2.2. Устранимые помехи

Пожалуй, от чего человечество по-настоящему научилось защищать полезный сигнал, так это от внешних наводок. Способ этот уже известен давно и стал применяться почти во всех кабелях, где необходимо уменьшить влияние внешних электромагнитных полей, называется он экранирование.

Рисунок 2.2.1 Принцип работы любого типа экрана

Теория экранирования основана на двух фундаментальных принципах – на отражении и поглощении электромагнитных волн при переходе их из одной материальной среды в другую.

Рисунок 2.2.2 Ослабление индуцированного тока в экране с тонкой стенкой

Проходящее сквозь проводник электромагнитное-поле (а точнее его магнитная составляющая) создаёт в нём вихревые токи:

Это приводит, во-первых, к потерям энергии волны, а, во-вторых, эти вихревые токи порождают новое магнитное поле, направленное противоположно изначальному (идеально, когда сопротивление экрана равно «0», тогда магнитное поле полностью бы скомпенсировалось). Также внутри экрана происходит многократное отражение магнитной волны, что неизбежно приводит к потерям энергии. Конечно, часть энергии проходит в экранируемую область.

Рисунок 2.2.3 Излучение экраном электромагнитного поля

Экран выступает в роли антенны, которая начинает излучать своё собственное магнитное поле, компенсирующее внешнее.

Рисунок 2.2.4 Формирование ответного электрического поля экраном

Такое движение электронов приведёт к их перераспределению внутри проводника. Они образуют своё электрическое поле на поверхности проводника, что будет компенсировать внешнее:

Исходя из этого можно сделать вывод: защита от магнитной и электрической составляющей волны различна. Причём она настолько различна, что противодействие одной – сущие пустяки, а второй – уже выливается в копеечку.

Рисунок 2.2.5 Стандарты витой пары

От электрического поля способна изолировать объект даже простая так называемая клетка Фарадея, а это значит, что для экранировки кабелей хватит и обычного тонкого слоя алюминиевой фольги. А вот от магнитного потока уже просто так не спрячешься, т.к. тонкий слой алюминия не сможет вызвать достаточно сильного ответного поля, придётся увеличивать толщину экрана, либо использовать другие материалы с хорошей магнитной проницаемостью (таковыми являются ферромагнетики, например железо), но из них тончайший слой уже не сделать.

Но тем не менее, даже неполное экранирование помогает сильно много сократить влияние наводок и сделать передачу данных стабильной.

В зависимости от электромагнитной зашумлённости пространства используют различные типы кабелей, например, витая пара бывает с экраном и без него, а также могут быть отдельные экраны у каждой пары кабеля.

Рисунок 2.2.6 Слева – правильное заземление экрана (конденсатор для подавления ВЧ помех), справа – заземление экрана длинного кабеля при передаче ВЧ сигналов

К тому же, проводники витой пары скручены между собой не просто так, это сделано для того, чтобы пришедшая извне помеха одинаково подействовала на оба проводника. В дополнение к этому различные пары в кабеле скручивают с разным шагом, чтобы снизить их взаимную связь и связь между проводниками пары (таким образом снижается индуктивная паразитная с вязь, т.к. площадь «витка» уменьшается, в котором она возникает)

Коаксиальный кабель уже устроен таким образом, что его один контакт «-» является экраном, что помогает снизить и расходы, и уровень наводок.

Также немаловажным фактором защиты от помех является рациональная архитектура передающей / принимающей системы: необходимо логически правильно распределять блоки в устройстве: питание отдельно, полезный сигнал отдельно, на максимальном удалении друг от друга с применением соответствующего экранирования питающих единиц, конечно, если это необходимо.

Если с проводными технологиями всё понятно, как бороться с интерференцией беспроводных сигналов? Что можно сделать с законами физики?

Рисунок 2.2.7 Каналы Wi-Fi 2.4ГГц

Здесь на помощь приходит использование множества различных по частоте каналов связи (Wi-Fi 2.4ГГц – 14 (ширина – 20/40МГц); 5ГГц – 23 (ширина – 20/40/80/160МГц)).

Каналы 1, 6, 11 в 2.4ГГц Wi-Fi считаются полностью непересекающимися, что позволяет им обеспечивать максимальную стабильность в своей полосе.

Рисунок 2.2.8 Сравнение роутеров разных технологий

В последних моделях Wi-Fi роутеров возможно встретить такую технологию, как Beamforming, которая позволяет распространять сигнал не во все направления, а только в сторону подключённого устройства, что значительно снижает общую зашумлённость пространства и повышает уровень отношения сигнал/шум.

Вывод

Таким образом, в ходе работы были рассмотрены основные виды помех в системах коммуникаций, а также их влияние на передаваемый сигнал.

Основным выводом из работы становится факт того, что оптоволоконные линии связи – самая помехозащищённая проводная технология по передаче сигналов, стабильность которой обусловлена лишь качеством изготовления, а беспроводные технологии постоянно совершенствуются.

В завершение, можно сказать, что задачи выполнены, а цель достигнута только лишь частично, т.к. автор работы не может быть всеведущ и мог упустить некоторые, даже важные детали.