نوری سیم مقابل کابل کوآکسیال | تفاوت‌های نوع سیگنال، ساختار و کاربرد

همچنین الیاف نوری و کابل های کوآکسیال از نوع رسانه‌های انتقال هدایت شده هستند. با این حال، چند عامل کلیدی متمایز بین دو نوع وجود دارد. تفاوت اساسی‌ترین آن در نوع سیگنالی است که منتقل می‌کنند: الیاف نوری برای حمل سیگنال‌های نوری (نور) طراحی شده است، در حالی که کابل کوآکسیال برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

تعریف الیاف نوری

الیاف نوری وسایل موج‌رسان پلاستیکی و شفافی هستند که برای انتقال سیگنال‌های نوری از یک سر به سر دیگر با حداقل تلفات استفاده می‌شوند. آنها عموماً از شیشه با خلوص بالا (معمولاً سیلیکا) یا گاهی اوقات پلاستیک ساخته شده‌اند و شامل یک هسته و ساختار پوششی هستند.

هسته منطقه مرکزی و داخلی‌ترین بخش است که از شیشه سیلیکا با خلوص فوق‌العاده ساخته شده است، که از طریق آن نور منتشر می‌شود. آن را لایه‌ای به نام پوشش احاطه کرده است که نیز از شیشه ساخته شده است اما با شاخص انکسار کمتر از هسته. این تفاوت در شاخص انکسار اجازه می‌دهد تا انعکاس داخلی کامل رخ دهد و نور بتواند برای فواصل طولانی با تلفات کم حرکت کند.

برای محافظت از ساختار شیشه‌ای آسیب‌پذیر از آسیب‌های فیزیکی، رطوبت و تنش‌های محیطی، کل ترتیب الیاف در یک لایه محافظ خارجی به نام پوشش بافر یا جاکت پلاستیکی قرار داده شده است.

شکل زیر ساختار اسکیماتیک یک الیاف نوری را نشان می‌دهد:

یک سیگنال نوری از طریق اصل انعکاس داخلی کامل (TIR) از طریق یک الیاف نوری منتقل می‌شود. وقتی نور به الیاف معرفی می‌شود، از طریق هسته با انجام انعکاس‌های متوالی در مرز بین هسته و پوشش حرکت می‌کند.

برای رخ دادن انعکاس داخلی کامل، شاخص انکسار هسته باید بیشتر از پوشش باشد. این تفاوت در شاخص ضروری است تا نور به طور موثر از طریق الیاف با تلفات کم هدایت شود.

بر اساس اصل TIR، وقتی یک پرتو نوری در یک محیط متراکم‌تر (هسته) حرکت می‌کند و به مرز با یک محیط کم‌تراکم‌تر (پوشش) با زاویه‌ای بزرگتر از زاویه بحرانی برخورد می‌کند، پرتو کاملاً به محیط متراکم‌تر بازتاب می‌یابد و به جای خروج از پوشش، به هسته باز می‌گردد. این پدیده اجازه می‌دهد تا نور در هسته محبوس شود.

وقتی یک پرتو نوری وارد هسته می‌شود، تا زمانی که به مرز هسته-پوشش می‌رسد حرکت می‌کند. به دلیل تفاوت در شاخص‌های انکسار، و در صورتی که زاویه ورود بزرگتر از زاویه بحرانی باشد، پرتو به هسته بازتاب می‌یابد و به جای ورود به پوشش، به هسته بازمی‌گردد. این فرآیند به طور مداوم در طول الیاف تکرار می‌شود و اجازه می‌دهد تا سیگنال نوری به طور کارآمد و با تلفات کم از یک سر الیاف به سر دیگر حرکت کند.

بنابراین، انعکاس داخلی کامل مکانیزم اساسی است که اجازه می‌دهد ارتباطات نوری با فاصله طولانی و پهنای باند بالا از طریق الیاف نوری انجام شود.

تعریف کابل کوآکسیال

کابل‌های کوآکسیال، که معمولاً به عنوان "کوآکس" شناخته می‌شوند، نوعی از رسانه‌های انتقال هدایت شده‌اند که برای حمل سیگنال‌های الکتریکی در فاصله‌های مختلف استفاده می‌شوند. آنها به عنوان رسانای الکتریکی ساخته شده‌اند که اجازه می‌دهند الکترون‌ها حرکت کنند و معمولاً با یک هسته مرکزی از مس به دلیل رسانایی عالی آن ساخته می‌شوند.

یک کابل کوآکسیال شامل چندین لایه است: یک هادی مرکزی از مس (جامد یا مسیله)، محاط شده توسط یک لایه دی الکتریک عایق، که سپس توسط یک پوشش هادی استوانه‌ای - معمولاً از مس پلی‌شده یا فلز آلومینیوم - محاط شده است. این ساختار لایه‌ای توسط یک جاکت عایق خارجی محافظت می‌شود که قدرت مکانیکی و محافظت محیطی را فراهم می‌کند.

اصطلاح "کوآکسیال" از این واقعیت ناشی می‌شود که هادی داخلی و پوشش خارجی هم‌محور هستند. این طراحی به کمینه کردن تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تلفات سیگنال کمک می‌کند و کابل‌های کوآکسیال را برای انتقال سیگنال‌های با فرکانس بالا با تمامیت خوب مناسب می‌کند.

شکل زیر یک کابل کوآکسیال را که برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود نشان می‌دهد:

الیاف نوری:

الیاف نوری برای انتقال سیگنال‌ها در فرکانس‌های نوری (نور) استفاده می‌شوند. به دلیل پهنای باند بالا، عدم تأثیرگذاری توسط تداخل الکترومغناطیسی و تلفات سیگنال کم، آنها به طور گسترده در تلویزیون‌های تعریف بالا (HDTV)، شبکه‌های مخابراتی، مراکز داده، تصویربرداری پزشکی و سیستم‌های جراحی (مانند اندازه‌گیری)، و کاربردهای هوافضا استفاده می‌شوند.

کابل کوآکسیال:

کابل‌های کوآکسیال عمدتاً برای انتقال سیگنال‌های فرکانس رادیویی (RF) استفاده می‌شوند. آنها معمولاً در سیستم‌های توزیع تلویزیون کابلی (CATV)، اتصالات اینترنت پهن‌باند (مانند مودم‌های کابلی)، شبکه‌های تلفنی و سیستم‌های مخابرات رادیویی مختلف، از جمله تغذیه آنتن‌ها و تجهیزات شبکه یافت می‌شوند.

نتیجه‌گیری

هر دو الیاف نوری و کابل کوآکسیال به عنوان رسانه‌های هدایت شده‌ای مهم برای انتقال سیگنال عمل می‌کنند، اما از نظر نوع سیگنالی که منتقل می‌کنند متفاوت هستند - الیاف نوری سیگنال‌های نوری و کابل‌های کوآکسیال سیگنال‌های الکتریکی منتقل می‌کنند. این تفاوت‌ها منجر به ویژگی‌های عملکردی متمایز می‌شود که هر یک را برای کاربردهای خاص مناسب می‌کند. بنابراین، آنها در نقش‌های مکمل، نه جایگزین، در سیستم‌های مدرن ارتباطات و الکترونیکی استفاده می‌شوند.