Optisk Fiber vs. Koaksial Kabel | Forskelle i Signaltype Struktur & Anvendelse

Både optiske fiber og koaksialkabler er typer af ledet transmissionsmedier. Dog adskiller flere nøgler faktorer de to. Den mest grundlæggende forskel ligger i typen af signal, de transmitterer: optiske fibere er designet til at bære optiske (lys) signaler, mens koaksialkabler anvendes til at sende elektriske signaler.

Definition af optisk fiber

Optiske fibere er fleksible, gennemsigtige bølgemediere, der bruges til at overføre lys-signaler fra den ene ende til den anden med minimal tab. De består hovedsageligt af højrenhed glas (normalt silika) eller nogle gange plastik, og består af en kerne- og kladningsstruktur.

Kernen er den centrale, innerste region lavet af ultrarent silikaglas, hvorigennem lys propagerer. Den omgives af et lag kaldet kladningen, som også er lavet af glas, men med en lavere brydningsindex end kernen. Dette brydningsindex-forskelle gør det muligt at have total indre refleksion, hvilket tillader lys at rejse lange afstande med lav dæmpning.

For at beskytte den fragile glasstruktur mod fysisk skade, fugt og miljøstress, er hele fibermonteringen indkapslet i en beskyttende ydre lag kendt som en bufferbelægning eller plastikjakke.

Figuren nedenfor illustrerer den skematiske struktur af en optisk fiber:

Et optisk signal transmitteres gennem en optisk fiber via principperne for total indre refleksion (TIR). Når lys introduceres i fiberen, propagerer det gennem kernen ved at udsætte sig for successive refleksioner ved grænsen mellem kernen og kladningen.

For at total indre refleksion kan forekomme, skal brydningsindextet for kernen være højere end for kladningen. Dette indexforskel er afgørende for at guide lyset effektivt langs fiberen med minimal tab.

Ifølge TIR-princippet, når et lysstråle, der bevæger sig i et tættere medium (kernen), rammer grænsen med et sjældnere medium (kladningen) ved en vinkel, der overstiger den kritiske vinkel, bliver strålen helt reflekteret tilbage ind i det tættere medium, i stedet for at blive bremsket ud. Dette fænomen gør det muligt at holde lyset indespærret i kernen.

Når et lysstråle går ind i kernen, rejser det, indtil det når grænsen mellem kernen og kladningen. På grund af forskellen i brydningsindicer, og hvis vinklen af indfald overstiger den kritiske vinkel, reflekteres strålen tilbage ind i kernen i stedet for at gå ind i kladningen. Dette proces gentager sig kontinuerligt langs fiberens længde, hvilket gør det muligt for lyssignalet at zigzag ned gennem kernen og rejse fra den ene ende af fiberen til den anden med høj effektivitet og lav dæmpning.

Dermed er total indre refleksion den fundamentale mekanisme, der gør det muligt at overføre lys-signaler over lange afstande med høj båndbredde gennem optiske fibere.

Definition af koaksialkabel

Koaksialkabler, ofte refereret til som "koaks," er en type ledet transmissionsmedium, der anvendes til at sende elektriske signaler over en afstand. De er konstrueret som elektriske ledere, der tillader elektronernes flow, normalt lavet med en central kerne af kobber på grund af dens fremragende leddighed.

Et koaksialkabel består af flere lag: en central kobberleder (solid eller stranded), omgivet af et dielektrisk isolerende lag, som derefter er indkapslet af et cylindrisk leder-skjold - normalt lavet af flojet kobber eller aluminiumsfolie. Denne lagrede struktur er yderligere beskyttet af en ydre isolerende jakke, der giver mekanisk styrke og miljøbeskyttelse.

Terminen "koaksial" kommer af, at den indre leder og den ydre skjold deler samme geometriske akse. Dette design hjælper med at minimere elektromagnetisk støj (EMI) og signaltab, hvilket gør koaksialkabler egnet til at sende højfrekvenssignaler med god integritet.

Figuren nedenfor illustrerer et koaksialkabel, der anvendes til transmission af elektriske signaler:

Optisk fiber:

Optiske fibere anvendes til at sende signaler på optiske frekvenser (lys). På grund af deres høje båndbredde, immunsystem mod elektromagnetisk støj, og lav signaltab, anvendes de bredt i højopløselig fjernsyn (HDTV), telekommunikationsnetværk, datacentre, medicinsk billedgivning og kirurgiske systemer (som endoskopi), samt i luft- og rumfart.

Koaksialkabel:

Koaksialkabler anvendes primært til at sende radiobølgesignaler (RF). De findes ofte i kabel-TV (CATV) distributionsystemer, bredbåndsinternetforbindelser (fx kabelmodems), telefonnetværk, og diverse radiokommunikationssystemer, herunder antennefeeds og netværksudstyr.

Konklusion

Både optiske fibere og koaksialkabler fungerer som væsentlige ledede medier til signaltransmission, men de adskiller sig fundamentalt i typen af signal, de bærer - optiske fibere transmitterer lys-signaler, mens koaksialkabler bærer elektriske signaler. Disse forskelle fører til distinkte ydeevneegenskaber, der gør hver af dem egnet til specifikke anvendelser. Derfor anvendes de i komplementære, snarere end bytbar roller, i moderne kommunikations- og elektroniksystemer.