Оптичен кабел срещу коаксиален кабел | Разлики в типа на сигнала структура и приложение

Оптическите влакна и коаксиалните кабели са видове управляеми медии за предаване. Обачно, няколко ключови фактора ги отличават. Най-фундаменталната разлика е в типа сигнали, които предават: оптическите влакна са предназначени да пренасят оптически (светлинни) сигнали, докато коаксиалните кабели се използват за предаване на електрически сигнали.

Дефиниция на оптическото влакно

Оптическите влакна са гъвкави, прозрачни волноводи, използвани за предаване на светлинни сигнали от единия край до другия с минимални загуби. Те са основно направени от високочист стъкло (обикновено кремиков dioxide) или понякога пластмаса и се състоят от ядро и обвивка.

Ядрото е централната, най-вътрешна зона, направена от ултрачист кремиков dioxide, през която се разпространява светлината. То е обграждано от слой, наречен обвивка, който също е направен от стъкло, но с по-нисък показател на пречупване от ядрото. Тази разлика в показателя на пречупване позволява тотална вътрешна рефлексия, като позволява на светлината да пътува на дълги разстояния с малки загуби.

За да се защити хрупката стъклена структура от физически повреди, влага и околната среда, цялото влакно е обвито в защитен външен слой, известен като буферна обвивка или пластмасова яка.

Нека следната фигура илюстрира схематичната структура на оптическото влакно:

Светлинният сигнал се предава през оптическото влакно чрез принципа на тоталната вътрешна рефлексия (TIR). Когато светлината е въведена във влакното, тя се разпространява през ядрото, като се подлагат на последователни рефлексии в интерфейса между ядрото и обвивката.

За да се случи тотална вътрешна рефлексия, показателят на пречупване на ядрото трябва да е по-висок от този на обвивката. Тази разлика в показателя на пречупване е необходима, за да се насочи ефективно светлината по влакното с минимални загуби.

Според принципа на TIR, когато светлинен лъч, който се движи в по-плътна среда (ядрото), удари границата с по-разреждена среда (обвивката) под ъгъл, по-голям от критичния ъгъл, лъчът се рефлектира напълно обратно в по-плътната среда, вместо да бъде пречупен. Това явление позволява светлината да бъде ограничена в ядрото.

Когато светлинен лъч влезе в ядрото, той се движи, докато достигне границата между ядрото и обвивката. Благодарение на разликата в показателите на пречупване и при условие, че ъгълът на падане надвиши критичния ъгъл, лъчът се рефлектира обратно в ядрото, вместо да премине в обвивката. Този процес се повтаря непрекъснато по дължината на влакното, позволявайки на светлинния сигнал да се движи зигзагообразно по ядрото и да пътува от единия край на влакното до другия с висока ефективност и ниски загуби.

Така, тоталната вътрешна рефлексия е фундаменталният механизъм, който позволява дългобройната, високопропускна оптическа комуникация чрез оптически влакна.

Дефиниция на коаксиалния кабел

Коаксиалните кабели, обикновено наричани "коакс", са вид управляеми медии за предаване, използвани за пренасяне на електрически сигнали на разстояние. Те са конструирани като електрически проводници, които позволяват потока на електрони, обикновено направени с централен меден проводник поради неговата отлична проводимост.

Коаксиалният кабел се състои от няколко слоя: централен меден проводник (силно или многожилев), обграждан от диелектричен изолиращ слой, който е после обграждан от цилиндрична проводяща обвивка - обикновено направена от плетена медь или алюминиева фолия. Тази многослойна структура е допълнително защитена от външен изолиращ яка, който предоставя механична сила и защита от околната среда.

Терминът "коаксиален" произлиза от факта, че вътрешният проводник и външната обвивка споделят същата геометрична ос. Този дизайн помага да се намалят електромагнитните interferенции (EMI) и загубите на сигнала, правейки коаксиалните кабели подходящи за предаване на високочестотни сигнали с добра целост.

Нека следната фигура илюстрира коаксиален кабел, използван за предаване на електрически сигнали:

Оптическо влакно:

Оптическите влакна се използват за предаване на сигнали на оптически честоти (светлина). Благодарение на високата им пропускна способност, имунитет към електромагнитни interferенции и ниските загуби на сигнала, те са широко използвани в високо-дефиниционното телевизионно (HDTV), телекомуникационни мрежи, центрове за данни, медицински изображения и хирургически системи (например, ендоскопия) и аерокосмически приложения.

Коаксиален кабел:

Коаксиалните кабели се използват главно за предаване на радиочестотни (RF) сигнали. Те са общо срещани в системи за разпределение на кабелна телевизия (CATV), широколентови интернет връзки (например, кабелни модеми), телефонни мрежи и различни радиокомуникационни системи, включително антенни подавания и сетево оборудване.

Заключение

И оптическите влакна, и коаксиалните кабели служат като важни управляеми медии за предаване на сигнали, но те се различават фундаментално по типа сигнали, които пренасят - оптическите влакна пренасят светлинни сигнали, докато коаксиалните кабели пренасят електрически сигнали. Тези разлики водят до различни характеристики на производителност, правейки всеки подходящ за специфични приложения. В резултат, те се използват в допълващи, а не заменящи се роли в съвременните комуникационни и електронни системи.