Период – 1850- 1900гг.- телеграфные одножильные морские и океанские кабели с гуттаперчевой изоляцией

1 период – 1850- 1900гг.- телеграфные одножильные морские и океанские кабели с гуттаперчевой изоляцией.

2 период – 1900-1930 гг.- телефонные низкочастотные симметричные морские кабели с гуттаперчевой и воздушно-бумажной изоляцией.

В отличие от прошлого века, когда телеграфные подводные кабели опередили в своем развитии кабели подземной прокладки, в текущем столетии подводные телефонные кабели развивались параллельно с подземными. Для увеличения дальности связи началось без промедления внедрение крарупизации и пупинизации подводных кабелей. Гуттаперчевую изоляцию постепенно начала вытеснять воздушно – бумажная, обладающая вдвое меньшей электрической емкостью. В этом случае изоляция защищалась от воздействия воды свинцовой оболочкой, под которой располагалась опорная спираль из стальной ленты или стальных профилированных проволок. Кабели с гуттаперчевой изоляцией состояли из одной четверки, а с воздушно – бумажной – имели от одной четверки до 12 четверок.

Но ни искусственное увеличение индуктивности, ни применение с 1920г. ламповых усилителей не позволяло решить проблему трансокеанской телефонии. Все дело в различии передаваемых частот. Частоты телеграфирования – нсколько герц или десятков герц, частоты телефонирования в начале века – от 300 до 2700 Гц.

В 1921г. был проложен первый в мире коаксильный кабель между Ки Уэст (Флорида) и Гаваной (Куба). Это был низкочастотный крарупизированный телефонно-телеграфный кабель с гуттаперчевой изоляцией. В полосе частот до 3800 Гц можно было организовать четыре телеграфных канала и один телефонный.

3 период – 1930- 1950 гг.- телефонные морские высокочастотные коаксильные кабели с изоляцией из парагутты (1930-е годы) и полиэтилена (1940-е годы), без промежуточных усилителей.

В 1937г. на линии Олдборо – Домбург длиной 150 км были проложены параллельно два коаксильных кабеля. По каждому кабелю передавалось в одном направлении 16 телефонных каналов.

В 1940г. в Англии был проложен экспериментальный коаксильный кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией.

Не следует полагать, что начиная с 1930г. все подводные телефонные кабели были только коаксильными. Прокладывались и симметричные высокочастотные кабели, предназначенные для многоканальных систем передачи.

Проблему трансокеанской телефонии позволило решить создание в 1940г. подводных усилителей. Первый промежуточный усилитель был встроен в 1943г. в экспериментальный кабель, проложенный в Ирландском море. По коаксильному кабелю длиной 82 км организовывалось 48 каналов связи в диапазонах частот 16-208 и 312-504 кГц.

4 период – телефонные морские и океанские высокочастотные кабели со сплошной полиэтиленовой изоляцией, с промежуточными усилителями.

В 1950-1956г. был проложен ряд преимущественно морских кабельных телефонных линий с промежуточными ламповыми усилителями, число которых составляло от 1 до 7. Все кабели с усилителями двустороннего действия в механически жестких корпусах прокладывались на глубинах не более 500 м.

Для прокладки кабеля в океанских глубинах пришлось сконструировать усилители одностороннего действия, смонтированные в гибких цилиндрических корпусах, выполненных из сочленных стальных колец. В1948г. была осуществлена опытная прокладка кабеля с усилителями в районе Багамских островов.

С 1952г. началось проектирование первой трансатлантической телефонной линии, а с 1954г. – изготовление кабеля для нее. Открытие состоялось 25 сентября 1956г. Пропускная способность первой трансатлантической кабельной линии, названной ТАТ-1, была 36 каналов. Но главным было доказательство принципиальной и практической возможности осуществления телефонной связи по кабелям через океан, обеспечения долговечной бесперебойной работы всех элементов системы.

 

Кабели без брони.

 

В 1951г. английский инженер Роберт Алстон Брокбэнк получил патент на изобретение глубоководного кабеля без брони. Оригинальное решение Брокбэнка – яркий пример красоты инженерной идеи в области кабельной техники. Он учел явление поверхностного эффекта – вытеснение тока к периферии при передаче высоких частот – и предложил делать внутренний проводник трубчатым, а внутри трубки располагать стальной трос из тонких высокопрочных проволок. На трос он возложил функцию несущего элемента – прежнюю функцию брони. Центральный несущий трос имеет меньшую массу, чем расположенная по периферии кабеля броня, поэтому первоначально новый кабель был назван “легковесным” или “облегченным”. В отличие от брони, несущий трос скручивается повивами. Можно так подобрать диаметры проволок, направления и шаги скрутки повивов, чтобы полностью сбалансировать трос от кручения и благодаря этому безостановочно прокладывать кабели с жестокими усилителями на любую глубину. Кабель с несущим тросом во всех отношениях экономичнее кабеля с броней: либо он имеет меньшие наружный диаметр и массу за счет исключения брони, либо при одинаковых наружных диаметрах у него меньше коэффициент затухания (за счет увеличения размеров коаксильной пары, покрытой только полиэтиленовой оболочкой). (Рис. стр. 269)

В 1961г. безбронный кабель был применен на линии “Кантат”, соединившей Великобританию с Канадой.

Дальнейшее развитие подводных кабелей шло по пути усовершенствования конструкции безбронного кабеля и расширения спектра передаваемых по линии частот. Начиная с 1960-х годов частотная полоса, отводимая на один телефонный канал, сужена с 4 до 3 кГц (200-3050 Гц). Качество телефонирования, несмотря на небольшие потери, остается достаточно удовлетворительным, а эффективность дорогостоящих магистралей возросла на 33%.

В период с 1961-1965 гг. был сделан скачок по шкале максимальной передаваемой частоты с 0,16 до 0,6 и затем до 1 МГц. Естественно, возросло затухание кабелей и вдвое сократились длины усилительных участков.Чтобы обеспечить дистанционным питанием большее число последовательно включенных усилителей, постоянное напряжение береговых батарей было повышено с 2-2,5 до 7 кВ. Подобное стало возможным благодаря разработке и применению особо чистого изоляционного полиэтилена с меньшими диэлектрическими потерями. Допустимое число промежуточных усилителей возросло до 185.

Следующему шагу по шкале частот способствовал переход во второй половине 1960-х годов с ламповых усилителей на полупроводниковые, потребляющие в 5-10 раз меньшую мощность, благодаря чему число их в линии могло быть увеличено до 400.

Десятилетие 1970-х годов принесло дальнейшее увеличение диаметра подводной коаксильной пары до 43,2 мм, расширение спектра передаваемых частот сначала до 12-14, затем до 25-30 и даже до 45 МГц, соответствующее укорочение усилительных участков до 12; 9 и 6 км.

Наступает 5 период – период стекловолоконных оптических кабелей.

Историю световодов принято начинать с Джона Тиндаля (1820-1893).

Начиная с 1910г. делались более или менее успешные попытки применять стеклянные стержни и гибкие волокна для передачи светового луча на небольшие расстояния. Решающим фактором для разработки оптических систем связи явилось создание в 1960г. квантовых генераторов – лазеров.

В 1966г. американскими учеными было предложено использовать световоды для целей связи – передавать по ним световой луч, источником которого могут быть лазер или светоизлучающий диод (светодиод) – полупроводниковые приборы, генерирующие при прохождении через них электрического тока узконаправленное оптическое излучение.

Принципиально различаются два варианта стекловолокон: ступенчатое и градиентное. Сочетание стеклянного волокна, то есть световода, с покрытием является конструктивным элементом, называемым оптическим волокном. (Рис. стр. 289)

Совокупность оптических волокон образует кабель связи. Его иногда называют волоконно-оптическим. У оптического и электрического кабеля много общего. Стеклянные волокна с покрытием выполняют функцию световедущих жил, подобную функцию изолированных токопроводящих жил; и те и другие скручиваются в кабельный сердечник.

Как и в электрических кабелях, число жил в оптических кабелях может доходить до нескольких тысяч.

Для защиты от внешних механических и климатических воздействий в оптических кабелях также служит оболочка – пластмассовая, алюминиевая, иногда комбинированная.Когда необходимо, применяются бронепокровы.

В то же время, в отличие от электрических кабелей, оптические содержат ряд дополнительных конструктивных элементов. В их числе: силовые, или армирующие, воспринимающие нагрузки, чтобы не повредились стекловолокна; демпфирующие, или буферные, дополнительно защищающие волокна от радикальных механических воздействий и обеспечивающие свободу их взаимногоперемещения при изгибах кабеля; элементы питания – металлические жилы, по которым подается электрический ток, питающий промежуточные усилители.

Впрочем, в отличие от линий электрической связи в линиях оптической связи, по которым осуществляется многоканальная передача в основном с временным разделением каналов, в частности с импульсно-кодовой модуляцией, устанавливаются усилители-регенераторы.

В них передаваемые сигналы претерпевают двойное преобразование. Поступающий из линии оптический сигнал принимается фотодиодом и преобразуется в электрический, который и усиливается.При этом восстанавливается его первоначальная форма. Затем электрический сигнал, в свою очередь, преобразуется в оптический, который посредством передающего устройства – лазера или светодиода – и направляется дальше в линию.

В оптических кабелях многоканальная передача по одному световоду идет в одном направлении, а по другому – в обратном направлении в той же полосной частоте. Таким образом, оптическая двухсветоводная цепь соответствует электрически четырехпроводной высокочастотной однополосной цепи, а один световод в этом случае – физической паре электрических жил. Не исключено применение одного световода для двусторонней передачи с разделением полосы частот.

Таб.20, стр. 295

 

Преимущества оптических кабелей.

 

Главные из них – значительно более высокая пропускная способность благодаря расширенному во много раз спектру передаваемых частот; большая скорость передачи информации; намного меньший коэффициент затухания, что позволяет реже устанавливать регенераторы на линиях.

Оптические (небронированные) кабели имеют малые наружные диаметры – от 2 до 30-40 мм, в зависимости от количества волокон, и массы всего до нескольких сот (10-600) килограмм на километр. Благодаря этому существенно облегчится их прокладка в кабельной канализации городских телефонных сетей и более эффективно будут использоваться трубопроводы.

В конструкции оптических кабелей полностью или почти полностью отсутсвует дефицитная медь.

Световоды не восприимчивы к внешнему электромагнитному влиянию линий электропередачи, электрифицированных железных дорог, радиостанций, грозовых разрядов, благодаря чему отпадает необходимость в экранировании цепей. Отсутствие электромагнитного излучения из волокна позволяет избежать взаимных помех между цепями и, главное, обеспечивает секретность связи.

Оптические кабели универсальны. Один и тот же тип кабеля может быть использован как на междугородных, так и на местных сетях для телефонной, телевизионной, факсимильной передачи одновременно.

Недостатки оптических кабелей.

Уязвимой стороной световодов, и следовательно, оптических кабелей являются механические свойства. Стекловолокна сильно подвержены микрорастрескиванию, что может привести в конечном счете к обрыву волокон. Стекловолокна не стойки к всестороннему сжатию. При различного рода механических воздействиях в процессах изготовления, прокладки и монтажа кабелей возникают многочисленные микроизгибы волокон, влекущие за собой увеличение коэффициента затухания. Особенно сильно проявляются все эти отрицательные явления при низких температурах.

Разработано и запатентовано несколько сот конструкций оптических кабелей связи. Еще не определены оптимальные конструкции кабелей и технология их изготовления, строительные длины и способы защиты от влаги. И все-таки уже наметились четыре принципиальных варианта конструкции сердечников оптических кабелей связи.

1 вариант. Рис. стр. 301

Сердечники кабелей простой повивной скрутки; они скручены из одинарных оптических волокон, расположенных в один или несколько повивов.

2 вариант. Рис. стр. 302

Сердечники кабелей сложной – пучковой скрутки. Отдельные волокна сначала формируются в пучки – элементарные, например из 10 волокон, и главные, например из пяти элементарных, то есть содержащие 50 оптических волокон. В свою очередь, сердечники кабелей скручиваются повивами из элементарных или главных пучков.

3 вариант. Рис. стр.304.

Предусматривается применение полимерных опорных каркасов 1 со спиральными пазами, в которые укладываются оптические волокна 2. В центре каркаса имеется силовой (армирующий) элемент 3. Каждый каркас защищен пластмассовой лентой или трубкой 4.

Сердечник кабеля может состоять из одного или нескольких, например 7, 19, каркасов – можно их назвать блоками, а лучше модулями. Защищают сердечник две оболочки: внутренняя алюминиевая 5 и наружная полиэтиленовая 6. Маломодульный кабель, изображенный на рисунке, содержит 70 оптических волокон, а многомодульный – 342 волокна.

4 вариант. Рис. стр.305.

Отличается от всех тем, что сердечник кабеля имеет не круглую, а квадратную или прямоугольную форму поперечного сечения. Это кабели так называемого ленточного типа; их сердечники комплектуются из лент, каждая из которых содержит определенное количество оптических волокон. Ленты укладывают стопкой и закручивают по винтовой линии для придания гибкости. Наиболее распространена конструкция 12х12, показанная на рисунке. Сердечник кабеля защищается двумя или даже тремя полиэтиленовыми оболочками. При этом внешние (одна или две) армируются силовыми элементами.

Оптические кабели для подводных линий дальней связи.

Рис. стр. 307

В пластмассовом оптическом модуле 1а, 1б, 1в размещены шесть оптических волокон (три цепи) 2. В центре модуля находится силовой элемент 3 из стальной проволоки. Модуль покрыт тонкой нейлоновой или полиэтиленовой трубкой 4. В модуле б оптические волокна помещены в пластмассовые трубки 5. Пространство внутри этих трубок и в пазах модуля в заполнено компаундом 6. Оптический модуль располагается в центре кабеля, поверх него накладываются одним или двумя повивами высокопрочные стальные проволоки 7. Затем следуют металлическая – медная или алюминиевая – трубка 8, по которой передается ток питания усилителей (обратным проводом цепи питания служит морская вода), и полиэтиленовая оболочка 9. Кабели подобной конструкции с наружным диаметром всего 20-22 мм рассчитаны на организацию по каждой паре световодов 4000 каналов (следовательно, всего до 12000 каналов) в диапазоне частот до 280 МГц на несущей волне 1,3 мкм. Расстояние между промежуточными ретрансляторами (в каждом по шесть усилителей-регенераторов) в линии 35 км.

Заключение.

Развитие связи поистине стремительно. Современная связь – это телефон и видеотелефон, телеграф и фототелеграф, передача данных, передача газет, радио- и телевизионное вещание. Преобладающей является телефонная связь.

Темпы телефонизации земного шара не назовешь иначе как космическими. На установку первых ста миллионов телефонов человечеству понадобилось целых 80 лет (1876-1956 гг.), а на вторую сотню – всего 10 лет (1956- 1966 гг.). Последующие сотни миллионов телефонов установились за 6 лет, за 4,5 года, 4 и соответственно 3 года.

Все большее значение в жизни общества приобретает проблема передачи данных, проблема бесперебойной и безошибочной связи между современными быстродействующими электронно-вычислительными комплексами. «Информационный взрыв» требует мощных средств передачи информации, огромного количества каналов.

Для этой цели используются различные линии связи: кабельные, радиорелейные, спутниковые, тропосферные, ионосферные, метеорные.

И все же доля кабельных линий в ЕАСС весьма значительная. В равной мере это относится к мировой сети связи. В радиосвязи труднее достигнуть абсолютной непрерывности и надежности. Условия передачи по так называемым открытым линиям зависят от атмосферных воздействий: давления и температуры, солнечных возмущений, гроз и магнитных бурь и даже от времени суток и времени года. На стороне кабелей надежность и долговечность связи, ее секретность, защищенность от атмосферных влияний и взаимных помех, высокая достоверность, что особенно важно при передаче данных в вычислительные центры.

Вот почему можно уверенно дать однозначный ответ на вопрос – будут ли кабели в 21 веке? Безусловно, и электрические, и оптические. Кабели, которые предоставят в будущем любому абоненту сети связи возможность пользоваться телефоном и видеотелефоном, слушать радиовещательные и смотреть без помех телевизионные программы, заказывать кинофильмы, изображения газетных, журнальных и книжных страниц из библиотек, иметь индивидуальный доступ к банкам данных и ЭВМ.

Кабели, которые совместно с лазерами и ЭВМ позволят создать принципиально новые системы передачи информации, преобразить технику связи.