Overføringsmedium - Transmission medium

Et overføringsmedium er et system eller stoff som kan formidle spredning av signaler for telekommunikasjon . Signaler pålegges vanligvis en bølge av noe slag som er egnet for det valgte mediet. For eksempel kan data modulere lyd, og et overføringsmedium for lyder kan være luft , men faste stoffer og væsker kan også fungere som overføringsmedium. Vakuum eller luft utgjør et godt transmisjonsmedium for elektromagnetiske bølger som lys- og radiobølger . Selv om det ikke er nødvendig med materiell substans for at elektromagnetiske bølger skal spre seg, påvirkes slike bølger vanligvis av overføringsmediet de passerer gjennom, for eksempel ved absorpsjon eller refleksjon eller brytning ved grensesnittene mellom media. Tekniske enheter kan derfor brukes til å overføre eller lede bølger. Dermed brukes en optisk fiber eller en kobberkabel som overføringsmedium.

Koaksialkabel , et eksempel på et overføringsmedium

Elektromagnetisk stråling kan overføres gjennom et optisk medium , for eksempel optisk fiber , eller gjennom snoede parledninger , koaksialkabel eller dielektrisk -plate bølgeledere . Det kan også passere gjennom ethvert fysisk materiale som er gjennomsiktig for den spesifikke bølgelengden , for eksempel vann , luft , glass eller betong . Lyd er per definisjon materiens vibrasjon, så det krever et fysisk medium for overføring, i likhet med andre typer mekaniske bølger og varmeenergi . Historisk sett innlemmet vitenskapen ulike eterteorier for å forklare overføringsmediet. Imidlertid er det nå kjent at elektromagnetiske bølger ikke krever et fysisk overføringsmedium, og derfor kan bevege seg gjennom " vakuum " av ledig plass . Regioner av det isolerende vakuumet kan bli ledende for elektrisk ledning ved tilstedeværelse av frie elektroner , hull eller ioner .

Telekommunikasjon

Et fysisk medium i datakommunikasjon er overføringsbanen som et signal forplanter seg over. Mange forskjellige typer overføringsmedier brukes som kommunikasjonskanal .

I mange kommunikasjonsformer er kommunikasjon i form av elektromagnetiske bølger. Med guidede overføringsmedier blir bølgene guidet langs en fysisk bane; eksempler på guidede medier inkluderer telefonlinjer, snoede kabler, koaksialkabler og optiske fibre. Ustyrte overføringsmedier er metoder som tillater overføring av data uten bruk av fysiske midler for å definere veien den tar. Eksempler på dette inkluderer mikrobølgeovn , radio eller infrarød . Uledede medier gir et middel for overføring av elektromagnetiske bølger, men leder dem ikke; eksempler er forplantning gjennom luft, vakuum og sjøvann.

Begrepet direkte kobling brukes for å referere til overføringsbanen mellom to enheter der signaler sprer seg direkte fra sendere til mottakere uten mellomliggende enheter, annet enn forsterkere eller repeatere som brukes for å øke signalstyrken. Dette begrepet kan gjelde for både guidede og ikke -guidede medier.

Simplex versus duplex

En overføring kan være enkeltsidig , halv dupleks eller full dupleks.

Ved enkeltsending overføres signaler bare i én retning; den ene stasjonen er en sender og den andre er mottakeren. I halv dupleks-operasjonen kan begge stasjonene sende, men bare én om gangen. Ved full dupleksdrift kan begge stasjonene sende samtidig. I sistnevnte tilfelle bærer mediet signaler i begge retninger samtidig.

Typer

Generelt kan et overføringsmedium klassifiseres som

lineær , hvis forskjellige bølger på et bestemt punkt i mediet kan legges over hverandre ;
begrenset , hvis den er begrenset i omfang, ellers ubegrenset ;
ensartet eller homogent , hvis dets fysiske egenskaper er uendret på forskjellige punkter;
isotrop , hvis dens fysiske egenskaper er de samme i forskjellige retninger.

Det er to hovedtyper av overføringsmedier:

guidede medier — bølger blir guidet langs et solid medium, for eksempel en overføringslinje ;
ustyrte medier - overføring og mottak oppnås ved hjelp av en antenne .

En av de vanligste fysiske mediene som brukes i nettverk, er kobbertråd . Kobbertråd for å transportere signaler til lange avstander ved bruk av relativt lave mengder strøm. Det uskjermede vridde paret (UTP) er åtte tråder av kobbertråd, organisert i fire par.

Guidede medier

Vridet par

Twisted pair -kabling er en type ledninger der to ledere i en enkelt krets er vridd sammen for å forbedre elektromagnetisk kompatibilitet . Sammenlignet med en enkelt leder eller et ikke -vridd balansert par , reduserer et vridd par elektromagnetisk stråling fra paret og krysstale mellom nabopar og forbedrer avvisning av ekstern elektromagnetisk interferens . Det ble oppfunnet av Alexander Graham Bell .

Koaksialkabel

RG-59 fleksibel koaksialkabel sammensatt av:

Ytre plastkappe
Vevd kobberskjold
Indre dielektrisk isolator
Kobberkjerne

Tverrsnitt av en koaksialkabel

Koaksialkabel , eller koaks (uttalt / k oʊ . Æ k s / ) er en type elektrisk kabel som har en indre leder som er omgitt av et rørformet isolerende lag, er omgitt av en rørformet ledende skjerm. Mange koaksialkabler har også en isolerende ytre kappe eller kappe. Begrepet koaksial kommer fra den indre lederen og det ytre skjoldet som deler en geometrisk akse. Koaksialkabel ble oppfunnet av engelsk fysiker, ingeniør og matematiker Oliver Heaviside , som patenterte designet i 1880.

Koaksialkabel er en type overføringsledning , som brukes til å transportere høyfrekvente elektriske signaler med lave tap. Den brukes i slike anvendelser som telefon rørledningene, bredbånd nettverk kabler, høyhastighets datamaskindatabusser , bærende kabel-TV -signaler, og å koble radiosendere og mottagere til deres antenner . Den skiller seg fra andre skjermede kabler fordi dimensjonene til kabelen og kontaktene er kontrollert for å gi en presis, konstant lederavstand, som er nødvendig for at den skal fungere effektivt som en overføringslinje.

Oliver Heaviside oppfant koaksialkabel i 1880

Optisk fiber

Et bunt med optisk fiber

Fibermannskap installerer en fiberkabel på 432 tellere under gatene i Midtown Manhattan, New York City

En TOSLINK fiberoptisk lydkabel med rødt lys som lyser i den ene enden overfører lyset til den andre enden

Et veggmontert skap som inneholder optiske fiberforbindelser. De gule kablene er single mode fibre ; de oransje og aquakablene er multimodusfibre : henholdsvis 50/125 um OM2 og 50/125 um OM3 fibre.

Optisk fiber , som har dukket opp som det mest brukte overføringsmediet for langdistansekommunikasjon, er en tynn glassstreng som leder lys langs lengden. Fire hovedfaktorer favoriserer optisk fiber fremfor kobber: datahastigheter, avstand, installasjon og kostnader. Optisk fiber kan bære enorme mengder data sammenlignet med kobber. Det kan kjøres i hundrevis av miles uten behov for signalreparatorer, noe som igjen reduserer vedlikeholdskostnadene og forbedrer påliteligheten til kommunikasjonssystemet fordi repeatere er en vanlig kilde til nettverksfeil. Glass er lettere enn kobber, noe som gir mindre behov for spesialisert tunge løfteutstyr når du installerer langdistanse optisk fiber. Optisk fiber for innendørs bruk koster omtrent en dollar foten, det samme som kobber.

Multimode og enkeltmodus er to typer vanlig brukt optisk fiber. Multimode fiber bruker lysdioder som lyskilde og kan bære signaler over kortere avstander, omtrent 2 kilometer. Enkeltmodus kan bære signaler over distanser på titalls miles.

En optisk fiber er et fleksibelt, gjennomsiktig fiber fremstilt ved å trekke glass ( silica ) eller plasten til en diameter som er noe tykkere enn den for en menneskelig hår . Optiske fibre brukes oftest som et middel for å overføre lys mellom fiberens to ender og finne bred bruk i fiberoptisk kommunikasjon , der de tillater overføring over lengre avstander og ved høyere båndbredder (datahastigheter) enn elektriske kabler. Fibre brukes i stedet for metalltråder, fordi signalene seg langs dem med mindre tap ; i tillegg er fibre immun mot elektromagnetisk interferens , et problem som metalltråder lider for mye av. Fiber brukes også til belysning og bildebehandling, og er ofte pakket inn i bunter, slik at de kan brukes til å bære lys inn i eller bilder ut av trange rom, som i tilfelle av et fiberskop . Spesialdesignede fibre brukes også til en rekke andre applikasjoner, noen av dem er fiberoptiske sensorer og fiberlasere .

Optiske fibre inkluderer vanligvis en kjerne omgitt av et gjennomsiktig kledningsmateriale med lavere brytningsindeks . Lys holdes i kjernen av fenomenet total intern refleksjon som får fiberen til å fungere som en bølgeleder . Fibre som støtter mange formeringsbaner eller tverrgående moduser kalles multimodusfibre , mens de som støtter en enkeltmodus kalles single-mode fibre (SMF). Flermodusfibre har vanligvis en bredere kjernediameter og brukes til kommunikasjonskoblinger over korte avstander og til applikasjoner der høy effekt må overføres. Enkeltmodusfibre brukes for de fleste kommunikasjonslenker som er lengre enn 1000 meter.

Å kunne feste optiske fibre med lavt tap er viktig i fiberoptisk kommunikasjon. Dette er mer komplekst enn sammenføyning av elektrisk ledning eller kabel og innebærer nøye spalting av fibrene, presis innretting av fiberkjernene og koblingen av disse innrettede kjernene. For applikasjoner som krever permanent tilkobling, er en fusjonsskjøte vanlig. I denne teknikken brukes en elektrisk lysbue for å smelte endene av fibrene sammen. En annen vanlig teknikk er en mekanisk skjøte , der endene av fibrene holdes i kontakt med mekanisk kraft. Midlertidige eller semi-permanente tilkoblinger utføres ved hjelp av spesialiserte optiske fiberkontakter .

Fagområdet anvendt vitenskap og ingeniørfag som er opptatt av design og anvendelse av optiske fibre er kjent som fiberoptikk . Begrepet ble laget av den indiske fysikeren Narinder Singh Kapany , som er allment anerkjent som far til fiberoptikk.

Uledet media

Radio

Radiospredning er oppførselen til radiobølger når de beveger seg, eller forplanter seg , fra ett punkt til et annet, eller inn i forskjellige deler av atmosfæren . Som en form for elektromagnetisk stråling , som lysbølger, påvirkes radiobølger av fenomenene refleksjon , brytning , diffraksjon , absorpsjon , polarisering og spredning . Forstå effekten av varierende forhold på radio forplantning har mange praktiske anvendelser, fra valg av frekvenser for internasjonale kortbølge kringkastere , å utforme pålitelige mobiltelefonsystemer, til radionavigering , til drift av radarsystemer.

Ulike former for forplantning brukes i praktiske radiooverføringssystemer. Med siktlinjeforplantning menes radiobølger som beveger seg i en rett linje fra sendeantennen til mottaksantennen. Siktlinjeoverføring brukes til mellomdistanse radiooverføring som mobiltelefoner , trådløse telefoner , walkie-talkies , trådløse nettverk , FM-radio og fjernsynssending og radar , og satellittkommunikasjon , for eksempel satellitt-TV . Siktlinjeoverføring på jordens overflate er begrenset til avstanden til den visuelle horisonten, som avhenger av høyden på sende- og mottaksantenner. Det er den eneste formeringsmetoden som er mulig ved mikrobølgefrekvenser og over. Ved mikrobølgefrekvenser kan fuktighet i atmosfæren ( regnfade ) forringe overføringen.

Ved lavere frekvenser i MF- , LF- og VLF -båndet kan radiobølger på grunn av diffraksjon bøye seg over hindringer som åser og bevege seg utover horisonten som overflatebølger som følger jordens kontur. Disse kalles bakkebølger . AM -kringkastingsstasjoner bruker bakkebølger for å dekke sine lytteområder. Etter hvert som frekvensen blir lavere, reduseres dempningen med avstand, så grunnbølger med svært lav frekvens (VLF) og ekstremt lav frekvens (ELF) kan brukes til å kommunisere over hele verden. VLF- og ELF -bølger kan trenge gjennom betydelige avstander gjennom vann og jord, og disse frekvensene brukes til gruvekommunikasjon og militær kommunikasjon med nedsenkede ubåter.

Ved mellom- og kortbølgefrekvenser ( MF- og HF -bånd) kan radiobølger brytes fra et lag med ladede partikler ( ioner ) høyt i atmosfæren, kalt ionosfæren . Dette betyr at radiobølger som sendes i en vinkel inn i himmelen kan reflekteres tilbake til jorden utover horisonten, på store avstander, til og med transkontinentale avstander. Dette kalles skywave -forplantning . Den brukes av amatørradiooperatører til å snakke med andre land og kortbølget kringkastingsstasjoner som sender internasjonalt. Skywave -kommunikasjon er variabel, avhengig av forholdene i den øvre atmosfæren; det er mest pålitelig om natten og om vinteren. På grunn av sin pålitelighet, siden fremkomsten av kommunikasjonssatellitter på 1960 -tallet, bruker mange langdistanse kommunikasjon som tidligere brukte skywaves nå satellitter.

I tillegg er det flere mindre vanlige radiospredningsmekanismer, for eksempel troposfærisk spredning (troposkjæring) og nær vertikal forekomst skywave (NVIS) som brukes i spesialiserte kommunikasjonssystemer.

Languages

In other projects