Pourquoi les guides d'ondes rectangulaires ne sont-ils pas utilisés pour la transmission interurbaine?

Les guides d'ondes peuvent transmettre des puissances très élevées, isolant le signal des bruits extérieurs et des interférences. De plus, les guides d'ondes ont une perte très faible. Ces capacités en font un candidat intéressant pour la transmission de signaux entre deux villes. Pourquoi les guides d'ondes rectangulaires ne sont-ils pas utilisés pour la transmission interurbaine?

Je suppose que c'est peut-être parce que les guides d'ondes rectangulaires ont une bande passante étroite, et qu'il est donc nécessaire d'en utiliser beaucoup pour la transmission de signaux, ce qui n'est pas pratique. Ai-je raison?

Le milieu à l'intérieur d'un guide d'onde est occupé par du gaz. Il pourrait s'agir d'un vide, probablement même avec moins de pertes. Cependant, ce qui ne devrait pas y être, c'est de l'eau. Il est presque impossible d'empêcher l'eau dans les kilomètres et les dizaines de milliers de joints nécessaires aux guides d'ondes.

Les guides d'ondes optiques, c'est-à-dire les fibres, sont solides et empêchent donc l'intrusion d'eau instantanément et quelque peu à long terme également. Certes, la fibre de verre et sa gaine absorberont des quantités «microscopiques» d'eau, provoquant des pertes importantes. Mais cela prend un certain temps et est facile à éviter avec une très petite quantité de matériau sur chaque articulation. C'est aussi une étanchéité très efficace.

Les liaisons fibre optique sous-marines sont incroyables. De temps en temps, un amplificateur à fibre optique, en fibre, est installé en série. L'énergie pour le laser à fibre optique est un AUTRE tir laser jusqu'à l'autre continent. À l'aide de séparateurs et de combineurs, une petite quantité du laser de puissance à basse fréquence (longueur d'onde plus longue) est envoyée à travers un morceau de fibre spécialement dopé, maintenant les atomes dopants dans un état excité. Comme le laser à signal pulsé se combine dans la fibre de l'amplificateur laser, il déclenche une puissance supplémentaire plus longue des atomes présents dans l'amplificateur et bien, l'amplification se produit :-)

Une autre partie du puzzle est appelée dispersion temporelle. Tous les photons ne suivent pas exactement le même chemin dans la fibre. Certains s'étreignent et rebondissent sur les murs, certains descendent au centre. Donc, tous n'arrivent pas en même temps, car ils ont parcouru des longueurs de parcours microscopiquement différentes. Cela provoque la diffusion de l'amplitude de l'énergie fournie par les photons, la forme d'onde ne saute PAS instantanément à sa pleine amplitude. Cela limite la bande passante plus la fibre est longue.

Les ingénieux physiciens et ingénieurs d'optique ont compris si la fibre fabriquée à la vitesse de la lumière est plus lente au centre qu'à la paroi extérieure dans une fibre de verre, que les photons pourraient tous être réalignés à temps à la sortie de cette `` fibre de correction ''. Puisqu'ils ont rendu le changement de vitesse significatif, il suffit d'une petite quantité de fibre tous les kilomètres pour effectuer la correction.

MAINTENANT, tout cela est intégré dans un ensemble de câbles, scellé et tombé dans l'océan. L'assemblage se fait sur un navire en mer lors de leur largage, ou dans un camion sur le côté de la tranchée à terre. J'ai vu une partie de cela se faire sur terre. Incroyable. La partie la plus étonnante est qu'il n'y a pas d'électricité ou d'électronique dans tout le câble pour des MILLIERS DE MILES. Toute la réamplification et le remodelage de la forme d'onde se produisent optiquement comme décrit ci-dessus. J'ai oublié de mentionner que puisque le laser de puissance est de longueur d'onde inférieure et à onde continue, il a une très faible perte dans la fibre et peut aller au moins à mi-chemin. Ils pourraient ensuite injecter un laser de puissance de l'AUTRE continent au point médian pour amplifier les signaux le reste du chemin vers le continent cible.

AUCUN DE CELA n'est possible dans le domaine RF. Et comme d'autres l'ont dit, la bande passante est folle. De nos jours, ils peuvent ajouter des canaux via: la discrimination de longueur d'onde, la discrimination de polarisation, la rotation optique le long de l'axe central et la lumière injectée en spirale sous la forme d'un écrou en spirale dans la fibre. Beaucoup d'autres sont tentés. La bande passante des fibres continuera donc de grimper pendant un certain temps, en utilisant des fibres déjà installées!

Des guides d'ondes sur plusieurs kilomètres seraient extrêmement chers et instables. Comment tiendriez-vous des kilomètres de tuyaux usinés avec précision? Il s'affaisserait sous son propre poids. Les changements de température rendraient la conception difficile. Il y a un besoin de matière première par mile pour fabriquer de tels guides d'ondes, et d'entretien par mile par an.

Le plein air coûte zéro par mile et ne nécessite aucun entretien entre les points d'extrémité, à l'exception de la taille occasionnelle des arbres, de sorte que le rayonnement EM remporte le concours économique. Toutes les dépenses vont à la conception et à la fabrication d'antennes, y compris les guides d'ondes à court terme, à chaque point d'extrémité, et non de grandes quantités de matériel entre les points. Cela évolue mieux lors de la construction d'un réseau à l'échelle nationale.

Les guides d'ondes ont en fait été utilisés pendant une courte période, le système Bell a développé un réseau basé sur des guides d'ondes souterrains ronds et a même construit une usine pilote.

Voici une courte brochure http://long-lines.net/tech-equip/radio/WE-waveguide/WEWP-1.html et un article https://archive.org/details/bstj43-4-1783

En partie à cause de cet investissement, ils ont été en retard de quelques années vers les guides d'ondes optiques, qui sont beaucoup moins chers et ont une bande passante beaucoup plus élevée.

De nombreux détails techniques peuvent être trouvés dans le livre "Une histoire de l'ingénierie et des sciences dans le système de Bell: technologie de transmission (1925-1975)", un récit populaire dans "The Idea Factory" de Gertner. Les deux sont d'excellents livres.

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles cela n'est jamais fait:

Robustesse

Le principal avantage de l'utilisation de la RF est que vous pouvez la transmettre dans l'espace de manière relativement robuste. Le mettre dans un guide d'ondes perd cet avantage.

Les guides d'ondes sont fabriqués en métal et construisent de très longs guides d'ondes de précision, puis les installer dans le sol ou les accrocher sur des poteaux est extrêmement coûteux. De plus, la RF en général (dans un guide d'ondes ou dans un espace libre) est plus ou moins limitée à moins de 100 GHz de bande passante.

Coût

D'un autre côté, la fibre optique n'est que du verre et est donc assez bon marché. La fibre optique est également l'un des matériaux à faible perte - une fibre de bonne qualité de transmission peut avoir une perte d'environ 0,2 dB par km. Oui, vous ne perdez que 20 dB lorsque vous parcourez 100 km de fibre, et il est très facile de renforcer cette sauvegarde avec des amplificateurs à fibre à intervalles réguliers.

Bande passante

La fibre fournit également une bande passante absolument énorme et est immunisée contre les interférences EM externes. Il est trivial (mais pas si bon marché) de faire passer 100 signaux ou plus à travers une seule fibre sur des centres 100 GHz ou 50 GHz et de déplacer plusieurs Tbps.

Il est même possible de moduler la RF analogique sur la lumière laser (avec plusieurs GHz de bande passante) et de la transmettre sur une fibre, éventuellement même avec plusieurs de ces canaux en parallèle. C'est ce qu'on appelle RF sur fibre, et il est parfois utilisé pour des choses comme la connexion des stations de diffusion aux émetteurs.

La bande passante à travers une fibre est absolument énorme car la fréquence centrale est dans les 100s de THz. La RF ne s'en approche pas.

L'essai BT Trunked Waveguide était un effort pour utiliser un guide d'ondes à haute capacité (300 000 appels vocaux) sur les routes de lignes téléphoniques - c'était une technologie de pointe à l'époque. Le guide d'onde était en fait circulaire, du fil de cuivre était filé sur un mandrin pour faire un tube. Il était probablement plus facile à fabriquer qu'un guide d'onde rectangulaire, mais il était toujours cher - cuivre, cher à installer - creuser des tranchées près des lignes droites et coûteux à entretenir - le maintenir sous pression pour empêcher l'humidité (une autre raison pour laquelle la section rectangulaire n'est pas préférée), etc.

Puis la fibre optique est arrivée et a rendu le guide d'ondes à ressources redondantes. Le cuivre installé était si précieux qu'il était économiquement viable de déchirer le guide d'onde d'essai pour la ferraille.

Plus ici dans Bref historique de la transmission des télécommunications au Royaume-Uni : pp37

Je suis arrivé chez BT Research Labs quelques années après l'annulation de ce projet. On en parlait encore comme preuve de la raison pour laquelle vous devez investir dans la recherche de différentes technologies ... l'une d'entre elles pourrait rendre tout le reste obsolète.