Мини-лекции. Линии связи

Прежде чем говорить о предмете мини-лекции нужно разложить всё это по полочкам. На Рис1. именно так и сделано, — всё по полочкам. Все слова вроде бы написаны по-русски и понятны большинству читателей. Только вот непонятны аббревиатуры: ЭЛС, КЛС, ВОЛС, РЛС, СЛС?

ЭЛС, — электрические линии связи.

КЛС, — коаксиальные линии связи.

РЛС, — радиолинии.

СЛС, — спутниковые линии связи.

ВОЛС, — волоконно-оптические линии связи. Но о них речь пойдёт только лишь в следующей мини-лекции.


Говорить о средствах связи: телеграфе, телефоне и умолчать о линиях связи, всё равно, что говорить о транспорте и умолчать о дураках и дорогах. Конечно, когда в мире было всего два телеграфных аппаратов, то было всё просто: один провод и два заземления. Вторым проводом являлась земля. Но как оказалось земля девка непостоянная и далеко ненадёжная. Проводимость почвы очень сильно зависит от многих факторов и? И вот скрепя сердцем было решено связь между аппаратами проводить двумя проводниками (парой). Так появились воздушные линии связи. Посмотрите на Рис2. Это странное сооружение, возвышающееся над крышами Стокгольма (кто не в курсе, это столица Швеции.), где-то прошлого-позапрошлого века. Какие-то туманные полосы?.. На врезке Рис2а в увеличенном виде часть этого сооружения. Полосы это не, что иное как тысячи проводов, расходящиеся по всему городу. По-видимому это какая-то телефонная станция там, внизу?

Со временем все эти провода стали организованно размещать на опорах (столбах), группируя их по направлениям. По мере возрастания число проводов (пар) были придуманы так называемые траверсы Рис3. Но вскоре и этого стало мало и? И один мудрый человек предложил все провода уменьшить в размерах (уменьшить диаметр). Объединить их в виде пучка (парами) и покрыв защитным слоем упрятать глубоко под землю... Так родился кабель, объединяющий: десять, двадцать, пятьдесят, сто и тд. пар проводов! Вот такой отрезок кабеля Вы и видите на Рис4. Конечно просто так зарыть кабель в землю пара пустяков. Даже есть специальное устройство, — кабелеукладчик. Да он тоже как ножом прорезает землю одновременно прокладывает кабель. На поверхности лишь слегка вспаханная полоска земли. Но это красиво получается только в сельской местности... И еже ли, что, то взял да и выдернул его обратно. А вот в городе, да под асфальтированной дорогой и прочим? Так родилась канализация, аналогично водопроводу, трубам отопления. И теперь в этой самой канализации можно разместить кабель и не один. Также как и в обычной канализации есть всякие колодцы (смотровые устройства) для ремонта или дополнительных работ. Если Вы где-нибудь (в городе) увидите чугунные крышки канализационных люков с аббревиатурой «ГТС», — это оно и есть!

На Рис5 Вы видите ещё один вид кабеля. Да, его также можно использовать по телефонно-телеграфному назначению (та же пара проводников), но! Но его предназначение, также как и всяких РЛС, СЛС пропускать электромагнитные сигналы (в соответствие с таблицей Рис1.). Да Вы уважаемые читатели и сами его (кабель) видели и даже в руках держали! Это так называемый в народе, телевизионный кабель РК-75. Вообще-то по науке он называется коаксиальный, отсюда и аббревиатура КЛС. Название происходит от латинского: СО, — совместно + AXIS, — ось. То есть, соосный. На Рис5(1) защитная оболочка (пластик); Рис5(2) внешний проводник, оплётка (есть вариант, алюминиевая витая полоса). Рис5(3) диэлектрик и на Рис5(4) центральная жила. На рисунке она свита из тонких проводников. Но есть вариант из одного, большего диаметра проводника. Думаю теперь Вам понятно само название кабеля, — коаксиальный?

Так, что это за цифра 75 в названии кабеля? Это величина так называемого волнового сопротивления данного кабеля. Нет, Вы обычным тестером (омметром) его не сможете измерить. Да, чисто случайно очень большой длины кабель и сможет дать Вам эту цифру... Но это совсем не то! Это сопротивление кабеля на высоких частотах, а не постоянному току. На Рис5 показано условно сечение кабеля (без защитной оболочки) внешний проводник диаметром D и внутренний d. Рядом формула определения волнового сопротивления. Здесь же фигурирует и диэлектрическая проницаемость (эпсилон). Она характеризует свойства диэлектрика применяющегося в производстве кабеля и колеблется в пределах 2,2 - 2,8.

Для чего это я Вам пытаюсь показать? Дело в том, что для максимального использования коаксиальной линии связи необходимо соблюдать условие... Какое? Нужно, чтобы выходное сопротивление источника сигнала, приёмника сигнала и волнового сопротивления кабеля совпадали. Так ещё должно быть полное согласование. Правда в реальности это далеко не всегда получается... Если сравнить процессы в кабеле с транспортными дорогами, то в идеале автомобильный поток должен быть непрерывным с одной скоростью. Для кабеля это и есть идеальное согласование! В противном случае... Ну Вы и сами знаете, если, что-то на дорогах не так?!

А теперь поговорим о беспроводных линиях связи. РЛС, — радиолинии. Это, что такое? Ну, во-первых, беспроводные, это те, что используют радиоволны. А во-вторых, линия это всего лишь воображаемая прямая (иногда не очень прямая) соединяющая две заинтересованные стороны. Как-то: два объекта связанные радиостанциями (радиотелефон и пр.); мобильная связь спецслужб; мобильная сотовая; радио и телевизионное вещание с одной стороны и слушатели, телезрители с другой. Но это так сказать, — не особо контролируемая связь кого-то с кем-то? Но есть более приземлённая часть этих невидимых линий. Это радиорелейные станции. Кто их использует? Ну, так Вам и скажи?! Вот как пример релейка железнодорожной связи. На Рис7b железнодорожная станция Вышний Волочек. Слева на фоне неба видна одна из вышек той самой радиорелейной линии. А где остальные? Они находятся вдоль дороги на расстоянии 50-70 км. друг от друга. Идёт непрерывная передача информации в обоих направлениях Москва-Ленинград.

Как всё это работает? Если кратко, — неплохо! Всё работает на частотах от 2 до 8 ГГц. Много это или мало? В этот диапазон входят и частоты которые используются в СВЧ-печах, это во-первых, и во-вторых в мобильниках! Есть о чём призадуматься любителям мобильной трепаловки!?! Эти частоты использовались раньше. Сейчас полезли ещё выше, свыше тридцати гигагерц. Это значительно упростило как аппаратуру, так и антенное хозяйство. Вышки, правда остались при своих интересах, так и стоят! Радиорелейка, это не, что иное как эстафетная передача информации, от станции к станции. Это дешевле кабельных систем и пр. На Рис6 в общем виде показана цепочка этих станций. Сигнал принимаемый с конечной (начальной) станции: принимается, усиливается и передаётся дальше... Такая вот процедура получается.

А, как же на очень далёкие расстояния? Для этого существуют всякие радиоцентры, если радиолинии постоянные. Сооружаются антенные поля для более надёжного приёма. И если при приёме на обычную антенну наблюдаются глубокие замирания, то в центрах компенсируют эти замирания. Приём ведётся на сильно разнесённые антенны и несколько приёмников. А если нет конкретных направлений приёма, то увы приходится мириться с замираниями. Прохождение радиоволн очень капризное явление. При серьёзных связях проводится дублирование на разных диапазонах! По принципу: если не там, так тут... В смысле где-нибудь да и прорвёмся...

Отчего всё это происходит? От того, что если не пользоваться релейкой, то приём происходит только по прямой видимости. Но за счёт дифракции происходит огибание препятствий и «прямая видимость» увеличивается. И чем длиннее волна тем огибание лучше при всех остальных условиях. Вот поэтому радиовещательные станции, работающие на длинных волнах слышны за тысячи километров. А как же на остальных диапазонах? Только за счёт отражения от ионизированных слоёв атмосферы (ионосферы), либо за счёт преломления волн в тропосфере. Как происходит отражение показано на Рис6а. Процессы в тропосфере несколько другие. Так как атмосфера в принципе неоднородна и стало быть имеет разные плотности воздуха. С увеличением высоты плотность уменьшается. А при переходе волн через слои с разными коэффициентами преломления, то естественно и происходит преломление волн. Но так как днём за счёт нагрева солнечной радиацией верхних слоёв преломление недостаточное для поворота волн обратно к земле (они просто уходят в космос), то станции расположенные на значительные расстояния и работающие на средних волнах днём не слышны. Зато с заходом солнца верхние слои резко начинают остывать. Нижние же остывают медленнее за счёт близости нагретой земли. И преломление увеличивается и как можно убедиться Вам самим, число слышимых станций увеличивается многократно!

Разберёмся со СПУТНИКОВЫМИ ЛИНИЯМИ СВЯЗИ. В общем виде здесь нет ничего сложного для понимания. Всё та же релейная линия. Правда расстояния от начальной станции и до следующей от 300 до 36000 километров. Всё зависит от вида использования этой релейной схемы. Первоначально использовались низкоорбитальные спутники (на высоте около 300 км.) Они выписывали вокруг земли свои кренделя, перемещаясь довольно шустро над поверхностью земли.

Но вот осуществилась мечта и?.. И запустили спутники связи на геостационарную орбиту. Что это значит? А, это значит, что если спутник мотается на высоте 35875 км. то он оказывается «зависшим» над поверхностью земли. Конечно, если он будет находиться строго над экватором. На вступительных экзаменах по физике иногда дают задачу на соображалку. Два автомобиля движутся со скоростями: один со скоростью 40км/час. второй, — 80 км/час. Но расстояние между ними всё время одинаковое. Может ли такое быть? А, если да, то как?

Ну? Догадались? Правильно, они движутся по окружности, один по маленькой, другой по большой. Вот так и со спутниками на геостационарной орбите. Они движутся с одинаковой угловой скоростью вместе с землёй. А для нас они как бы «висят» над нами. Естественно на разных широтах мы их видим под разными углами по отношению к поверхности земли. При размещении на орбите трёх спутников можно осуществить глобальную систему связи Рис7. Время от начала передачи на спутник и приходе её на землю составляет в среднем 240-270мС. Но с учётом обработки сигналов может доходить до 400 мС. Но есть ещё одно но?! Поверхность земли севернее и южнее (в южном полушарии) 75° практически будет вне зоны видимости. Для решения этой задачи используются высокоорбитальные, высокоэлиптические спутники, орбиты которых находятся под углом к экваториальной плоскости Рис7а. Один такой спутник обслуживает высокоширотные области в течение 8 часов. А три спутника, — круглосуточно. Такая система в шестидесятые годы называлась «Орбита». На фото Рис7с взятое из сети Вы видите такую станцию в городе Владивосток?! И вот таких станций было настроено по стране аж 23 штуки! Приём шёл со спутников связи «Молния-1». Система, как Вы могли догадаться, дорогостоящая... Нам же с Вами осталось лишь разобраться с этим странным ВОЛС! Но об этом уже в следующей мини-лекции.
http://www.proza.ru/2017/09/30/1156