Λειτουργία Φωτοελασμικού Σηματοδόχου έναντι Καλώδιου Coaxial | Διαφορές στον Τύπο, τη Δομή και τις Εφαρμογές του Σήματος

Τόσο τα οπτικά ινδια όσο και τα συνεχόμενα καλώδια είναι τύποι οδηγούμενων μέσων μεταφοράς. Ωστόσο, διάφοροι βασικοί παράγοντες τους διακρίνουν. Η πιο θεμελιώδης διαφορά βρίσκεται στον τύπο του σήματος που μεταφέρουν: τα οπτικά ινδια σχεδιάζονται για να μεταφέρουν οπτικά (φωτεινά) σήματα, ενώ τα συνεχόμενα καλώδια χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων.

Ορισμός Οπτικών Ινδιών

Τα οπτικά ινδια είναι ευέλικτες, διαφανείς κύματα-οδηγοί που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά φωτεινών σημάτων από το ένα άκρο στο άλλο με ελάχιστη απώλεια. Κατασκευάζονται κυρίως από υψηλής καθαρότητας γυαλί (συνήθως σιλικίου) ή μερικές φορές πλαστικό, και αποτελούνται από μια καρδιά και ένα στερεό δομικό στοιχείο.

Η καρδιά είναι η κεντρική, εσωτερική περιοχή, κατασκευασμένη από υψηλής καθαρότητας γυαλί σιλικίου, μέσα από το οποίο διαδίδεται το φως. Περιβάλλεται από ένα στρώμα που ονομάζεται στερεό, το οποίο είναι επίσης γυαλί, αλλά με χαμηλότερο δείκτη μετασχηματισμού από την καρδιά. Αυτή η διαφορά στον δείκτη μετασχηματισμού επιτρέπει την ολική εσωτερική ανακλαστικότητα, επιτρέποντας στο φως να ταξιδεύει μεγάλες αποστάσεις με χαμηλή απώλεια.

Για να προστατευτεί η ευάλωτη γυαλινή δομή από φυσική βλάβη, υγρασία και περιβαλλοντικό άνεμα, ολόκληρη η συντριβή του ινδίου είναι κατασκευασμένη μέσα σε ένα προστατευτικό εξωτερικό στρώμα γνωστό ως επίδασος ή πλαστική επένδυση.

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται η σχεδιαστική δομή ενός οπτικού ινδίου:

Ένα οπτικό σήμα μεταφέρεται μέσω ενός οπτικού ινδίου με την αρχή της ολικής εσωτερικής ανακλαστικότητας (TIR). Όταν το φως εισάγεται στο ινδί, διαδίδεται μέσα στην καρδιά μέσω διαδοχικών ανακλάσεων στον ορισμό μεταξύ καρδιάς και στερεού.

Για να συμβεί η ολική εσωτερική ανακλαστικότητα, ο δείκτης μετασχηματισμού της καρδιάς πρέπει να είναι υψηλότερος από αυτόν του στερεού. Αυτή η διαφορά στον δείκτη είναι απαραίτητη για να οδηγηθεί το φως αποτελεσματικά μακριά με ελάχιστη απώλεια.

Σύμφωνα με την αρχή της TIR, όταν ένας ακτινοβολής που ταξιδεύει σε πυκνότερο μέσο (η καρδιά) πλήττει τον ορισμό με λιγότερο πυκνό μέσο (το στερεό) με γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη γωνία, ο ακτινοβολής ανακλίνεται εντελώς πίσω στο πυκνότερο μέσο, αντί να ανακλίνεται έξω. Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει την εγκλωβισμό του φωτός μέσα στην καρδιά.

Όταν ένας ακτινοβολής εισέρχεται στην καρδιά, ταξιδεύει μέχρι να φτάσει στον ορισμό καρδιάς-στερεό. Λόγω της διαφοράς στους δείκτες μετασχηματισμού, και εφόσον η γωνία εισόδου υπερβαίνει την κρίσιμη γωνία, ο ακτινοβολής ανακλίνεται πίσω στην καρδιά αντί να περάσει στο στερεό. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς κατά τη διάρκεια του μήκους του ινδίου, επιτρέποντας στο φωτεινό σήμα να περάσει με ζιγκ ζαγκ στην καρδιά και να ταξιδέψει από το ένα άκρο του ινδίου στο άλλο με υψηλή αποτελεσματικότητα και χαμηλή απώλεια.

Επομένως, η ολική εσωτερική ανακλαστικότητα είναι η βασική μηχανική που επιτρέπει τη μακρινή, υψηλή πλάτος ζωνής οπτική επικοινωνία μέσω οπτικών ινδίων.

Ορισμός Συνεχούς Καλώδιου

Τα συνεχή καλώδια, γνωστά ως "coax", είναι ένας τύπος οδηγούμενων μέσων μεταφοράς που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις. Κατασκευάζονται ως ηλεκτρικοί οδηγοί που επιτρέπουν την ροή ηλεκτρονίων, συνήθως με κεντρική καρδιά από χάλυβα λόγω της εξαιρετικής διαγωγικότητάς του.

Ένα συνεχές καλώδιο αποτελείται από πολλά στρώματα: μια κεντρική καρδιά από χάλυβα (ομογενή ή συνειδημένη), περιβαλλόμενη από ένα διηλεκτικό απομονωτικό στρώμα, το οποίο στη συνέχεια είναι κατασκευασμένο μέσα σε έναν κυλινδρικό συνειδημένο φράχτη—συνήθως από πλεταρισμένο χάλυβα ή αλουμίνιο φόλιο. Αυτή η στρωτή δομή είναι περαιτέρω προστατευμένη από ένα εξωτερικό απομονωτικό ενδυμα, το οποίο παρέχει μηχανική αντοχή και περιβαλλοντική προστασία.

Η ονομασία "συνεχές" προέρχεται από το γεγονός ότι η εσωτερική καρδιά και ο εξωτερικός φράχτης μοιράζονται τον ίδιο γεωμετρικό άξονα. Αυτή η σχεδίαση βοηθά στον ελαχιστοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης (EMI) και της απώλειας του σήματος, κάνοντας τα συνεχή καλώδια κατάλληλα για τη μεταφορά υψηλής συχνότητας σημάτων με καλή ακεραιότητα.

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ένα συνεχές καλώδιο που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων:

Οπτικά Ινδια:

Τα οπτικά ινδια χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά σημάτων σε οπτικές συχνότητες (φως). Λόγω της υψηλής πλάτους ζωνής, της ανοσίας στην ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση και της χαμηλής απώλειας του σήματος, είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα σε υψηλή ορατότητα τηλεόραση (HDTV), δίκτυα τηλεπικοινωνιών, κέντρα δεδομένων, ιατρική εικονογράφηση και χειρουργικά συστήματα (όπως η ενδοσκοπία) και εφαρμογές αεροδιαστημικής.

Συνεχές Καλώδιο:

Τα συνεχή καλώδια χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μεταφορά ραδιοφωνικών σημάτων (RF). Είναι κοινά σε συστήματα κατανομής καλωδιακής τηλεόρασης (CATV), συνδέσεις ευρύ καταναλωτικού Διαδικτύου (π.χ., καλωδιακοί μοντέμ), τηλεφωνικά δίκτυα και διάφορα ραδιοεπικοινωνιακά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των εισαγωγών αντέννων και εξοπλισμού δικτύωσης.

Συμπέρασμα

Και τα οπτικά ινδια και τα συνεχή καλώδια λειτουργούν ως ουσιώδη οδηγούμενα μέσα για τη μεταφορά σημάτων, αλλά διαφέρουν θεμελιωδώς στον τύπο σήματος που μεταφέρουν—τα οπτικά ινδια μεταφέρουν φωτεινά σήματα, ενώ τα συνεχή καλώδια μεταφέρουν ηλεκτρικά σήματα. Αυτές οι διαφορές οδηγούν σε διαφορετικές χαρακτηριστικές επιδόσεις, κάνοντας καθένα κατάλληλο για συγκεκριμένες εφαρμογές. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται σε συμπληρωματικές, και όχι αντικαταστάσιμες, ρόλους σε σύγχρονα συστήματα επικοινωνίας και ηλεκτρονικά.