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通信无线信道的分类有哪些?什么是同轴电缆

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传输电信号的有线信道主要有三类,即明线、对称电缆和同轴电缆。明线是指平行架设在电线杆上的架空线路。它本身是导电裸线或带绝缘层的导线。其传输损耗低,但是易受天气和环境的影响,对外界噪声干扰较敏感,并且很难沿一条路径架设大量的(成百对)线路,故目前已经逐渐被电缆所代替。
 
对称电缆是由若干对叫做芯线的双导线放在一根保护套内制成的。为了减小各对导线之间的干扰,每一对导线都做成扭绞形状的,称为双绞线。保护套则是由几层金属屏蔽层和绝缘层组成的,它还有增大电缆机械强度的作用。
 
对称电缆的芯线比明线细,直径约在0.4~1.4 mm,故其损耗较明线大,但是性能较稳定。同轴电缆则是由内外两根同心圆柱形导体构成的,在这两根导体间用绝缘体隔离开。外导体自然应是一根空心导管,内导体多为实心导线。
 
在内外导体间可以填充满塑料作为电介质,或者用空气作介质但同时有塑料支架用于连接和固定内外导体。由于外导体通常接地,所以它同时能够很好地起到屏蔽作用。在实用中多将几根同轴电缆和几根电线放入同一根保护套内,以增强传输能力;其中的几根电线则用来传输控制信号或供给电源。
 
图1.4.8所示为一种同轴电缆的截面示意图。在表1.4.3中给出了上述三种有线电信道的一般电气特性,其中包括传输模拟电话时的通话容量、工作频率范围和直接传输时可能达到的传输距离;当要求的传输距离大于此距离时,可以采用将接收信号放大转发的办法,适当延长。
 
同轴电缆
同轴电缆

电气特性

有线电信道的一般电气特性
 
传输光信号的有线信道是光导纤维,简称光纤。光纤是由华裔科学家高锟(Charles Kuen Kao)发明的。他于1966年发表的一篇题为《光频率的介质纤维表面波导》的论文奠定了光纤发展和应用的基础。
 
因此,他被认为是“光纤之父”。最简单的光纤是由折射率不同的两种玻璃介质纤维制成的。其内层称为纤芯,在纤芯外包有另一种折射率的介质,称为包层,如图1.4.9所示。由于内外两层的折射率不同,光波会在两层的边界处不断产生反射,从而达到远距离传输。由于折射率在两种介质内是均匀不变的,仅在边界处发生突变,故这种光纤称为阶跃(折射率)型光纤。另一种光纤的纤芯的折射率沿半径方向逐渐减小,光波在光纤中传输的路径是逐渐弯曲的,这种光纤称为梯度(折射率)型光纤。


多模光纤结构
 
按照光纤内光波的传播模式不同,光纤可以分为多模光纤和单模光纤两类。最早制造出的光纤为多模光纤。在图1.4.9中示出了多模光纤的典型直径尺寸。它用发光二极管(LED)作为光源。这种光纤的直径较粗,光波在光纤中的传播有多种模式。另外,光源发出的光波也包含许多频率成分。
 
因此,光波在光纤中有不止一条传播路线,不同频率光波的传输时延也不同,这样会造成信号的失真,从而限制了传输带宽。单模光纤的直径较小,其纤芯的典型直径为8~12μm,包层的典型直径约为125μm。单模光纤用激光器作为光源。激光器产生单一频率的光波,并且光波在光纤中只有一种传播模式。因此,单模光纤的无失真传输频带较宽,比多模光纤的传输容量大得多。
 
但是,由于其直径较小,所以在将两段光纤相接时不易对准。另外,激光器的价格比LED贵。所以,这两种光纤各有优缺点,都得到了广泛的应用。在实用中光纤的外面还有一层塑料保护层,并将多根光纤组合起来成为一根光缆。光缆有保护外皮,内部还加有增加机械强度的钢线和辅助功能的电线。
 
为了使光波在光纤中传输时受到最小的衰减,以便传输尽量远的距离,希望将光波的波长选择在光纤传输损耗最小的波长上。图1.4.10所示为光纤损耗与光波波长的关系。由此图可见,在1.31μm和1.5μm波长上出现两个损耗最小的点。这两个波长是目前应用最广的波长。在这两个波长之间1.4μm附近的损耗高峰是由于光纤材料中水分子的吸收造成的。1998年朗讯科技(Lucent Technologies)公司发明了一项技术可以消除这一高峰,从而大大扩展了可用的波长范围。
 
目前使用单个波长的单模光纤传输系统的传输速率已达10 Gb/s。若在同一根光纤中传输波长不同的多个信号,则总传输速率将提高好多倍。光纤的传输损耗也是很低的,其传输损耗可达0.2 dB/km以下。因此,无中继的直接传输距离可达上百千米。目前,经过海底的跨洋远程光纤传输信道已经得到广泛应用。


光纤损耗与波长


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