الألياف الضوئية مقابل الكابل المركزي | اختلافات نوع الإشارة والهيكل وتطبيقات

كلا من الألياف الضوئية والكابل المركزي هما نوعان من وسائط النقل الموجهة. ومع ذلك، هناك عدة عوامل رئيسية تميز بينهما. الفرق الأكثر أساسية يكمن في نوع الإشارة التي يقوما بنقلها: الألياف الضوئية مصممة لنقل الإشارات الضوئية (الضوء)، بينما يستخدم الكابل المركزي لنقل الإشارات الكهربائية.

تعريف الألياف الضوئية

الألياف الضوئية هي موجات مرنة شفافة تستخدم لنقل إشارات الضوء من طرف إلى آخر بأقل خسارة ممكنة. وهي مصنوعة بشكل أساسي من الزجاج ذي النقاء العالي (عادة السيليكا) أو أحياناً من البلاستيك، وتتكون من بنية نواة وغلاف.

النواة هي المنطقة المركزية الداخلية المصنوعة من الزجاج السيليكاتي ذو النقاء الشديد، والتي تنتقل عبرها الضوء. وهي محاطة بطبقة تسمى الغلاف، والتي تكون أيضاً مصنوعة من الزجاج ولكن بمعامل انكسار أقل من النواة. هذا الاختلاف في معامل الانكسار يمكّن الانعكاس الداخلي الكلي، مما يسمح للضوء بالسفر لمسافات طويلة بخسارة قليلة.

للحماية الهيكل الزجاجي الهش من التلف البدني والرطوبة والضغط البيئي، يتم تغليف كل التجميع الأليافي بطبقة حامية خارجية تعرف باسم طبقة العازل أو الجاكت البلاستيكي.

الرسم أدناه يوضح البنية الرسمية للألياف الضوئية:

تنقل الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية بواسطة مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي (TIR). عندما يتم إدخال الضوء إلى الألياف، فإنه ينتشر عبر النواة عن طريق الانعكاس المتكرر على الحدود بين النواة والغلاف.

لكي يحدث الانعكاس الداخلي الكلي، يجب أن يكون معامل الانكسار للنواة أعلى من ذلك للغلاف. هذا الاختلاف في المعامل ضروري لتوجيه الضوء بكفاءة على طول الألياف بأقل خسارة ممكنة.

وفقا لمبدأ TIR، عندما يضرب شعاع الضوء الذي يسافر في الوسط الأكثر كثافة (النواة) الحدود مع الوسط الأقل كثافة (الغلاف) بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، فإن الشعاع يعكس تماماً مرة أخرى إلى الوسط الأكثر كثافة بدلاً من الانكسار خارج. هذا الظاهرة تسمح بتقييد الضوء داخل النواة.

عندما يدخل شعاع الضوء إلى النواة، فإنه يسافر حتى يصل إلى حدود النواة والغلاف. بسبب الاختلاف في معاملات الانكسار، وبشرط أن زاوية الاقتراب تتجاوز الزاوية الحرجة، يتم انعكاس الشعاع مرة أخرى إلى النواة بدلاً من المرور إلى الغلاف. تتكرر هذه العملية باستمرار على طول طول الألياف، مما يتيح للإشارة الضوئية التنقل بشكل متعرج داخل النواة والسفر من طرف الألياف إلى الآخر بكفاءة عالية وخسارة قليلة.

وبالتالي، يعتبر الانعكاس الداخلي الكلي هو الآلية الأساسية التي تمكن التواصل الضوئي طويل المسافة وعريض النطاق عبر الألياف الضوئية.

تعريف الكابل المركزي

الكابلات المركزي، المعروفة بشكل شائع باسم "coax"، هي نوع من وسائط النقل الموجهة المستخدمة لحمل الإشارات الكهربائية على مسافة. وهي مكونة من موصلات كهربائية تسمح بتدفق الإلكترونات، وغالبا ما تكون مصنوعة من النحاس بسبب توصيله الممتاز.

يتكون الكابل المركزي من عدة طبقات: موصل نحاسي مركزي (صلب أو متشعب)، محاط بطبقة عازلة مركبة، والتي بدورها تكون محاطة بشاشة موصلة أسطوانية - عادة ما تكون مصنوعة من النحاس المتشعب أو فويل الألومنيوم. يتم حماية هذه البنية الطبقية بطبقة عازلة خارجية توفر القوة الميكانيكية والحماية البيئية.

مصطلح "المركزي" ينشأ من حقيقة أن الموصل الداخلي والشاشة الخارجية يشاركان في نفس المحور الهندسي. هذا التصميم يساعد على تقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وفقدان الإشارة، مما يجعل الكابلات المركزي مناسبة لنقل الإشارات ذات الترددات العالية بصحة جيدة.

الرسم أدناه يوضح الكابل المركزي المستخدم لنقل الإشارات الكهربائية:

الألياف الضوئية:

تُستخدم الألياف الضوئية لنقل الإشارات عند ترددات ضوئية (ضوء). نظراً لعرض النطاق الترددي العالي لديها، وعدم تأثرها بالتشويش الكهرومغناطيسي، وخسارة الإشارة المنخفضة، فهي تُستخدم على نطاق واسع في التلفزيون عالي الدقة (HDTV)، شبكات الاتصالات، مراكز البيانات، الأنظمة الطبية للتصوير والعمليات الجراحية (مثل التنظير)، والتطبيقات الفضائية.

الكابل المركزي:

يُستخدم الكابل المركزي بشكل أساسي لنقل إشارات الترددات الراديوية (RF). وهو شائع في أنظمة توزيع التلفزيون الكابلي (CATV)، اتصالات الإنترنت ذات النطاق العريض (مثل أجهزة المودم الكابلي)، شبكات الهاتف، وأنظمة الاتصال اللاسلكية المختلفة، بما في ذلك تغذية الأنتينات ومعدات الشبكات.

الخاتمة

كلا من الألياف الضوئية والكابل المركزي يعملان كوسائط موجهة أساسية لنقل الإشارات، لكنهما يختلفان بشكل أساسي في نوع الإشارة التي يحملانها - الألياف الضوئية تنقل الإشارات الضوئية، بينما يحمل الكابل المركزي الإشارات الكهربائية. هذه الاختلافات تؤدي إلى خصائص أداء مختلفة، مما يجعل كل منهما مناسباً لتطبيقات محددة. وبالتالي، يتم استخدامهما في أدوار متكاملة وليس قابلة للتبديل عبر الأنظمة الحديثة للتواصل والإلكترونيات.