las señales del resto del camino hacia el continente objetivo.

NINGUNO DE ESTO es posible en el dominio de RF. Y como han dicho otros, el ancho de banda es una locura. Hoy en día, pueden agregar canales a través de: discriminación de longitud de onda, discriminación de polarización, rotación óptica a lo largo del eje central y luz inyectada en espiral en forma de espiral con forma de tuerca en la fibra. Muchos otros están siendo intentados. Por lo tanto, el ancho de banda de la fibra seguirá aumentando durante un tiempo, ¡utilizando las fibras ya instaladas!

    
respondido por el Dennis Gearon
15

Las guías de onda a lo largo de varias millas serían tremendamente caras e inestables. ¿Cómo aguantaría millas de costosas tuberías mecanizadas con precisión? Se hundiría bajo su propio peso. Los cambios de temperatura lo harían difícil de diseñar. Existe la necesidad de materia prima por milla para hacer dichas guías de onda y mantenimiento por milla por año.

El aire libre cuesta cero por milla y no requiere mantenimiento entre los puntos finales, excepto el corte ocasional de árboles, por lo que la radiación EM gana el concurso de economía. Todo el gasto se destina al diseño y fabricación de la antena, incluidas las guías de onda de recorrido corto, en cada punto final, no grandes cantidades de material entre puntos. Eso se amplía mejor cuando se construye una red a escala nacional.

    
respondido por el DarenW
13

Las guías de onda se usaron en realidad por un corto tiempo, el sistema Bell desarrolló una red basada en guías de onda subterráneas redondas e incluso construyó una fábrica piloto.

Aquí hay un breve folleto enlace y un articulo enlace

En parte debido a esta inversión, fueron unos años más tarde en la transición a las guías de ondas ópticas, que son mucho más baratas y tienen un ancho de banda mucho mayor.

Se pueden encontrar muchos detalles técnicos en el libro "Una historia de la ingeniería y la ciencia en el sistema de campanas: Tecnología de transmisión (1925-1975)", una cuenta popular en "The Idea Factory" de Gertner. Ambos son grandes libros.

    
respondido por el guest
11

Hay varias razones por las que esto nunca se hace:

Robustez

La principal ventaja de usar RF es que puede transmitirlo a través del espacio de manera relativamente sólida. Ponerlo en una guía de onda pierde esta ventaja.

Las guías de onda están hechas de metal y construyen guías de onda muy largas y precisas, y luego instalarlas en el suelo o colgarlas en postes es extremadamente costoso. Además de eso, la RF en general (en una guía de onda o en espacio libre) está más o menos limitada a menos de 100 GHz de ancho de banda.

Coste

Por otro lado, la fibra óptica es solo vidrio y por lo tanto es bastante barata. La fibra óptica es también uno de los materiales con menos pérdidas, ya que la fibra de buena calidad de transmisión puede tener una pérdida de alrededor de 0.2 dB por km. Sí, solo pierdes 20 dB cuando recorres 100 km de fibra, y es muy fácil aumentar esa copia de seguridad con amplificadores de fibra a intervalos regulares.

Ancho de banda

La fibra también proporciona un ancho de banda absolutamente enorme y es inmune a la interferencia externa de EM. Es trivial (aunque no tan barato) colocar 100 o más señales a través de una sola fibra en centros de 100 GHz o 50 GHz y mover varios Tbps.

Incluso es posible modular la RF analógica en la luz láser (con varios GHz de ancho de banda) y transmitirla por una fibra, posiblemente incluso con varios de estos canales en paralelo. Esto se llama RF sobre fibra, y se usa ocasionalmente para cosas como conectar estaciones de transmisión a transmisores.

El ancho de banda a través de una fibra es absolutamente enorme porque la frecuencia central está en los 100s de THz. RF no se acerca a eso.

    
respondido por el alex.forencich
9

La prueba BT Trunked Waveguide fue un esfuerzo por utilizar la guía de ondas de alta capacidad (300,000 llamadas de voz) en las rutas de troncales telefónicas: fue una tecnología de vanguardia en su día. La guía de onda era en realidad circular, el alambre de cobre se hacía girar en un mandril para hacer un tubo. Probablemente fue más fácil de fabricar que la guía de onda rectangular, pero aún era caro: cobre, costoso de instalar, zanjeo cerca de líneas rectas y costoso de mantener, manteniéndolo presurizado para evitar la entrada de humedad (no se prefiere otra sección transversal rectangular), etc.

Luego aparecieron las fibras ópticas e hicieron redundante la guía de ondas troncalizada. El cobre instalado era tan valioso que era económicamente viable desgarrar la guía de onda de prueba para la chatarra.

Más información aquí en breve historia de la transmisión de telecomunicaciones en el Reino Unido :  pp37

Llegué a BT Research Labs algunos años después de que este proyecto fuera cancelado. Todavía se mencionó como prueba de por qué tienes que invertir en la investigación de diferentes tecnologías ... una de ellas puede hacer que todo lo demás quede obsoleto.

    
respondido por el xcxc

Lea otras preguntas en las etiquetas