Valokuitu vs kaksiakselinen kaapeli | Signaalityypit rakenne ja sovelluserot

Optinen kaapeli ja koaksiaalikaapeli ovat molemmat ohjattuja siirtymedia. Kuitenkin useat avaintekijät erottavat ne toisistaan. Perusero on siinä, mitä tyyppistä signaalia ne välittävät: optinen kaapeli on suunniteltu kantamaan optisia (valoa) signaaleja, kun taas koaksiaalikaapelia käytetään sähköisten signaalien välittämiseen.

Optisen kaapelun määritelmä

Optiset kaapelut ovat joustavat, läpinäkyvät aaltopohjaiset johtimet, joita käytetään valosignaalien siirtämiseen yhdestä päähän toiseen vähimmäisellä häviöllä. Ne on pääasiassa tehty korkeapuhtaudesta lasista (yleensä kvartsi) tai joskus muovista, ja ne koostuvat ytimestä ja pehmeästä rakenteesta.

Ydin on keskimmäinen, sisimmällä oleva alue, joka on tehty ultra-puhdasta kvartsilastia, jonka läpi valo etenee. Sitä ympäröi pehmeä, joka myös on lasia, mutta sen taitekerroin on alempi kuin ytimessä. Tämä taitekerroinero mahdollistaa täydellisen sisäisen heijastumisen, mikä sallii valon kulkea pitkiä matkoja pienellä heikentyvillä.

Suojatakseen haurasta lasirakennetta fyysiseltä vahingolta, kosteudelta ja ympäristön aiheuttamilta stressiltä, koko kaapeliasemus on upotettu suojavaan ulkopintaan, jota kutsutaan vahvuuskansioksi tai muovipuseroksi.

Alla oleva kuva havainnollistaa optisen kaapelin kaaviomaaritelman:

Optinen signaali siirretään optisessa kaapelissa täydellisen sisäisen heijastumisen (TIR) periaatteella. Kun valo tuodaan kaapeleeseen, se etenee ytimessä menemällä peräkkäisiä heijastumisia ytimen ja pehmeän rajapinnalla.

Täydellisen sisäisen heijastumisen tapahtumiseksi ytimen taitekerroin on oltava korkeampi kuin pehmeän. Tämä ero on olennainen valon ohjaukselle kaapelissa vähimmäisellä häviöllä.

TIR-periaatteen mukaan, kun valosäde, joka liikkuu tiheässä mediassa (ytimessä), osuu rajapintaan harvan median (pehmeän) kanssa kulmassa, joka on suurempi kuin kriittinen kulma, säde heijastuu kokonaan takaisin tiheämpään mediaan, eikä se refraktoidu ulos. Tämä ilmiö sallii valon rajoittua ytimeen.

Kun valosäde astuu ytimeen, se kulkee, kunnes se saavuttaa ytimen ja pehmeän rajapinnan. Taitekerroinerojen vuoksi, ja jos tulokulma ylittää kriittisen kulman, säde heijastuu takaisin ytimeen eikä kulje pehmeään. Tämä prosessi toistuu jatkuvasti kaapelinvaiheen ajan, mikä mahdollistaa valosignaalin ziga-zag-kulkemisen ytimessä ja tehokkaan kuljetuksen yhdestä kaapelinvaiheen päähän toiseen pienellä heikentyvillä.

Näin ollen täydellinen sisäinen heijastuminen on perustavanlaatuinen mekanismi, joka mahdollistaa pitkän matkan, laajakaistan optisen kommunikaation optisilla kaapeleilla.

Koaksiaalikaapelin määritelmä

Koaksiaalikaapelit, joita yleensä kutsutaan "koaksi", ovat ohjattuja siirtymediaa, joita käytetään sähköisten signaalien siirtämiseen etäisyyden yli. Ne on rakennettu sähköjohtajina, jotka sallivat elektronien virtaus, yleensä kuparin keskiosan ansiosta sen erinomaiseen johtavuuteen.

Koaksiaalikaapeli koostuu useista kerroksista: kuparin keskijohtaja (yhdenmuotoinen tai moniliitin), jota ympäröi dielektrinen eristekerros, joka on sitten upotettu sylinterimäiseen johtavaan suojakerrokseen, joka on yleensä tehty ristinkuitusta kuparista tai alumiinin foliosta. Tämä kerroksellinen rakenne on edelleen suojattu ulkoisella eristävällä housulla, joka tarjoaa mekaanista vahvuutta ja ympäristösuojaa.

Termi "koaksiaalinen" tulee siitä, että sisäinen johtaja ja ulkoinen suojakerros jakavat saman geometrisen akselin. Tämä suunnittelu auttaa minimoimaan sähkömagneettisen häiriön (EMI) ja signaalihäviön, mikä tekee koaksiaalikaapeleista sopivia korkean taajuuden signaalien siirtämiseen hyvällä eheydellä.

Alla oleva kuva havainnollistaa koaksiaalikaapelien käyttöä sähköisten signaalien siirtämiseen:

Optinen kaapeli:

Optisia kaapeleita käytetään optisten taajuusten (valo) signaalien siirtämiseen. Niiden korkean kaistanleveyden, sähkömagneettisen häiriön vastustuksen ja signaalihäviön pieneyden vuoksi niitä käytetään laajasti korkean määrittelyn televisio- (HDTV) -sovelluksissa, televerkoissa, tiedonsiirtokeskuksissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja kirurgisissa järjestelmissä (esimerkiksi endoskopioissa) sekä avaruusteollisuudessa.

Koaksiaalikaapeli:

Koaksiaalikaapeleita käytetään pääasiassa radiofrekvenssien (RF) signaalien siirtämiseen. Niitä löytyy yleisesti kabelitelevision (CATV) jakelujärjestelmistä, laajakaistayhteyksistä (esimerkiksi kabelimodemit), puhelinverkoista ja erilaisista radiokommunikaatiojärjestelmistä, kuten antennivalitsemissa ja verkkolaitteissa.

Yhteenveto

Optiset kaapelit ja koaksiaalikaapelit toimivat olennaana ohjatuina siirtymedia-tyypeinä, mutta ne eroavat perustavasti siinä, mitä tyyppistä signaalia ne kantavat – optiset kaapelit kantavat valosignaaleja, kun taas koaksiaalikaapelit kantavat sähköisiä signaaleja. Nämä erot johtavat erilaisiin suorituskykyominaisuuksiin, mikä tekee niistä soveltuvin erityyppisiin sovelluksiin. Tämän vuoksi niitä käytetään täydentävinä, ei vaihdettavinä rooleina nykyaikaisissa kommunikaatio- ja sähköjärjestelmissä.