انواع خطوط انتقال مخابراتی

مقدمه

معمولا فرستنده ای که توان مورد نیاز برای بکار انداختن آنتن را تولید می کند در فاصله ای چند از پایانه ی آنتن قرار گرفته است .خطوطی که فرستنده و آنتن را به هم متصل می کند "خطوط انتقال" نامیده می شود و هدف آن حمل توان از نقطه ای به نقطه دیگر در حد مطلوب است.متقابلا در دریافت کننده ،آنتن عهده دار ردیابی هر سیگنال رادیویی در هوا و هدایت آن به دریافت کننده با حداقل اعوجاج می باشد به طوری که رادیو حداکثـر شانس را برای رمزگشایی سیگنال داشته باشد. پس در سیستم های رادیویی حفظ تمامیت سیگنال چه در فرستنده و چه در دریافت کننده بسیار مهم می باشد که این نقش اساسی را کابل های بازی می کنند. خطوط انتقال به دو دسته تقسیم می شوند: "کابل ها" و " موج برها" .

1-کابل ها

1-1 . کابل کواکسیال

يکی از مهمترين محيط های انتقال در مخابرات کابل کواکسيال و يا هم محور می باشد . اين نوع کابل ها از سال 1936 برای انتقال اخبار و اطلاعات در دنيا به کار گرفته شده اند. در اين نوع کابل ها، دو سيم تشکيل دهنده يک زوج ، از حالت متقارن خارج شده و هر زوج از يک سيم در مغز و يک لايه مسی بافته شده در اطراف آن تشکيل می گردد. در نوع ديگر کابل های کواکسيال ، به جای لايه مسی بافته شده ، از تيوپ مسی استوانه ای استفاده می شود. ماده ای پلاستيکی اين دو هادی را از يکديگر جدا می کند. ماده پلاستيکی ممکن است بصورت ديسکهای پلاستيکی يا شيشه ای در فواصل مختلف استفاده و مانع از تماس دو هادی با يکديگر شود و يا ممکن است دو هادی در تمام طول کابل بوسيله مواد پلاستيکی از يکديگر جدا گردند.

رسانای داخلی سیگنال را حمل می کند و محافظ بیرونی از انتشار سیگنال ‌ به اتمسفر و تداخل سیگنال های خارجی با سیگنال سیم مرکزی جلوگیری می کند.حقیقت جالب دیگری که وجود دارد این است که سیگنال الکتریکی همیشه در طول لایه خارجی هادی مرکزی عبور می کند پس هر چه هادی مرکزی بزرگتر باشد سیگنال بهتر جریان پیدا می کند که این اثر را "اثر پوستی " می نامند.

یکی از مشخصات بارز کابل کواکسیال این است که در حالت گیرندگی هیچ نویزی نمی تواند در طول خط انتقال وارد آن شود و در حالت فرستندگی هیچ تشعشع و تابشی در طول کابل دیده نمی شود . یعنی موج انتقالی کاملا شیلد و محافظت می‌شود .

با وجود اینکه ساختار کابل کواکسیال برای نگه داشتن سیگنال در سیم مرکزی مناسب است ولی مقاومتی در مسیر جریان الکتریکی ایجاد می شود که باعث تضعیف شدن سیگنال در طی مسیر می شود. این محو شدگی به عنوان میرایی شناخته می شود و با dB/m اندازه گیری می شود . سرعت میرایی تابعی از فرکانس سیگنال و ساختار فیزیکی خود کابل است. واضح است که تا آنجایی که ممکن است ما تمایل به حداقل کردن این میرایی داریم که این امر با کوتاه نگه داشتن کابل و استفاده از کابل هایی با کیفیت بالا محقق می شود.

2-1. کابلهای چهار زوجی

متداولترين نوع کابلهای چهار زوجی که در انتقال اطلاعات استفاده می گردد، کابل های بهم تابيده می باشند. کابلهای UTP بصورت چهار زوج 100 اهمی می باشد که هر دو زوج بهم تابیده شده اند.

کابل های UTP دارای استانداردهای متعددی بوده که در گروههای (Categories) متفاوت تقسيم شده اند. سرعت و پهنای باند فرکانسی این نوع کابلها عبارتند از:

Cat100=5Mhz Cat5e=200 Mhz Cat6250,350= Mhz Cat600,1000=7Mhz

کابل های بهم تابيده دارای انواع بدون شیلد UTP، فویل آلومینیومی FTP و شیلد دار STP و گاهی فویل و شیلد دار SFTP در رنگهای مختلف و با دو نوع ژاکت PVC و LSZH عرضه می شوند که نوع آخری فاقد هالوژن می باشد و در هنگام آتش سوزی دود سمی تولید نمی کند.

3-1. فیبر نوری
يکی از محيط های انتقال در شبکه های مخابراتی، فيبر نوری است. فیبر نوری را هنگامی استفاده می کنیم که نیاز به ارتباط بین مسافت های بیش از 100 متر و پهنای باند زیاد داریم.

يک فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است:

هسته (Core): هسته نازک شيشه ای در مرکز فيبر که سيگنا ل های نوری در آن حرکت می نمايند.

روکش (Cladding): بخش خارجی فيبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.

بافر رويه (Buffer Coating): روکش پلاستيکی که باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير، است .

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر نوری توسط يک روکش با نام Jacket محافظت می گردند.

در اين فيبرها، نور در اثر انعکاسات کلی در فصل مشترک هسته(core) و غلاف (cladding)، انتشار پيدا خواهد کرد. منابع نوری در اين نوع کابل ها، ديود ليزری و يا ديودهای ساطع کننده نور می باشند.

فیبرهای نوری از نظر ژاکت به انواع مختلف از قبیل ضد جونده، وایر استیل آرمورد، ضد آتش، ضد دود و ... تقسیم می شوند. همچنین متناسب با محل استفاده به سه گروه مصارف داخل ساختمانی Indoor ، مصارف داخل ساختمان و کانالهای پلاستیکی و فلزی Indoor/Outdoor و برای استفاده در فضای آزاد و دفن در زیر زمین Outdoor تقسیم می شوند.

فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

فيبرهای تک حالته (Single-Mode): بمنظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده می شود.

فيبرهای چندحالته (Multi-Mode) : بمنظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده می شود.

فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک ( 8 و 9 ميکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزری مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر (50 و 5/62 ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED می باشند.

فیبرهای مالتی مود می‌تواند در سرعت 100 مگابیت با 2 کیلومتر مسافت را پاسخگو باشد. اما در سرعتهای گیگابیتی، فیبرهای مالتی مود 5/62 فقط در حدود 300 متر و مالتی مود 50 فقط در حدود 550 متر را پشتیبانی می‌کند. فیبرهای سینگل مود تا سرعت 100 مگابیت را تا مسافت 100 کیلومتر می تواند پشتیبانی کند. البته این محدودیتها به دلیل عدم توانایی تجهیزات اکتیو می باشد.

2-موج برها

موجبر ساختاری است که امواجی چون امواج الکترو مغناطیسی و امواج صوتی را هدایت می کند. برای هر نوع موج انواع گوناگونی موجبر وجود دارد.نوع اصلی و معمول آن یک لوله ی فلزی توخالی است که به این منظور به کار می رود. موجبر در شکل هندسی تفاوت دارند که می توانند انرژی را در یک بعد محدود کنند، همچون موجبرهای ورقه ای؛ و نیز می توانند در دو بعد انرژی را محدود کنند همچون موجبرهای تاری یا شیاری . بعلاوه موجبرهای مختلفی برای فرکانس‌های مختلف مورد نیاز است. به عنوان مثال یک فیبر نوری که امواج نوری را هدایت می‌کند، نخواهد توانست ریز موج‌ها را نیز هدایت کند. طبق یک حساب تخمینی؛ پهنای موجبر باید در مرتبه ی اندازه ی طول موج امواج هدایت شده باشد . در طبیعت نیز ساختارهایی وجود دارد که همانند موجبر عمل می کنند .برای مثال یک لایه در اقیانوس می تواند آواز نهنگ‌ها را تا فاصله‌های خیلی دور هدایت کند.

در فرکانس های بالا ی 2GHz طول موج به اندازه کافی کوچک است که به طور کاربردی اجازه ارسال انرژی های مؤثر با میانگین های متفاوت را می دهد. موج بر یک لوله ی رسانا است که انرژی به شکل موج های الکترومغناطیسی در آن ارسال می شود.لوله به عنوان مرزی که موج ها را در سطح بسته محدود می کند، عمل می کند و اثر پوستی از مشاهده هر گونه تأثیر موج الکترومغناطیسی در بیرون از موج بر جلوگیری می کند و میدان الکترومغناطیسی با منعکس شدن از دیواره ها (که هادی کامل در نظر گرفته می شوند) منتشر می شود.

موجبرها داراي انواع گوناگون مي‌باشند كه بوسيله شكل سطح مقطع آنها كه ممكن است مستطيل ، دايره و يا بيضي باشند ، مشخص مي‌شوند .

1-2. انواع موجبر

موجبر خود بر سه دسته دسته تقسیم می شود. موجبرهای الکترومغناطیسی ، موجبرهای نوری و موجبرهای صوتی .

1-1-2. موجبرهای الکترومغناطیسی

موجبرها می توانند به منظور حمل موجها بر فراز بخش وسیعی از طیف الکترو مغناطیسی ساخته شوند. اما خصوصاً در مورد محدوده ی فرکانس‌های نوری و میکرو ویوها سودمند می باشند. بنا به فرکانس مورد نیاز می توانند از مواد رسانا یا عایق ساخته شوند.

2-1-2. موجبرهای نوری

موجبر هایـی که در فرکانس‌های نوری استفاده می شوند و معمولاً دارای ساختار عایق می باشند که با مواد عایق ساخته شده و در جریان‌های الکتریکی بالا قرار می گیرند و بنابراین شاخص بازتاب بالایی دارند و توسط یک ماده با الکتریسیته ی پایین تر احاطه می شوند. این ساختار موج‌های نوری را توسط بازتـاب کامل داخلی انتشار می دهد. انواع دیگری از موجبر نوری نیز که مورد استفاده می باشند، شامل فیبرهای بلور شفاف است. همچنین در لامپ‌های لوله ای که در چراغانی‌ها کاربرد دارد، هدایت از طریق یک لوله ی توخالی صورت می گیرد که سطح درونی آن دارای خاصیت انعکاسی بالایی می باشد. این سطح درونی ممکن است یک فلز صیقلی باشد یا اینکه با غشای چندلایه ای پوشانده شده باشد که نور را توسط بازتاب براگ ( نوع مخصوصی از فیبرهای بلور شفاف ) هدایت کند و همچنین یک منشور کوچک در اطراف لوله مورد استفاده قرار می گیرد تا نور را از طریق بازتاب کامل درونی انعکاس دهد. این تحدید کردن موجها کامل نیست زیرا بازتاب کامل درونی هیچگاه به خوبی نمی تواند نور را توسط یک هسته با شاخص پایین تر هدایت کند.(در مورد منشور بعضی نورها به گوشه‌های منشور نفوذ می کنند).

3-1-2. موجبرهای صوتی

یک موجبر صوتی، ساختاری فیزیکی برای هدایت امواج صوتی می باشد. یک مجرا برای انتشار امواج است که همچون یک خط مخابره ای عمل میکند.این مجرای عبوری شامل بعضی محیط‌ها همانند هوا می‌باشد که انتشار صوت را پشتیبانی می کند.