Übertragungsrate(Information Rate oder Throughput, beide englischen Begriffe werden gleichermaßen verwendet) ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Datenflusses, der das Netzwerk durchlaufen hat. Diese Rate kann geringer sein als die empfohlene Laderate, da Daten im Netzwerk beschädigt werden oder verloren gehen können.

Verbindungskapazität (auch Durchsatz genannt), stellt die maximal mögliche Informationsübertragungsrate über den Kanal dar.

Die Besonderheit dieser Eigenschaft besteht darin, dass sie nicht nur die Parameter des physikalischen Übertragungsmediums widerspiegelt, sondern auch die Merkmale des gewählten Verfahrens zur Übertragung diskreter Informationen über dieses Medium.

Beispielsweise beträgt die Kapazität eines Kommunikationskanals in einem Ethernet-Netzwerk auf einer Glasfaser 10 Mbps. Diese Geschwindigkeit ist die maximal mögliche für eine Kombination aus Ethernet-Technologie und Glasfaser. Es ist jedoch möglich, für die gleiche optische Faser eine andere Datenübertragungstechnologie zu entwickeln, die sich im Datencodierungsverfahren, der Taktfrequenz und anderen Parametern unterscheidet, die eine andere Kapazität haben wird. So bietet die Fast-Ethernet-Technologie eine Datenübertragung über dieselbe Glasfaser mit einer maximalen Geschwindigkeit von 100 Mbit / s und die Gigabit-Ethernet-Technologie - 1000 Mbit / s. Der Sender des Kommunikationsgeräts muss mit einer Rate arbeiten, die gleich der Bandbreite des Kanals ist. Diese Geschwindigkeit ist manchmalwird als Bitrate des Senders bezeichnet.

Bandbreite- Dieser Begriff kann irreführend sein, da er in zwei verschiedenen Bedeutungen verwendet wird.

Erstens , mit deren Hilfe das Übertragungsmedium charakterisiert werden kann. In diesem Fall bedeutet es die Bandbreite, die die Leitung hatüberträgt ohne nennenswerte Verzerrung. Aus dieser Definition wird die Herkunft des Begriffs deutlich.

Zweitens wird der Begriff „Bandbreite“ als Synonym für den Begriff „Kommunikationskanalkapazität". Im ersten Fall wird die Bandbreite in Hertz (Hz) gemessen, im zweiten in Bit pro Sekunde. Es ist notwendig, die Bedeutung dieses Begriffs nach Kontext zu unterscheiden, obwohl es manchmal ziemlich schwierig ist. Natürlich wäre es besser, unterschiedliche Begriffe für unterschiedliche Merkmale zu verwenden, aber es gibt Traditionen, die sich nur schwer ändern lassen. Diese doppelte Verwendung des Begriffs „Bandbreite“ ist bereits in vielen Normen und Büchern enthalten, daher folgen wir dem etablierten Ansatz.

Es sollte auch bedacht werden, dass dieser Begriff in seiner zweiten Bedeutung noch häufiger vorkommt als Kapazität, daher werden wir von diesen beiden Synonymen Bandbreite verwenden.

Eine weitere Gruppe von Eigenschaften des Kommunikationskanals ist mit der Möglichkeit verbunden, Informationen über den Kanal in eine oder beide Richtungen zu übertragen.

Wenn zwei Computer interagieren, ist es normalerweise erforderlich, Informationen in beide Richtungen zu übertragen, von Computer A zu Computer B und umgekehrt. Auch wenn es für den Benutzer so aussieht, als würde er nur Informationen empfangen (z. B. eine Musikdatei aus dem Internet herunterladen) oder übertragen (Senden einer E-Mail), geht der Informationsaustausch in zwei Richtungen. Es gibt einfach einen Hauptdatenstrom, der den Benutzer interessiert, und einen Hilfsstrom in der entgegengesetzten Richtung, die Quittungen für den Empfang dieser Daten bilden.

Physikalische Kommunikationskanäle werden in verschiedene Typen unterteilt, je nachdem, ob sie Informationen in beide Richtungen übertragen können oder nicht.

Duplexkanalermöglicht die gleichzeitige Übertragung von Informationen in beide Richtungen. Ein Duplexkanal kann aus zwei physikalischen Medien bestehen, von denen jedes verwendet wird, um Informationen nur in eine Richtung zu übertragen. Eine Variante ist möglich, wenn ein Medium für die gleichzeitige Übertragung von entgegenkommenden Strömungen verwendet wird, in diesem Fall werden zusätzliche Verfahren verwendet, um jede Strömung vom Gesamtsignal zu trennen.

Halbduplex-Kanalsorgt auch für die Übermittlung von Informationen in beide Richtungen, jedoch nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd. Das heißt, während eines bestimmten Zeitraums werden Informationen in eine Richtung und während des nächsten Zeitraums in die entgegengesetzte Richtung übertragen.

Simplex-Kanalermöglicht die Übertragung von Informationen nur in eine Richtung. Häufig besteht ein Duplexkanal aus zwei Simplexkanälen.

Kommunikationsleitungen

Beim Aufbau von Netzwerken werden Kommunikationsleitungen verwendet, die verschiedene physikalische Medien verwenden: in der Luft schwebende Telefon- und Telegrafenkabel, unterirdisch und auf dem Meeresboden verlegte Kupferkoaxial- und Glasfaserkabel, die alle modernen Büros verwickeln, verdrillte Kupferpaare, alles durchdringende Funkwellen

Betrachten Sie die allgemeinen Eigenschaften von Kommunikationsleitungen, die nicht von ihrer physikalischen Natur abhängen, wie z

Bandbreite,

Durchsatz,

Störfestigkeit u

Übertragungssicherheit.

Die Breite der Linie Übertragung ist ein grundlegendes Merkmal eines Kommunikationskanals, da sie die maximal mögliche Informationsrate des Kanals bestimmt, diewird als Bandbreite des Kanals bezeichnet.

Die Nyquist-Formel drückt diese Abhängigkeit für einen idealen Kanal aus, und die Shannon-Formel berücksichtigt das Vorhandensein von Rauschen in einem realen Kanal.

Klassifizierung von Kommunikationsleitungen

Zur Beschreibung eines technischen Systems, das Informationen zwischen Netzknoten überträgt, finden sich in der Literatur mehrere Namen:

Kommunikationsleitung,

zusammengesetzter Kanal,

Kanal,

Verknüpfung.

Oft werden diese Begriffe synonym verwendet und in vielen Fällen verursacht dies keine Probleme. Gleichzeitig gibt es Besonderheiten in ihrer Verwendung.

Verbindung (Verbindung) ist ein Segment, das die Datenübertragung zwischen zwei benachbarten Netzwerkknoten bereitstellt. Das heißt, die Verbindung enthält keine zwischengeschalteten Vermittlungs- und Multiplexgeräte.

Kanal bezeichnen meistens den Teil der Verbindungsbandbreite, der unabhängig beim Schalten verwendet wird. Beispielsweise kann eine primäre Netzwerkverbindung aus 30 Kanälen bestehen, von denen jeder eine Bandbreite von 64 Kbps hat.

Composite-Kanal (Schaltung)ist der Pfad zwischen zwei Endknoten des Netzwerks. Eine zusammengesetzte Verbindung wird durch einzelne Zwischenverbindungsverbindungen und interne Verbindungen in den Schaltern gebildet. Häufig wird der Beiname "zusammengesetzt" weggelassen und der Begriff "Kanal" wird verwendet, um sowohl einen zusammengesetzten Kanal als auch einen Kanal zwischen benachbarten Knoten, dh innerhalb einer Verbindung, zu bezeichnen.

Kommunikationsleitung kann als Synonym für jeden der anderen drei Begriffe verwendet werden.

Seien Sie nicht zu streng mit Verwirrung in der Terminologie. Dies gilt insbesondere für die Unterschiede in der Terminologie zwischen der traditionellen Telefonie und dem neueren Gebiet der Computernetzwerke. Der Prozess der Konvergenz verschlimmerte nur das Problem der Terminologie, da viele der Mechanismen dieser Netzwerke allgemein verbreitet wurden, aber ein paar (manchmal mehr) Namen behielten, die aus jedem Bereich stammten.

Darüber hinaus gibt es sachliche Gründe für das mehrdeutige Verständnis der Begriffe. Auf Abb. 8.1 zeigt zwei Optionen für die Kommunikationsleitung. Im ersten Fall (Abb. 8.1, a) besteht die Leitung aus einem mehrere zehn Meter langen Kabelsegment und ist eine Verbindung.

Im zweiten Fall (Abb. 8.1, b) ist die Kommunikationsleitung ein zusammengesetzter Kanal, der in einem leitungsvermittelten Netzwerk eingesetzt wird. Ein solches Netz kann ein Primärnetz oder ein Telefonnetz sein.

Für ein Computernetzwerk ist diese Leitung jedoch eine Verbindung, da sie zwei benachbarte Knoten verbindet und alle vermittelnden Zwischengeräte für diese Knoten transparent sind. Der Grund für das gegenseitige Missverständnis auf der Ebene der Fachbegriffe von Informatikern und Spezialisten von Primärnetzen liegt hier auf der Hand.

Primäre Netzwerke werden speziell geschaffen, um Datenverbindungsdienste für Computer- und Telefonnetzwerke bereitzustellen, von denen in solchen Fällen gesagt wird, dass sie "auf" den primären Netzwerken arbeiten und Overlay-Netzwerke sind.

Eigenschaften der Kommunikationsleitung

Sie und ich müssen solche Konzepte verstehen wie: Harmonische, spektrale Zerlegung (Spektrum) eines Signals,Signalspektrumbreite, Fourier-Formeln, externes Rauschen, internInterferenz oder Interferenz, Signaldämpfung, spezifische Dämpfung, Fenster
Transparenz, absolutes Leistungsniveau, relatives Niveau
Leistung, Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers, Wellenimpedanz,
Störfestigkeit, elektrische Verbindung, magnetische Verbindung,
induziertes Signal, Nahnebensprechen, Übersprechen
Interferenzen auf der Gegenseite, Kabelsicherheit, Übertragungssicherheit
Daten, Bitfehlerrate, Bandbreite, Durchsatz
Fähigkeit, physikalisch oder linear, Codierung, Trägersignal,
Trägerfrequenz, Modulation, Takt, Baud.

Lass uns anfangen.

Spektralanalyse von Signalen auf Kommunikationsleitungen

Eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Parameter von Kommunikationsleitungen kommt der spektralen Zerlegung des über diese Leitung übertragenen Signals zu. Aus der Theorie der harmonischen Analyse ist bekannt, dass sich jeder periodische Prozess als Summe von Sinusschwingungen verschiedener Frequenzen und verschiedener Amplituden darstellen lässt (Abb. 8.3).

Jede Komponente der Sinuskurve wird auch als Harmonische bezeichnet und die Menge aller Harmonischen
Monics wird als spektrale Zerlegung oder Spektrum des ursprünglichen Signals bezeichnet.

Unter der Breite des Signalspektrums versteht man die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Frequenzen des Satzes von Sinuskurven, die sich zum ursprünglichen Signal addieren.

Nicht periodische Signale können als Integral von sinusförmigen Signalen mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum dargestellt werden. Insbesondere die spektrale Zerlegung eines idealen Pulses (mit Einheitsleistung und Nulldauer) hat Komponenten des gesamten Frequenzspektrums von -oo bis +oo (Abb. 8.4).

Die Technik zum Auffinden des Spektrums eines beliebigen Quellensignals ist gut bekannt. Für manche Signale, die analytisch beschrieben werden (zB für eine Folge von Rechteckimpulsen gleicher Dauer und Amplitude), lässt sich das Spektrum einfach anhand berechnen Fourier-Formeln.

Für in der Praxis vorkommende willkürliche Wellenformsignale kann das Spektrum mit speziellen Geräten gefunden werden - Spektrumanalysatoren, die das Spektrum eines realen Signals messen und die Amplituden der harmonischen Komponenten auf dem Bildschirm anzeigen, auf einem Drucker ausdrucken oder auf einen übertragen Computer zur Verarbeitung und Speicherung.

Die Verzerrung einer Sinuskurve beliebiger Frequenz durch eine Übertragungsleitung führt letztendlich zu einer Verzerrung der Amplitude und Form des übertragenen Signals jeglicher Art. Eine Formverzerrung tritt auf, wenn Sinuskurven unterschiedlicher Frequenzen unterschiedlich verzerrt werden.

Wenn es sich um ein analoges Signal handelt, das Sprache überträgt, ändert sich die Klangfarbe der Stimme aufgrund der Verzerrung von Obertönen - Seitenfrequenzen. Bei der Übertragung von für Computernetzwerke typischen Impulssignalen werden niederfrequente und hochfrequente Harmonische verzerrt, dadurch verlieren die Impulsfronten ihre rechteckige Form (Abb. 8.5) und die Signale können auf der Empfangsseite schlecht erkannt werden .

Die übertragenen Signale werden aufgrund der Unvollkommenheit der Kommunikationsleitungen verzerrt. Ein ideales Übertragungsmedium, das keine Störungen in das übertragene Signal einbringt, sollte mindestens null Widerstand, Kapazität und Induktivität haben. In der Praxis stellen beispielsweise Kupferdrähte jedoch immer eine über die Länge verteilte Kombination aus aktivem Widerstand, kapazitiven und induktiven Lasten dar (Abb. 8.6). Dadurch werden auf diesen Leitungen Sinuskurven unterschiedlicher Frequenz auf unterschiedliche Weise übertragen.

Zusätzlich zu Signalverzerrungen, die aufgrund nicht idealer physikalischer Parameter der Kommunikationsleitung auftreten, gibt es auch externe Störungen, die zur Verzerrung der Wellenform am Ausgang der Leitung beitragen. Diese Interferenzen werden durch verschiedene Elektromotoren, elektronische Geräte, atmosphärische erzeugtErscheinungen usw. Trotz der von den Kabelentwicklern getroffenen Schutzmaßnahmen und der Verfügbarkeit von Verstärkungs- und Schalteinrichtungen ist es nicht möglich, den Einfluss externer Störungen vollständig zu kompensieren. Neben externen Störungen im Kabel gibt es auch interne Störungen – die sogenannten Interferenzen von einem Adernpaar zum anderen. Dadurch können die Signale am Ausgang der Kommunikationsleitungeine verzerrte Form haben (wie in Abb. 8.5 gezeigt).

Dämpfung und Impedanz

Der Grad der Verzerrung sinusförmiger Signale durch Kommunikationsleitungen wird anhand von Eigenschaften wie Dämpfung und Bandbreite geschätzt. Die Dämpfung zeigt, wie stark die Leistung des sinusförmigen Referenzsignals am Ausgang der Kommunikationsleitung gegenüber der Signalleistung am Eingang dieser Leitung abnimmt. Die Dämpfung (A) wird normalerweise in Dezibel (dB) gemessen und anhand der folgenden Formel berechnet:

Dabei ist Pout die Signalleistung am Line-Ausgang, Pin die Signalleistung am Line-Eingang. Da die Dämpfung von der Länge der Kommunikationsleitung abhängt, wird als Kenngröße der Kommunikationsleitung verwendet:als lineare Dämpfung bezeichnet, dh Dämpfung auf einer Kommunikationsleitung einer bestimmten Länge. Bei LAN-Kabeln werden üblicherweise 100 m als Länge verwendet, da dieser Wert bei vielen LAN-Technologien die maximale Kabellänge ist. Für territoriale Kommunikationsleitungen wird die spezifische Dämpfung für eine Entfernung von 1 km gemessen.

Normalerweise charakterisiert die Dämpfung die passiven Abschnitte der Kommunikationsleitung, bestehend aus Kabeln und Querschnitten, ohne Verstärker und Regeneratoren.

Da die Ausgangsleistung eines Kabels ohne Zwischenverstärker kleiner ist als die Leistung des Eingangssignals, ist die Dämpfung des Kabels immer ein negativer Wert.

Der Grad der Dämpfung der Leistung eines Sinussignals hängt von der Frequenz der Sinuswelle ab, und diese Abhängigkeit wird auch zur Charakterisierung der Kommunikationsleitung verwendet (Abb. 8.7).

Meistens werden bei der Beschreibung der Parameter einer Kommunikationsleitung Dämpfungswerte nur für wenige Frequenzen angegeben. Dies erklärt sich einerseits aus dem Wunsch, Messungen bei der Überprüfung der Leitungsqualität zu vereinfachen. Andererseits ist in der Praxis oft die Grundfrequenz des übertragenen Signals im Voraus bekannt, dh die Frequenz, deren Harmonische die größte Amplitude und Leistung hat. Daher reicht es aus, die Dämpfung bei dieser Frequenz zu kennen, um die Verzerrung der über die Leitung übertragenen Signale ungefähr abzuschätzen.

BEACHTUNG

Wie oben erwähnt, ist die Dämpfung immer negativ, aber das Minuszeichen wird oft weggelassen, was manchmal zu Verwirrung führt. Es ist absolut richtig zu sagen, dass die Qualität der Kommunikationsleitung umso höher ist, je größer (unter Berücksichtigung des Vorzeichens) die Dämpfung ist. Wenn wir das Vorzeichen ignorieren, also den Absolutwert der Dämpfung im Auge behalten, dann hat eine bessere Leitung eine geringere Dämpfung. Nehmen wir ein Beispiel. Für die Innenverkabelung in Gebäuden wird ein Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5 verwendet, das nahezu alle LAN-Technologien unterstützt und bei einer Frequenz von 100 MHz bei einer Kabellänge von 100 m eine Dämpfung von mindestens -23,6 dB aufweist bei einer Frequenz von 100 MHz nicht weniger als -20,6 dB. Wir bekommen das - 20,6 > -23,6, aber 20,6< 23,6.

Auf Abb. Abbildung 8.8 zeigt eine typische Dämpfung gegenüber der Frequenz für UTP-Kabel der Kategorien 5 und 6.

Optisches Kabel hat deutlich niedrigere (absolute Werte) Dämpfungswerte, üblicherweise im Bereich von -0,2 bis -3 dB bei einer Kabellänge von 1000 m, und ist damit qualitativ besser als Twisted-Pair-Kabel. Fast alle optischen Fasern haben eine komplexe Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung, die drei sogenannte Transparenzfenster aufweist. Auf Abb. Abbildung 8.9 zeigt eine typische Dämpfungskurve für eine optische Faser. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der effektive Einsatzbereich moderner Fasern auf Wellenlängen von 850 nm, 1300 nm und 1550 nm (35 THz, 23 THz bzw. 19,4 THz) begrenzt ist. Das 1550-nm-Fenster bietet den geringsten Verlust und damit die maximale Reichweite bei fester Sendeleistung und fester Empfängerempfindlichkeit

Als Merkmal der Signalleistung, absolut und relativ
relative Machtniveaus. Gemessen wird die absolute Leistungsstufe
Watt wird der relative Leistungspegel, wie die Dämpfung, in Dezimetern gemessen.
belah. Gleichzeitig als Basiswert der Macht, bezogen auf die
die Signalleistung gemessen wird, wird ein Wert von 1 mW genommen. Auf diese Weise,
Der relative Leistungspegel p wird nach folgender Formel berechnet:

Dabei ist P die absolute Signalleistung in Milliwatt und dBm die Einheit
Rhenium relativer Leistungspegel (Dezibel pro 1 mW). relativ
Leistungswerte sind bequem bei der Berechnung des Energiebudgets zu verwenden
und Kommunikationsleitungen.

Die extreme Einfachheit der Berechnung wurde dadurch möglich, dass as
Anfangsdaten wurden relative Werte der Eingangsleistung verwendet
Ein- und Ausgangssignale. Der im Beispiel verwendete Wert y wird aufgerufen
Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers und stellt die Mindestleistung dar
Signal am Empfängereingang, an dem es korrekt orten kann
kennen die im Signal enthaltenen diskreten Informationen. Es ist offensichtlich, dass für
Normalbetrieb der Kommunikationsleitung, ist es notwendig, dass die Mindestleistung
Sendersignal, auch geschwächt durch die Dämpfung der Kommunikationsleitung, überschritten
Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers: x - A > y. Überprüfung dieser Bedingung und ist
ist die Essenz der Berechnung des Energiehaushalts der Leitung.

Ein wichtiger Parameter einer Kupferkommunikationsleitung ist ihre Impedanz,
das ist der gesamte (komplexe) Widerstand, der sich trifft
eine elektromagnetische Welle einer bestimmten Frequenz, wenn sie sich entlang einer ausbreitet
einheimische Kette. Die charakteristische Impedanz wird in Ohm gemessen und hängt davon ab
Kommunikationsleitungsparameter, wie aktiver Widerstand, lineare Induktivität
und lineare Kapazität sowie von der Frequenz des Signals selbst. Ausgangswiderstand
Der Senderausgang muss an die Leitungsimpedanz angepasst werden,
andernfalls wird die Dämpfung des Signals übermäßig groß.

Störfestigkeit und Zuverlässigkeit

Die Störfestigkeit der Leitung bestimmt, wie der Name schon sagt, die Fähigkeit der Leitung, dem Einfluss von Störungen zu widerstehen, die in der äußeren Umgebung oder auf den Innenleitern des Kabels selbst erzeugt werden. Die Störfestigkeit einer Leitung hängt von der Art des verwendeten physikalischen Mediums sowie von den Schirmungs- und Entstörmitteln der Leitung selbst ab. Am wenigsten störfest sind Funkleitungen, Kabelleitungen haben eine gute Stabilität und Glasfaserleitungen, die unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung von außen sind, haben eine hervorragende Stabilität. Typischerweise sind Leiter abgeschirmt und/oder verdrillt, um Interferenzen durch externe elektromagnetische Felder zu reduzieren.

Elektrische und magnetische Kopplung sind Kupferkabelparameter, die auch das Ergebnis von Interferenzen sind. Die elektrische Kopplung ist definiert als das Verhältnis des induzierten Stroms im betroffenen Stromkreis zu der im beeinflussenden Stromkreis wirkenden Spannung. Die magnetische Kopplung ist das Verhältnis der im betroffenen Stromkreis induzierten elektromotorischen Kraft zum Strom im betroffenen Stromkreis. Das Ergebnis der elektrischen und magnetischen Kopplung sind induzierte Signale (Pickup) im betroffenen Stromkreis. Es gibt verschiedene Parameter, die den Widerstand eines Kabels gegenüber Pickups charakterisieren.

Übersprechen am nahen Ende (Near End Cross Talk, NEXT) bestimmt die Stabilität des Kabels für den Fall, dass die Störung durch die Einwirkung eines Signals entsteht, das von einem Sender erzeugt wird, der mit einem der benachbarten Paare gleichzeitig verbunden ist Ende des Kabels, das mit dem betroffenen gekoppelten Empfänger verbunden ist (Abb. 8.10). NEXT, ausgedrückt in Dezibel, entspricht 10 lg Pout/Pind> wobei Pout die Leistung des Ausgangssignals und Pind die Leistung des induzierten Signals ist.

Je kleiner der NEXT-Wert, desto besser das Kabel. Beispielsweise sollte NEXT für Twisted Pair der Kategorie 5 weniger als -27 dB bei 100 MHz betragen.

Das Übersprechen am fernen Ende (Far End Cross Talk, FEXT) ermöglicht die Bewertung der Störfestigkeit des Kabels für den Fall, dass Sender und Empfänger an unterschiedlichen Enden des Kabels angeschlossen sind. Offensichtlich sollte dieser Indikator besser als NEXT sein, da das Signal am entfernten Ende des Kabels ankommt, das durch die Dämpfung jedes Paares gedämpft wird.

Die NEXT- und FEXT-Anzeigen werden normalerweise auf ein Kabel angewendet, das aus mehreren verdrillten Paaren besteht, da in diesem Fall die gegenseitige Beeinflussung eines Paares mit einem anderen erhebliche Werte erreichen kann. Bei einem einfachen Koaxialkabel (d. h. bestehend aus einer einzelnen geschirmten Ader) ist dieser Indikator nicht sinnvoll und bei einem doppelten Koaxialkabel aufgrund der hohen Schutzart jeder Ader ebenfalls nicht anwendbar. Auch Lichtwellenleiter erzeugen keine merkliche gegenseitige Beeinflussung.

Da bei manchen neuen Technologien Daten gleichzeitig über mehrere Twisted Pairs übertragen werden, werden seit kurzem Übersprechindikatoren mit dem Präfix PS (PowerSUM - Combined Crosstalk) wie PS NEXT und PS FEXT verwendet. Diese Anzeigen geben den Widerstand des Kabels gegenüber der Gesamtleistung des Nebensprechens auf einem der Kabelpaare von allen anderen Übertragungspaaren wieder (Abb. 8.11).

Ein weiterer praktisch wichtiger Indikator ist die Kabelsicherheit (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Sicherheit ist definiert als die Differenz zwischen den Pegeln von Nutzsignal und Störsignal. Je höher der Kabelschutzwert, desto höher gemäß der Shannon-Formel, mit einem potenziell höheren Wert

Geschwindigkeit kann aber dieses Kabel Daten übertragen. Auf Abb. 8.12 zeigt eine typische Kennlinie der Abhängigkeit der Sicherheit eines Kabels an einem ungeschirmten Twisted-Pair-Kabel von der Signalfrequenz.

Die Zuverlässigkeit der Datenübertragung charakterisiert die Wahrscheinlichkeit einer Verzerrung jedes übertragenen Datenbits. Manchmal wird derselbe Indikator als Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) bezeichnet. Der BER-Wert für Kommunikationsleitungen ohne zusätzlichen Fehlerschutz (z. B. selbstkorrigierende Codes oder Protokolle mit erneuter Übertragung verzerrter Rahmen) beträgt normalerweise 10-4-10-6, bei Glasfaser-Kommunikationsleitungen - 10~9. Der Wert der Zuverlässigkeit der Datenübertragung, beispielsweise 10-4, gibt an, dass im Durchschnitt von 10.000 Bits der Wert eines Bits verzerrt ist.

Als Grenzfrequenzen werden häufig Frequenzen bezeichnet, bei denen die Leistung des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal halbiert ist, was einer Dämpfung von -3 dB entspricht. Wie wir weiter unten sehen werden, beeinflusst die Bandbreite am stärksten die maximal mögliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung über die Kommunikationsleitung. Die Bandbreite hängt von der Art der Leitung und ihrer Länge ab. Auf Abb. 8.13 zeigt die Bandbreiten von Kommunikationsleitungen verschiedener Art, sowie die am häufigsten verwendeten Frequenzbereiche in der Kommunikationstechnik

Da beispielsweise für digitale Leitungen immer ein Protokoll der physikalischen Schicht definiert ist, das die Bitrate der Datenübertragung angibt, ist die Bandbreite für sie immer bekannt - 64 Kbps, 2 Mbps usw.

In den Fällen, in denen nur ausgewählt werden muss, welches der vielen vorhandenen Protokolle auf einer bestimmten Leitung verwendet werden soll, sind die anderen Eigenschaften der Leitung wie Bandbreite, Nebensprechen, Rauschunempfindlichkeit usw. sehr wichtig.

Die Bandbreite wird wie die Datenübertragungsrate in Bits pro Sekunde (bps) sowie in abgeleiteten Einheiten wie Kilobit pro Sekunde (Kbps) usw. gemessen.

Die Bandbreite von Kommunikationsleitungen und Kommunikationsnetzgeräten ist
Sie wird traditionell in Bits pro Sekunde gemessen, nicht in Bytes pro Sekunde. Das liegt daran, dassDaten in Netzwerken werden sequenziell übertragen, dh Bit für Bit, und nicht byteweise parallel, wie dies zwischen Geräten innerhalb eines Computers der Fall ist. Diese Maßeinheitenwie Kilobit, Megabit oder Gigabit entsprechen in Netzwerktechnologien streng Zehnerpotenzen(das heißt, ein Kilobit sind 1000 Bit und ein Megabit sind 1.000.000 Bit), wie es allgemein üblich ist
Wissenschafts- und Technologiezweige und nicht wie üblich Zweierpotenzen in der Nähe dieser Zahlenin der Programmierung, wo das Präfix „Kilo“ 210 = 1024 und „Mega“ 220 = 1.048.576 ist.

Der Durchsatz einer Kommunikationsleitung hängt nicht nur von ihren Eigenschaften ab, wie z
sowohl Dämpfung als auch Bandbreite, sondern auch vom Spektrum der übertragenen Signale.
Wenn die signifikanten Harmonischen des Signals (d. h. diejenigen Harmonischen, deren Amplituden
den Hauptbeitrag zum resultierenden Signal leisten) in den Durchlassbereich fallen
Leitung, dann wird ein solches Signal von dieser Kommunikationsleitung gut übertragen,
und der Empfänger wird in der Lage sein, die von gesendeten Informationen korrekt zu erkennen
Sender (Abb. 8.14, a). Wenn signifikante Harmonische über die hinausgehen
die Bandbreite der Kommunikationsleitung, dann wird das Signal erheblich verzerrt -
Xia, und der Empfänger wird sich beim Erkennen von Informationen irren (Abb. 8.14, b).

Bit und Baud

Die Wahl eines Verfahrens zur Darstellung diskreter Informationen in Form von Signalen gegeben durch
die an die Kommunikationsleitung übertragen wird, wird als physikalische oder lineare Codierung bezeichnet.

Das Spektrum der Signale hängt von der gewählten Kodiermethode ab und dementsprechend
Leitungskapazität.

Somit kann eine Zeile für ein Codierungsverfahren eines haben
Durchsatz, und für einen anderen - einen anderen. Zum Beispiel ein Twisted-Pair-Kabel
rii 3 kann problemlos Daten mit einer Bandbreite von 10 Mbit/s übertragen
die Verschlüsselung des Physical-Layer-Standards 10VaBe-T und 33 Mbit/s mit der Fähigkeit dazu
100Base-T4-Standardcodierung.

Gemäß dem Grundpostulat der Informationstheorie trägt jede wahrnehmbare, unvorhersehbare Änderung des empfangenen Signals Informationen. Daraus folgt dasSinuskurve, bei der Amplitude, Phase und Frequenz unverändert bleiben, ist die Information nichtträgt, da die Änderung des Signals, obwohl sie auftritt, absolut vorhersagbar ist. In ähnlicher Weise übertragen Impulse auf dem Computertaktbus keine Informationen.da auch ihre Änderungen zeitlich konstant sind. Aber die Impulse auf dem Datenbus sind nicht vorhersehbar, das macht sie informativ, sie tragen Informationen
zwischen einzelnen Blöcken oder Geräten eines Computers.

Bei den meisten Codierungsverfahren wird eine Änderung einiger Parameter eines periodischen Signals verwendet - die Frequenz, Amplitude und Phase einer Sinuskurve oder das Vorzeichen des Potentials einer Impulsfolge. Ein periodisches Signal, dessen Parameter Änderungen unterliegen, wird als Trägersignal bezeichnet, und seine Frequenz, wenn das Signal sinusförmig ist, wird als Trägerfrequenz bezeichnet. Der Vorgang der Änderung der Parameter eines Trägersignals entsprechend den übertragenen Informationen wird als Modulation bezeichnet.

Wenn sich ein Signal so ändert, dass nur zwei seiner Zustände unterschieden werden können, entspricht jede Änderung darin der kleinsten Informationseinheit - einem Bit. Wenn das Signal mehr als zwei unterscheidbare Zustände haben kann, trägt jede Änderung darin mehrere Informationsbits.

Die Übertragung diskreter Informationen in Telekommunikationsnetzen erfolgt getaktet, das heißt, das Signal ändert sich in einem festen Zeitintervall, Takt genannt. Der Informationsempfänger geht davon aus, dass zu Beginn jedes Zyklus neue Informationen an seinem Eingang eintreffen. Unabhängig davon, ob das Signal den Zustand des vorherigen Zyklus wiederholt oder ob es einen anderen Zustand als den vorherigen hat, erhält der Empfänger in diesem Fall neue Informationen vom Sender. Wenn der Zyklus beispielsweise 0,3 s beträgt und das Signal zwei Zustände hat und 1 mit einem Potential von 5 Volt codiert ist, bedeutet das Vorhandensein eines 5-Volt-Signals am Empfängereingang für 3 Sekunden den Empfang von Informationen, die durch die Binärzahl dargestellt werden 1111111111.

Die Anzahl der Änderungen des Informationsparameters des periodischen Trägersignals pro Sekunde wird in Baud gemessen. Ein Baud entspricht einer Datenparameteränderung pro Sekunde. Wenn beispielsweise der Informationsübertragungszyklus 0,1 Sekunden beträgt, ändert sich das Signal mit einer Rate von 10 Baud. Somit wird die Baudrate vollständig durch die Taktgröße bestimmt.

Die Informationsrate wird in Bits pro Sekunde gemessen und stimmt im Allgemeinen nicht mit der Baudrate überein. Es kann entweder eine höhere oder eine niedrigere Geschwindigkeit sein.

Änderungen des in Baud gemessenen Informationsparameters. Dieses Verhältnis hängt von der Anzahl der Signalzustände ab. Wenn das Signal beispielsweise mehr als zwei unterschiedliche Zustände hat, dann kann bei gleichen Taktzyklen und dem geeigneten Codierungsverfahren die Informationsrate in Bits pro Sekunde höher sein als die Baudrate des Informationssignals.

Wenn die Informationsparameter Phase und Amplitude der Sinuskurve sind und 4 Phasenzustände bei 0, 90, 180 und 270° und zwei Werte der Signalamplitude unterschiedlich sind, dann kann das Informationssignal 8 unterscheidbare Zustände haben. Dies bedeutet, dass jeder Zustand dieses Signals Informationen in 3 Bits trägt. In diesem Fall überträgt ein Modem, das mit 2400 Baud arbeitet (das Informationssignal 2400 Mal pro Sekunde ändert), Informationen mit einer Rate von 7200 bps, da 3 Informationsbits mit einer Signaländerung übertragen werden.

Wenn das Signal zwei Zustände hat (dh es trägt Informationen in 1 Bit), dann stimmt die Informationsrate normalerweise mit der Anzahl der Bauds überein. Allerdings kann auch das Gegenteil beobachtet werden, wenn die Informationsrate kleiner ist als die Änderungsrate des Informationssignals in Baud. Dies tritt auf, wenn zur zuverlässigen Erkennung durch den Empfänger von Nutzinformationen jedes Bit in der Folge durch mehrere Änderungen des Informationsparameters des Trägersignals codiert wird. Wenn beispielsweise ein einzelner Bitwert mit einem Impuls positiver Polarität und ein Nullwert eines Bits mit einem Impuls negativer Polarität codiert wird, ändert das physikalische Signal seinen Zustand zweimal während der Übertragung jedes Bits. Bei dieser Kodierung ist die Zeilenrate in Bits pro Sekunde zweimal niedriger als in Baud.

Je höher die Frequenz des periodischen Trägersignals ist, desto höher kann die Modulationsfrequenz sein und desto höher kann die Bandbreite der Kommunikationsverbindung sein.

Andererseits nimmt jedoch mit einer Erhöhung der Frequenz eines periodischen Trägersignals auch die Breite des Spektrums dieses Signals zu.

Die Leitung überträgt dieses Sinusspektrum mit den durch ihre Bandbreite bedingten Verzerrungen. Je größer die Diskrepanz zwischen der Bandbreite der Leitung und der Bandbreite der übertragenen Informationssignale ist, desto mehr werden die Signale verzerrt und desto wahrscheinlicher sind Fehler bei der Erkennung von Informationen durch den Empfänger, was bedeutet, dass die mögliche Informationsübertragungsrate ist weniger.

Bandbreite vs. Durchsatzverhältnis

Die Beziehung zwischen der Bandbreite einer Leitung und ihrer Bandbreite, unabhängig von der akzeptierten Methode der physikalischen Codierung, wurde von Claude Shannon festgestellt:

C \u003d F log 2 (1 + Rs / Rsh) -

Dabei ist C die Leitungsbandbreite in Bits pro Sekunde, F die Leitungsbandbreite in Hertz, Pc die Signalleistung, Rsh die Rauschleistung.

Aus dieser Beziehung folgt, dass es keine theoretische Grenze für den Durchsatz einer Verbindung mit fester Bandbreite gibt. In der Praxis gibt es jedoch eine solche Grenze. Tatsächlich ist es möglich, die Leitungskapazität durch Erhöhen der Sendeleistung oder durch Reduzieren der Rausch-(Stör-)Leistung in der Kommunikationsleitung zu erhöhen. Beide Komponenten sind sehr schwierig zu ändern. Das Erhöhen der Sendeleistung führt zu einer signifikanten Erhöhung seiner Größe und Kosten. Die Reduzierung des Rauschpegels erfordert die Verwendung spezieller Kabel mit guten Schutzschirmen, was sehr teuer ist, sowie eine Rauschreduzierung im Sender und in der Zwischenausrüstung, die nicht einfach zu erreichen ist. Außerdem wird der Einfluss der Nutzsignal- und Rauschleistungen auf den Durchsatz durch eine logarithmische Abhängigkeit begrenzt, die bei weitem nicht so schnell wächst wie eine direkt proportionale. Für ein ziemlich typisches anfängliches Verhältnis von Signalleistung zu Rauschleistung von 100-mal ergibt die Verdoppelung der Sendeleistung also nur eine 15%ige Erhöhung der Leitungskapazität.

Im Wesentlichen der Shannon-Formel nahe kommt ein weiteres von Nyquist erhaltenes Verhältnis, das ebenfalls den maximal möglichen Durchsatz der Kommunikationsleitung bestimmt, jedoch ohne Berücksichtigung des Rauschens in der Leitung:

C = 2Flog2M.

Dabei ist M die Anzahl der unterscheidbaren Zustände des Informationsparameters.

Wenn das Signal zwei unterscheidbare Zustände hat, ist die Bandbreite gleich der doppelten Bandbreite der Kommunikationsleitung (Abb. 8.15, a). Verwendet der Sender mehr als zwei stabile Signalzustände zur Codierung von Daten, erhöht sich die Leitungskapazität, da der Sender mehrere Bits der Quelldaten in einem Arbeitszyklus überträgt, beispielsweise 2 Bits bei Vorhandensein von vier unterscheidbaren Signalzuständen (Abb 8.15, b).

Obwohl die Nyquist-Formel indirekt das Vorhandensein von Rauschen nicht explizit berücksichtigt
sein Einfluss spiegelt sich in der Wahl der Anzahl der Zustände des Informationssignals wieder
Kasse. Um den Durchsatz der Kommunikationsleitung zu erhöhen, wäre es notwendig, die Anzahl der Zustände zu erhöhen, aber in der Praxis wird dies durch Rauschen auf der Leitung verhindert. Zum Beispiel die Bandbreite der Leitung, deren Signal in Abb. 8.15, b, kann noch einmal verdoppelt werden, indem nicht 4, sondern 16 Ebenen zum Kodieren von Daten verwendet werden. Wenn jedoch die Amplitude des Rauschens gelegentlich die Differenz zwischen benachbarten Pegeln überschreitet, ist der Empfänger nicht in der Lage, die übertragenen Daten stabil zu erkennen. Daher ist die Anzahl möglicher Signalzustände tatsächlich durch das Verhältnis von Signalleistung zu Rauschen begrenzt, und die Nyquist-Formel bestimmt die maximale Datenrate in dem Fall, wenn die Anzahl von Zuständen bereits unter Berücksichtigung der Fähigkeiten einer stabilen Erkennung durch ausgewählt wurde der Empfänger.

Geschirmtes und ungeschirmtes Twisted Pair

Twisted-Pair wird als verdrilltes Adernpaar bezeichnet. Diese Art von Übertragungsmedium ist sehr beliebt und bildet die Grundlage für eine Vielzahl von internen und externen Kabeln. Ein Kabel kann aus mehreren verdrillten Paaren bestehen (Außenkabel enthalten manchmal bis zu mehreren Dutzend solcher Paare).

Das Verdrillen von Adern reduziert den Einfluss äußerer und gegenseitiger Störungen auf die über das Kabel übertragenen Nutzsignale.

Die Hauptmerkmale des Kabeldesigns sind schematisch in Abb. 1 dargestellt. 8.16.

Twisted-Pair-Kabel sind symmetrisch , dh sie bestehen aus zwei baugleichen Leitern. Ein symmetrisches Twisted-Pair-Kabel kann beides sein abgeschirmt und ungeschirmt.

Es ist notwendig, zwischen elektrischen zu unterscheiden Isolierung leitfähiger Adern, die in jedem Kabel vorhanden ist, auselektromagnetischIsolation. Die erste besteht aus einer nicht leitenden dielektrischen Schicht - Papier oder einem Polymer wie Polyvinylchlorid oder Polystyrol. Im zweiten Fall werden die leitfähigen Adern zusätzlich zur elektrischen Isolierung auch innerhalb der elektromagnetischen Abschirmung platziert, die am häufigsten als leitfähiges Kupfergeflecht verwendet wird.

Kabelbasiertungeschirmtes Twisted-Pair,für die Verkabelung verwendet

innerhalb des Gebäudes, ist in internationalen Standards unterteilt Kategorien (von 1 bis 7).

Kabel der Kategorie 1 werden dort eingesetzt, wo die Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit erfüllt sind
minimal. In der Regel ist es ein Kabel für digitale und analoge Sprachübertragung.
und Datenübertragung mit niedriger Geschwindigkeit (bis zu 20 Kbps). Bis 1983 war dies die
Ein neuer Kabeltyp für die Telefonverkabelung.

Kabel der Kategorie 2 wurden zuerst von IBM in der Konstruktion verwendet
eigenes Kabelsystem. Die Hauptanforderung an Kabel dieser Kategorie ist
rii - die Fähigkeit, Signale mit einem Spektrum von bis zu 1 MHz zu übertragen.

Kabel der Kategorie 3 wurden 1991 standardisiert. EIA-568-Standard
bestimmt die elektrischen Eigenschaften von Kabeln für Frequenzen im Bereich bis zu
16MHz. Kabel der Kategorie 3, die sowohl für die Datenübertragung als auch für
und zur Sprachübertragung bilden heute die Basis vieler Kabelsysteme
Gebäude.

Kabel der Kategorie 4 sind eine leicht verbesserte Version von
Kabel der Kategorie 3. Kabel der Kategorie 4 müssen Tests für eine Stunde standhalten -
20 MHz Signalübertragung tote und sorgen für erhöhte Störfestigkeit
vost und geringer Signalverlust. In der Praxis werden sie selten verwendet.

Kabel der Kategorie 5 wurden speziell entwickelt, um hoch zu unterstützen
Geschwindigkeitsprotokolle. Ihre Eigenschaften werden im Bereich bis zu bestimmt
100MHz. Die meisten Hochgeschwindigkeitstechnologien (FDDI, Fast Ethernet,
ATM und Gigabit Ethernet) werden durch die Verwendung eines Twisted-Pair-Kabels geführt
5. Kabel der Kategorie 5 haben Kabel der Kategorie 3 ersetzt, und zwar heute
Alle neuen Kabelsysteme großer Gebäude werden auf diesem Typ gebaut
Kabel (kombiniert mit Glasfaser).

Kabel nehmen einen besonderen Platz ein Kategorien 6 und 7, die die Industrie vor relativ kurzer Zeit zu produzieren begann. Kabel der Kategorie 6 sind bis 250 MHz spezifiziert und Kabel der Kategorie 7 sind bis 600 MHz spezifiziert. Kabel der Kategorie 7 müssen abgeschirmt sein, sowohl jedes Paar als auch das gesamte Kabel als Ganzes. Kabel der Kategorie 6 können entweder geschirmt oder ungeschirmt sein. Der Hauptzweck dieser Kabel besteht darin, Hochgeschwindigkeitsprotokolle auf Kabelstrecken zu unterstützen, die länger als UTP-Kabel der Kategorie 5 sind.

Alle UTP-Kabel, unabhängig von ihrer Kategorie, sind in 4-paariger Konfiguration erhältlich. Jedes der vier Kabelpaare hat eine bestimmte Farbe und Verdrillung. Typischerweise sind zwei Paare für die Datenübertragung und zwei für die Sprachübertragung.

Glasfaserkabel

Glasfaserkabelbesteht aus dünnen (5-60 Mikron) flexiblen Glasfasern (Faserlichtleitern), durch die sich Lichtsignale ausbreiten. Dies ist der Kabeltyp von höchster Qualität - es bietet eine Datenübertragung mit sehr hoher Geschwindigkeit (bis zu 10 Gb / s und mehr) und bietet darüber hinaus, besser als andere Arten von Übertragungsmedien, einen Datenschutz vor externen Störungen (aufgrund von aufgrund der Art der Lichtausbreitung sind solche Signale leicht abzuschirmen).

Jeder Lichtleiter besteht aus einem zentralen Lichtleiter (Kern) - einer Glasfaser und einer Glashülle, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern hat. Die Lichtstrahlen, die sich durch den Kern ausbreiten, gehen nicht über seine Grenzen hinaus und werden von der Deckschicht der Schale reflektiert. Abhängig von der Verteilung des Brechungsindex und der Größe des Kerndurchmessers ergeben sich:

Multimode-Faser mit gestuftem Brechungsindex (Abb. 8.17, a)\

Multimode-Faser mit sanfter Änderung des Brechungsindex (Abb. 8.17, b)\

Singlemode-Faser (Abb. 8.17, in).

Der Begriff "Mode" beschreibt den Ausbreitungsmodus von Lichtstrahlen im Kern des Kabels.

Im Singlemode-Kabel(Single Mode Fiber, SMF) verwendet einen zentralen Leiter mit sehr kleinem Durchmesser, der der Lichtwellenlänge entspricht - von 5 bis 10 Mikrometer. Dabei breiten sich fast alle Lichtstrahlen entlang der optischen Achse der Faser aus, ohne vom Außenleiter reflektiert zu werden. Übermachen

BEIM Multimode-Kabel(Multi Mode Fiber, MMF) verwendet breitere innere Kerne, die technologisch einfacher herzustellen sind. Bei Multimode-Kabeln befinden sich mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig im Innenleiter, die vom Außenleiter in unterschiedlichen Winkeln reflektiert werden. Der Reflexionswinkel des Strahls wird genannt Mode Strahl. In Multimode-Kabeln mit einer sanften Änderung des Brechungsindex hat die Reflexionsart von Strahlen einen komplexen Charakter. Die resultierende Interferenz verschlechtert die Qualität des übertragenen Signals, was zu einer Verzerrung der übertragenen Impulse in einer optischen Multimode-Faser führt. Aus diesem Grund ist die technische Performance von Multimode-Kabeln schlechter als die von Singlemode-Kabeln.

Infolgedessen werden Multimode-Kabel hauptsächlich für die Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von nicht mehr als 1 Gbit / s über kurze Entfernungen (bis zu 300–2000 m) und Singlemode-Kabel für die Datenübertragung mit ultrahohen Geschwindigkeiten von verwendet mehrere zehn Gigabit pro Sekunde (und bei Verwendung der DWDM-Technologie - bis zu mehreren Terabit pro Sekunde) über Entfernungen von bis zu mehreren zehn und sogar Hunderten von Kilometern (Langstreckenkommunikation).

Als Lichtquellen in Lichtwellenleitern werden verwendet:

LEDs oder Leuchtdioden (Light Emitted Diode, LED);

Halbleiterlaser oder Laserdioden.

Für Singlemode-Kabel werden ausschließlich Laserdioden verwendet, da bei einem so geringen Durchmesser der Lichtleitfaser der von der LED erzeugte Lichtstrom nicht ohne große Verluste in die Faser gelenkt werden kann – sie hat ein zu breites Abstrahlverhalten, während die Laserdiode ist schmal. Billigere LED-Emitter werden nur für Multimode-Kabel verwendet.

Die Kosten für Glasfaserkabel sind nicht viel höher als die Kosten für Twisted-Pair-Kabel, aber Installationsarbeiten mit Glasfasern sind aufgrund der Komplexität der Vorgänge und der hohen Kosten der verwendeten Installationsausrüstung viel teurer.

Ergebnisse

Je nach Art der Zwischenausrüstung werden alle Kommunikationsleitungen in analoge und digitale unterteilt. In analogen Leitungen dienen Zwischengeräte dazu, analoge Signale zu verstärken. Analoge Leitungen verwenden Frequenzmultiplexing.

In digitalen Kommunikationsleitungen haben die übertragenen Signale eine endliche Anzahl von Zuständen. In solchen Leitungen werden spezielle Zwischengeräte verwendet - Regeneratoren, die die Form der Impulse verbessern und ihre Resynchronisation sicherstellen, dh ihre Wiederholungsperiode wiederherstellen. Die Zwischenausrüstung zum Multiplexen und Schalten von Primärnetzen arbeitet nach dem Prinzip des Zeitmultiplexens von Kanälen, wenn jedem Niedriggeschwindigkeitskanal ein bestimmter Zeitanteil (Zeitschlitz oder Quantum) eines Hochgeschwindigkeitskanals zugewiesen wird.

Die Bandbreite definiert den Frequenzbereich, der von der Verbindung mit akzeptabler Dämpfung übertragen wird.

Der Durchsatz einer Kommunikationsleitung hängt von ihren internen Parametern ab, insbesondere der Bandbreite, externen Parametern - dem Interferenzpegel und dem Grad der Interferenzdämpfung sowie dem akzeptierten Verfahren zum Codieren diskreter Daten.

Die Formel von Shannon bestimmt den maximal möglichen Durchsatz einer Kommunikationsleitung für feste Werte der Leitungsbandbreite und des Signalleistungs-Rauschabstands.

Die Nyquist-Formel drückt den maximal möglichen Durchsatz einer Kommunikationsleitung durch die Bandbreite und die Anzahl der Zustände des Informationssignals aus.

Twisted-Pair-Kabel werden in ungeschirmte (UTP) und geschirmte (STP) unterteilt. UTP-Kabel sind einfacher herzustellen und zu installieren, aber STP-Kabel bieten ein höheres Maß an Sicherheit.

Glasfaserkabel haben hervorragende elektromagnetische und mechanische Eigenschaften, ihr Nachteil ist die Komplexität und die hohen Kosten der Installationsarbeiten.

1. Wie unterscheidet sich ein Link von einem zusammengesetzten Kommunikationskanal?
   1. Kann ein zusammengesetzter Kanal aus Links bestehen? Und umgekehrt?
   2. Kann ein digitaler Kanal analoge Daten übertragen?
   3. Welche Art von Eigenschaften der Kommunikationsleitung sind: Rauschpegel, Bandbreite, lineare Kapazität?
   4. Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um die Informationsgeschwindigkeit des Links zu erhöhen:

o Kabellänge reduzieren;

o wählen Sie ein Kabel mit weniger Widerstand;

o wählen Sie ein Kabel mit größerer Bandbreite;

o Wenden Sie ein Codierungsverfahren mit schmalerem Spektrum an.

1. Warum ist es nicht immer möglich, die Kanalkapazität durch Erhöhen der Anzahl von Informationssignalzuständen zu erhöhen?
   1. Welcher Mechanismus wird verwendet, um Störungen in Kabeln zu unterdrücken? UTP?
   2. Welches Kabel überträgt Signale besser - mit einem höheren Parameterwert WEITER oder mit weniger?
   3. Wie groß ist die Spektrumsbreite eines idealen Pulses?
   4. Nennen Sie die Arten von optischen Kabeln.
   5. Was passiert, wenn Sie das Kabel in einem funktionierenden Netzwerk ändern UTP-Kabel STP ? Antwortmöglichkeiten:

О im Netz sinkt der Anteil verzerrter Frames, da externe Störungen besser unterdrückt werden;

Oh nichts wird sich ändern;

O im Netz wird der Anteil verzerrter Rahmen zunehmen, da die Ausgangsimpedanz der Sender nicht mit der Kabelimpedanz übereinstimmt.

1. Warum ist es problematisch, Glasfaserkabel in einem horizontalen Subsystem zu verwenden?
   1. Bekannte Größen sind:

Über minimale Sendeleistung P aus (dBm);

О Aufholdämpfung von Kabel A (dB/km);

Über die Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers Stift (dBm).

Es ist erforderlich, die maximal mögliche Länge der Kommunikationsleitung zu finden, auf der Signale normalerweise übertragen werden.

1. Was wäre die theoretische Grenze der Datenrate in Bits pro Sekunde über eine Verbindung mit einer Bandbreite von 20 kHz, wenn die Sendeleistung 0,01 mW und die Rauschleistung in der Verbindung 0,0001 mW beträgt?
   1. Bestimmen Sie die Kapazität einer Duplexverbindung für jede Richtung, wenn ihre Bandbreite mit 600 kHz bekannt ist und das Codierungsverfahren 10 Signalzustände verwendet.
   2. Berechnen Sie die Signallaufzeit und Datenübertragungsverzögerung für den Fall einer 128-Byte-Paketübertragung (angenommen, die Signallaufzeit ist gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum von 300.000 km/s):

O über 100 m Twisted-Pair-Kabel bei einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s;

O über ein 2 km langes Koaxialkabel bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s;

O über einen Satellitenkanal mit einer Länge von 72.000 km bei einer Übertragungsrate von 128 Kbps.

1. Berechnen Sie die Verbindungsgeschwindigkeit, wenn Sie wissen, dass die Taktfrequenz des Senders 125 MHz beträgt und das Signal 5 Zustände hat.
   1. Empfänger und Sender des Netzwerkadapters sind mit benachbarten Kabelpaaren verbunden UTP. Wie groß ist die Leistung der induzierten Interferenz am Eingang des Empfängers, wenn der Sender eine Leistung von 30 dBm hat, und der Exponent NÄCHSTE Kabel ist -20 dB?
   2. Lassen Sie wissen, dass das Modem Daten im Duplexmodus mit einer Rate von 33,6 Kbps überträgt. Wie viele Zustände hat sein Signal, wenn die Bandbreite der Kommunikationsleitung 3,43 kHz beträgt?

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Eine Kommunikationsleitung ist ein physisches Medium und eine Reihe von Hardware, die verwendet wird, um Signale von einem Sender zu einem Empfänger zu übertragen. Bei drahtgebundenen Kommunikationssystemen ist dies in erster Linie ein Kabel oder Hohlleiter, bei Funkkommunikationssystemen ein Raumbereich, in dem sich elektromagnetische Wellen von einem Sender zu einem Empfänger ausbreiten. Bei der Übertragung über den Kanal kann das Signal verzerrt und durch Interferenzen beeinträchtigt werden. Das Empfangsgerät verarbeitet das empfangene Signal , die die Summe des eingehenden verzerrten Signals und der Interferenz ist , und stellt daraus eine Nachricht wieder her , die die übertragene Nachricht mit einem gewissen Fehler anzeigt . Mit anderen Worten, der Empfänger muss anhand einer Signalanalyse feststellen, welche der möglichen Nachrichten übertragen wurde. Daher ist das Empfangsgerät eines der kritischsten und komplexesten Elemente des elektrischen Kommunikationssystems.

Unter einem elektrischen Kommunikationssystem versteht man eine Gesamtheit von technischen Mitteln und einem Verbreitungsmedium. Das Konzept eines Kommunikationssystems umfasst eine Quelle und einen Verbraucher von Nachrichten.

Je nach Art der übermittelten Nachrichten werden folgende elektrische Kommunikationssysteme unterschieden: Sprachübertragungssysteme (Telefonie); Textübertragungssysteme (Telegrafie); Standbildübertragungssysteme (Fototelegrafie); Bewegtbildübertragungssysteme (Fernsehen), Telemetrie-, Fernwirk- und Datenübertragungssysteme. Nach Vereinbarung werden Telefon- und Fernsehsysteme in Rundfunksysteme unterteilt, die sich durch ein hohes Maß an künstlerischer Wiedergabe von Nachrichten auszeichnen, und professionelle Systeme mit einer speziellen Anwendung (amtliche Kommunikation, Industriefernsehen usw.). Im Telemetriesystem werden physikalische Größen (Temperatur, Druck, Geschwindigkeit etc.) mit Hilfe von Sensoren in ein primäres elektrisches Signal umgewandelt und dem Sender zugeführt. Auf der Empfangsseite wird die übertragene physikalische Größe bzw. deren Änderung aus dem Signal extrahiert und zur Regelung verwendet. Im Fernwirksystem werden Befehle übermittelt, um bestimmte Aktionen automatisch auszuführen. Oftmals werden diese Befehle automatisch basierend auf den vom Telemetriesystem übermittelten Messergebnissen generiert.

Die Einführung von Hochleistungscomputern hat zu der Notwendigkeit einer schnellen Entwicklung von Datenübertragungssystemen geführt, die den Informationsaustausch zwischen Recheneinrichtungen und Objekten automatisierter Steuerungssysteme sicherstellen. Diese Art der Telekommunikation ist durch hohe Anforderungen an die Geschwindigkeit und Treue der Informationsübertragung gekennzeichnet.

Für den Austausch von Nachrichten zwischen vielen geografisch verteilten Benutzern (Teilnehmern) werden Kommunikationsnetze geschaffen, die die Übertragung und Verteilung von Nachrichten an bestimmte Adressen (zu einer bestimmten Zeit und mit einer festgelegten Qualität) gewährleisten.

Ein Kommunikationsnetz ist ein Satz von Kommunikationsleitungen und Vermittlungsknoten.

Die Klassifizierung von Kanälen und Kommunikationsleitungen erfolgt:

durch die Art der Signale am Ein- und Ausgang (kontinuierlich, diskret, diskret-kontinuierlich);

nach Art der Nachrichten (Telefon, Telegraf, Datenübertragung, Fernsehen, Fax usw.);

nach Art des Ausbreitungsmediums (Draht, Funk, Glasfaser usw.);

durch den verwendeten Frequenzbereich (Niederfrequenz (LF), Hochfrequenz (HF), Superhochfrequenz (SHF) usw.);

durch den Aufbau von Transceivern (Einkanal, Mehrkanal).

Um Kanäle und Kommunikationsleitungen möglichst vollständig zu charakterisieren, können derzeit auch andere Klassifizierungsmerkmale verwendet werden (nach der Ausbreitungsmethode von Funkwellen, der Methode zum Kombinieren und Trennen von Kanälen, der Platzierung technischer Mittel, dem Betriebszweck usw .)

Was ist ein Dauermagnet? Ein Permanentmagnet ist ein Körper, der die Magnetisierung für lange Zeit aufrechterhalten kann. Als Ergebnis zahlreicher Studien und zahlreicher Experimente können wir sagen, dass nur drei Substanzen auf der Erde Permanentmagnete sein können (Abb. 1).

Reis. 1. Permanentmagnete. ()

Nur diese drei Stoffe und ihre Legierungen können Dauermagnete sein, nur sie können magnetisiert werden und diesen Zustand lange aufrechterhalten.

Permanentmagnete werden schon sehr lange verwendet, und das sind vor allem räumliche Orientierungshilfen - der erste Kompass wurde in China erfunden, um in der Wüste zu navigieren. Heute diskutiert niemand mehr über Magnetnadeln, Permanentmagnete, sie werden überall in Telefonen und Funksendern und einfach in verschiedenen Elektroprodukten verwendet. Sie können unterschiedlich sein: Es gibt Stabmagnete (Abb. 2)

Reis. 2. Stabmagnet ()

Und es gibt Magnete, die als Bogen oder Hufeisen bezeichnet werden (Abb. 3).

Reis. 3. Bogenmagnet ()

Die Untersuchung von Permanentmagneten ist ausschließlich mit ihrer Wechselwirkung verbunden. Das Magnetfeld kann durch elektrischen Strom und einen Permanentmagneten erzeugt werden, also wurde zuerst mit Magnetnadeln geforscht. Wenn Sie den Magneten zum Pfeil bringen, sehen wir die Wechselwirkung - dieselben Pole stoßen sich ab und die entgegengesetzten ziehen sich an. Diese Wechselwirkung wird bei allen Magneten beobachtet.

Platzieren wir kleine magnetische Pfeile entlang des Stabmagneten (Abb. 4), der Südpol interagiert mit dem Norden und der Norden zieht den Süden an. Die Magnetnadeln werden entlang der Magnetfeldlinie platziert. Es ist allgemein anerkannt, dass die magnetischen Linien außerhalb des Permanentmagneten vom Nordpol nach Süden und innerhalb des Magneten vom Südpol nach Norden gerichtet sind. Die magnetischen Linien sind also genauso geschlossen wie der elektrische Strom, das sind konzentrische Kreise, sie sind im Inneren des Magneten selbst geschlossen. Es stellt sich heraus, dass das Magnetfeld außerhalb des Magneten von Nord nach Süd und innerhalb des Magneten von Süd nach Nord gerichtet ist.

Reis. 4. Magnetfeldlinien eines Stabmagneten ()

Um die Form des Magnetfelds eines Stabmagneten, die Form des Magnetfelds eines bogenförmigen Magneten zu beobachten, werden wir die folgenden Geräte oder Details verwenden. Nehmen Sie eine transparente Platte, Eisenspäne und führen Sie ein Experiment durch. Lassen Sie uns Eisenspäne auf die Platte streuen, die sich auf dem Stabmagneten befindet (Abb. 5):

Reis. 5. Die Form des Magnetfeldes des Stabmagneten ()

Wir sehen, dass die Linien des Magnetfelds aus dem Nordpol kommen und in den Südpol eintreten. Anhand der Dichte der Linien können wir die Pole des Magneten beurteilen, wo die Linien dicker sind - dort sind die Pole des Magneten ( Abb. 6).

Reis. 6. Die Form des Magnetfelds des bogenförmigen Magneten ()

Wir werden ein ähnliches Experiment mit einem bogenförmigen Magneten durchführen. Wir sehen, dass die Magnetlinien überall auf dem Magneten am Nordpol beginnen und am Südpol enden.

Wir wissen bereits, dass das Magnetfeld nur um Magnete und elektrische Ströme herum gebildet wird. Wie können wir das Magnetfeld der Erde bestimmen? Jeder Pfeil, jeder Kompass im Erdmagnetfeld ist streng orientiert. Da die Magnetnadel streng im Raum ausgerichtet ist, wirkt auf sie also ein Magnetfeld, und das ist das Magnetfeld der Erde. Daraus kann geschlossen werden, dass unsere Erde ein großer Magnet ist (Abb. 7) und dementsprechend erzeugt dieser Magnet ein ziemlich starkes Magnetfeld im Weltraum. Wenn wir auf eine magnetische Kompassnadel schauen, wissen wir, dass der rote Pfeil nach Süden und der blaue nach Norden zeigt. Wie befinden sich die Magnetpole der Erde? Dabei ist zu beachten, dass sich der magnetische Südpol am geografischen Nordpol der Erde und der magnetische Nordpol der Erde am geografischen Südpol befindet. Wenn wir die Erde als einen Körper im Weltraum betrachten, dann können wir sagen, dass wir, wenn wir entlang des Kompasses nach Norden gehen, zum magnetischen Südpol kommen, und wenn wir nach Süden gehen, zum magnetischen Nordpol. Am Äquator befindet sich die Kompassnadel relativ zur Erdoberfläche fast horizontal, und je näher wir an den Polen sind, desto vertikaler wird der Pfeil sein. Das Magnetfeld der Erde konnte sich ändern, es gab Zeiten, in denen sich die Pole relativ zueinander änderten, dh Süden war, wo Norden war, und umgekehrt. Wissenschaftlern zufolge war dies ein Vorbote großer Katastrophen auf der Erde. Dies wurde in den letzten mehreren zehn Jahrtausenden nicht beobachtet.

Reis. 7. Magnetfeld der Erde ()

Die magnetischen und geografischen Pole stimmen nicht überein. Auch im Inneren der Erde selbst gibt es ein Magnetfeld, das wie bei einem Permanentmagneten vom magnetischen Südpol nach Norden gerichtet ist.

Woher kommt das Magnetfeld in Permanentmagneten? Die Antwort auf diese Frage gab der französische Wissenschaftler Andre-Marie Ampère. Er drückte die Idee aus, dass das Magnetfeld von Permanentmagneten durch elementare, einfache Ströme erklärt wird, die innerhalb von Permanentmagneten fließen. Diese einfachsten Elementarströme verstärken sich in gewisser Weise gegenseitig und erzeugen ein Magnetfeld. Ein negativ geladenes Teilchen - ein Elektron - bewegt sich um den Kern eines Atoms, diese Bewegung kann als gerichtet betrachtet werden, und dementsprechend wird um eine solche sich bewegende Ladung ein Magnetfeld erzeugt. In jedem Körper ist die Anzahl der Atome und Elektronen einfach riesig, alle diese Elementarströme nehmen eine geordnete Richtung und wir erhalten ein ziemlich signifikantes Magnetfeld. Dasselbe können wir über die Erde sagen, das heißt, das Magnetfeld der Erde ist dem Magnetfeld eines Permanentmagneten sehr ähnlich. Und ein Permanentmagnet ist ein ziemlich helles Merkmal jeder Manifestation eines Magnetfelds.

Neben der Existenz von Magnetstürmen gibt es auch magnetische Anomalien. Sie hängen mit dem Magnetfeld der Sonne zusammen. Wenn auf der Sonne ausreichend starke Explosionen oder Auswürfe auftreten, treten sie nicht ohne die Hilfe der Manifestation des Magnetfelds der Sonne auf. Dieses Echo erreicht die Erde und beeinflusst ihr Magnetfeld, wodurch wir magnetische Stürme beobachten. Magnetische Anomalien sind mit Ablagerungen von Eisenerzen auf der Erde verbunden, riesige Ablagerungen werden lange Zeit durch das Erdmagnetfeld magnetisiert, und alle Körper in der Umgebung werden von dieser Anomalie einem Magnetfeld ausgesetzt, Kompassnadeln zeigen die falsche Richtung.

In der nächsten Lektion werden wir andere Phänomene betrachten, die mit magnetischen Wirkungen verbunden sind.

Referenzliste

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1. Klasse-fizika.narod.ru ().
2. Klasse-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Hausaufgaben

1. Welches Ende der Kompassnadel wird vom Nordpol der Erde angezogen?
2. An welchem ​​Ort der Erde können Sie der Magnetnadel nicht trauen?
3. Was zeigt die Liniendichte eines Magneten an?

Es gibt zwei Haupttypen von Magneten: Permanent- und Elektromagnete. Es ist möglich, anhand seiner Haupteigenschaft zu bestimmen, was ein Permanentmagnet ist. Der Permanentmagnet hat seinen Namen von der Tatsache, dass sein Magnetismus immer "an" ist. Anders als ein Elektromagnet, der aus Draht besteht, der um einen Eisenkern gewickelt ist, erzeugt er sein eigenes Magnetfeld und benötigt Strom, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

Geschichte der Untersuchung magnetischer Eigenschaften

Vor Jahrhunderten entdeckten die Menschen, dass einige Gesteinsarten originelle Eigenschaften haben: Sie werden von eisernen Gegenständen angezogen. Die Erwähnung von Magnetit findet sich in alten historischen Chroniken: vor mehr als zweitausend Jahren in Europa und viel früher in Ostasien. Zunächst wurde es als kurioses Objekt eingeschätzt.

Später wurde Magnetit zur Navigation verwendet, wobei festgestellt wurde, dass es dazu neigt, eine bestimmte Position einzunehmen, wenn ihm die Freiheit gegeben wird, sich zu drehen. Eine wissenschaftliche Studie von P. Peregrine im 13. Jahrhundert zeigte, dass Stahl diese Eigenschaften annehmen konnte, nachdem er mit Magnetit gerieben wurde.

Magnetisierte Objekte hatten zwei Pole: "Nord" und "Süd", relativ zum Magnetfeld der Erde. Wie Peregrine entdeckte, war es nicht möglich, einen der Pole zu isolieren, indem man ein Magnetitfragment in zwei Teile zerschnitt – jedes einzelne Fragment hatte infolgedessen sein eigenes Polpaar.

Das Magnetfeld von Permanentmagneten ist nach heutiger Vorstellung die resultierende Ausrichtung von Elektronen in eine Richtung. Nur einige Arten von Materialien interagieren mit Magnetfeldern, eine viel kleinere Anzahl von ihnen ist in der Lage, ein konstantes Magnetfeld aufrechtzuerhalten.

Eigenschaften von Permanentmagneten

Die Haupteigenschaften von Permanentmagneten und dem von ihnen erzeugten Feld sind:

• die Existenz von zwei Polen;
• Gegenpole ziehen sich an und gleiche Pole stoßen sich ab (wie positive und negative Ladungen);
• magnetische Kraft breitet sich unmerklich im Raum aus und durchdringt Gegenstände (Papier, Holz);
• es gibt eine Zunahme der MF-Intensität in der Nähe der Pole.

Permanentmagnete unterstützen MT ohne fremde Hilfe. Materialien in Abhängigkeit von den magnetischen Eigenschaften werden in die Haupttypen unterteilt:

• Ferromagnete - leicht magnetisierbar;
• Paramagnete - mit großer Schwierigkeit magnetisiert;
• Diamagnete - neigen dazu, die externe MF durch Magnetisierung in die entgegengesetzte Richtung zu reflektieren.

Wichtig! Weichmagnetische Materialien wie Stahl leiten Magnetismus, wenn sie an einem Magneten befestigt sind, aber dieser hört auf, wenn er entfernt wird. Permanentmagnete werden aus hartmagnetischen Materialien hergestellt.

Wie ein Dauermagnet funktioniert

Seine Arbeit bezieht sich auf die atomare Struktur. Alle Ferromagnete erzeugen dank der Elektronen, die die Atomkerne umgeben, ein natürliches, wenn auch schwaches Magnetfeld. Diese Atomgruppen können sich in einer einzigen Richtung orientieren und werden magnetische Domänen genannt. Jede Domäne hat zwei Pole: Nord und Süd. Wenn ein ferromagnetisches Material nicht magnetisiert ist, sind seine Bereiche in zufällige Richtungen orientiert und ihre MFs heben sich gegenseitig auf.

Um Permanentmagnete herzustellen, werden Ferromagnete auf sehr hohe Temperaturen erhitzt und einem starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt. Dies führt dazu, dass einzelne magnetische Domänen innerhalb des Materials beginnen, sich in Richtung des äußeren Magnetfelds zu orientieren, bis sich alle Domänen ausrichten und den magnetischen Sättigungspunkt erreichen. Das Material wird dann gekühlt und die ausgerichteten Domänen werden in Position gehalten. Nach dem Entfernen der externen MF behalten hartmagnetische Materialien die meisten ihrer Domänen bei, wodurch ein Permanentmagnet entsteht.

Eigenschaften eines Dauermagneten

1. Die Magnetkraft ist durch magnetische Restinduktion gekennzeichnet. Ausgewiesener Br. Dies ist die Kraft, die nach dem Verschwinden des externen MT übrig bleibt. Gemessen in Tests (Tl) oder Gauss (Gs);
2. Koerzitivkraft oder Entmagnetisierungswiderstand - Ns. Gemessen in A/m. Zeigt an, wie stark die externe MF sein sollte, um das Material zu entmagnetisieren;
3. Maximale Energie - BHmax. Berechnet durch Multiplikation der Restmagnetkraft Br und der Koerzitivfeldstärke Hc. Gemessen in MGSE (Megagausserted);
4. Der Temperaturkoeffizient der Restmagnetkraft ist Тс von Br. Charakterisiert die Abhängigkeit von Br vom Temperaturwert;
5. Tmax ist der höchste Temperaturwert, bei dem Permanentmagnete ihre Eigenschaften mit der Möglichkeit der Rückwärtserholung verlieren;
6. Tcur ist der höchste Temperaturwert, bei dem das Magnetmaterial seine Eigenschaften dauerhaft verliert. Dieser Indikator wird als Curie-Temperatur bezeichnet.

Die individuellen Eigenschaften eines Magneten ändern sich mit der Temperatur. Bei unterschiedlichen Temperaturen funktionieren verschiedene Arten von magnetischen Materialien unterschiedlich.

Wichtig! Alle Permanentmagnete verlieren mit steigender Temperatur prozentual an Magnetismus, jedoch je nach Typ unterschiedlich schnell.

Arten von Permanentmagneten

Es gibt insgesamt fünf Arten von Permanentmagneten, die jeweils auf der Grundlage von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften unterschiedlich hergestellt werden:

• Alniko;
• Ferrite;
• Seltene Erden SmCo auf Basis von Kobalt und Samarium;
• Neodym;
• Polymer.

Alniko

Dies sind Permanentmagnete, die hauptsächlich aus einer Kombination von Aluminium, Nickel und Kobalt bestehen, aber auch Kupfer, Eisen und Titan enthalten können. Aufgrund der Eigenschaften von Alnico-Magneten können sie bei höchsten Temperaturen betrieben werden, während sie ihren Magnetismus beibehalten, sie entmagnetisieren sich jedoch leichter als Ferrit oder Seltenerd-SmCo. Sie waren die ersten massenproduzierten Permanentmagnete und ersetzten magnetisierte Metalle und teure Elektromagnete.

Anwendung:

• Elektromotoren;
• Wärmebehandlung;
• Lager;
• Luft- und Raumfahrtfahrzeuge;
• militärische Ausrüstung;
• Hochtemperatur-Lade- und Entladegeräte;
• Mikrofone.

Ferrite

Zur Herstellung von Ferritmagneten, auch Keramik genannt, werden Strontiumcarbonat und Eisenoxid im Verhältnis 10/90 verwendet. Beide Materialien sind reichlich vorhanden und wirtschaftlich verfügbar.

Aufgrund der niedrigen Produktionskosten, der Hitzebeständigkeit (bis 250 °C) und der Korrosion gehören Ferritmagnete zu den beliebtesten für den täglichen Gebrauch. Sie haben eine größere innere Koerzitivkraft als Alnico, aber weniger magnetische Kraft als Neodym-Pendants.

Anwendung:

• Lautsprecher;
• Sicherheitssysteme;
• große Plattenmagnete zum Entfernen von Eisenverunreinigungen aus Prozessleitungen;
• Elektromotoren und Generatoren;
• medizinische Instrumente;
• Hebemagnete;
• Suchmagnete für die Seefahrt;
• Geräte auf der Basis von Wirbelströmen;
• Schalter und Relais;
• Bremsen.

SmCo-Magnete aus seltenen Erden

Kobalt- und Samariummagnete arbeiten über einen weiten Temperaturbereich, haben hohe Temperaturkoeffizienten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Dieser Typ behält seine magnetischen Eigenschaften auch bei Temperaturen unter dem absoluten Nullpunkt, was ihn für den Einsatz in kryogenen Anwendungen beliebt macht.

Anwendung:

• Turbotechnik;
• Pumpenkupplungen;
• nasse Umgebungen;
• Hochtemperaturgeräte;
• elektrische Mini-Rennwagen;
• elektronische Geräte für den Betrieb unter kritischen Bedingungen.

Neodym-Magneten

Die stärksten existierenden Magnete, bestehend aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor. Aufgrund ihrer enormen Kraft entfalten selbst Miniaturmagnete ihre Wirkung. Dies bietet eine vielseitige Verwendung. Jede Person befindet sich ständig neben einem der Neodym-Magnete. Sie befinden sich beispielsweise in einem Smartphone. Die Herstellung von Elektromotoren, medizinischen Geräten und Funkelektronik ist auf Hochleistungs-Neodym-Magnete angewiesen. Aufgrund ihrer Superstärke, enormen Magnetkraft und Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung können Proben bis zu 1 mm hergestellt werden.

Anwendung:

• Festplatten;
• Tonwiedergabegeräte - Mikrofone, akustische Sensoren, Kopfhörer, Lautsprecher;
• Prothesen;
• Pumpen mit Magnetkupplung;
• Türschließer;
• Motoren und Generatoren;
• Schlösser an Schmuck;
• MRI-Scanner;
• Magnetfeldtherapie;
• ABS-Sensoren in Autos;
• Hebezeuge;
• Magnetabscheider;
• Reedschalter usw.

Flexible Magnete enthalten magnetische Partikel in einem Polymerbindemittel. Sie werden für einzigartige Geräte verwendet, bei denen es unmöglich ist, feste Analoga zu installieren.

Anwendung:

• Display-Werbung - schnelle Befestigung und schnelle Entfernung bei Messen und Veranstaltungen;
• Fahrzeugschilder, Schultafeln, Firmenlogos;
• Spielzeug, Puzzles und Spiele;
• Abdecken von Oberflächen zum Anstreichen;
• Kalender und magnetische Lesezeichen;
• Fenster- und Türdichtungen.

Die meisten Permanentmagnete sind spröde und sollten nicht als Konstruktionselemente verwendet werden. Sie werden in Standardformen hergestellt: Ringe, Stäbe, Scheiben und individuell: Trapeze, Bögen usw. Aufgrund des hohen Eisengehalts sind Neodym-Magnete korrosionsanfällig, daher werden sie oben mit Nickel, Edelstahl, Teflon beschichtet, Titan, Gummi und andere Materialien.

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