סיב אופטי לעומת כבל קואקסיאלי | הבדלים בסוג האות, מבנה ויישומים

הצינור האופטי והכבל הקואקסיאלי הם סוגים של מדיה מודרכה להעברת אותות. עם זאת, כמה גורמים עיקריים מבדילים ביניהם. ההבדל היסודי ביותר נובע מהסוג של אות שהם מעבירים: הצינור האופטי מיועד להוביל אותות אופטיים (אור), בעוד שהכבל הקואקסיאלי משמש להעברת אותות חשמליים.

הגדרת צינור אופטי

צינורות אופטיים הם מדריכי גלים גמישים ושקופים המשמשים להעברת אותות אור מפינה אחת לאחרת עם אובדן מינימלי. הם מתוכננים בעיקר מגלאס בעדינות גבוהה (בדרך כלל סיליקה) או לפעמים פלסטיק, ומכילים מבנה של ליבה וכיסוי.

הליבה היא האזור המרכזי והקרבי ביותר, המורכב מגלאס סיליקה בעדינות גבוהה מאוד, דרכו מתפשט האור. היא מוקפת שכבה בשם כיסוי, המורכבת גם היא מגלאס אך עם אינדקס שבירה נמוך יותר מהליבה. השוני באינדקס השבירה מאפשר שיקוף פנימי מלא, המאפשר לאור לנוע מרחקים ארוכים עם אובדן נמוך.

כדי להגן על המבנה הגלאסי הפגיע מזיהום פיזי, לחות ולחץ סביבתי, כל התצורה של הצינור מוקפת בשכבה חיצונית מגנה המכונה כיסוי חוצץ או תכשיט פלסטי.

השרטוט שלהלן מראה את המבנה הסכמטי של צינור אופטי:

אות אופטי מתועבר דרך צינור אופטי באמצעות עקרון השיקוף הפנימי המלא (TIR). כאשר אור מוכנס לתוך הצינור, הוא מתפשט דרך הליבה על ידי שיקופים רצופים בין הליבה לכיסוי.

כדי שתתרחש שיקוף פנימי מלא, אינדקס השבירה של הליבה צריך להיות גבוה יותר מאינדקס השבירה של הכיסוי. השוני באינדקס זה חיוני להובלת האור בצורה יעילה לאורך הצינור עם אובדן מינימלי.

לפי עקרון TIR, כאשר קרן אור נוסעת ב מדיום צפוף יותר (הליבה) ומגיעה לגבול עם מדיום דליל יותר (הכיסוי) בזוית גדולה מהזוית הקריטית, הקרן מצופה לחלוטין חזרה למדיום הצפוף במקום להתפזר החוצה. תופעה זו מאפשרת לאור להישאר בתוך הליבה.

כאשר קרן אור נכנסת לליבה, היא נוסעת עד שהיא מגיעה לגבול בין הליבה לכיסוי. בשל השוני באינדקס השבירה, ובהינתן שהזוית של הפגיעה עולה על הזוית הקריטית, הקרן מצופה חזרה לליבה במקום לעבור אל הכיסוי. תהליך זה חוזר שוב ושוב לאורך אורך הצינור, המאפשר לאות האור להתקדם במורד הליבה ולהגיע מקצה אחד של הצינור לשני עם יעילות גבוהה ואובדן נמוך.

כך, השיקוף הפנימי המלא הוא המנגנון הבסיסי המאפשר תקשורת אופטית למרחקים ארוכים ועם רוחב פס גבוה באמצעות צינורי אופטיים.

הגדרת כבל קואקסיאלי

כבלים קואקסיאליים, המכונים גם "קואקס", הם סוג של מדיה מודרכה המשמשת להעברת אותות חשמליים למרחק. הם בנויים כמגנטים חשמליים המאפשרים זרימת אלקטרונים, בדרך כלל עשויים מנחושת בשל מוליכותם הטובה.

כבל קואקסיאלי מורכב ממספר שכבות: מוליך מרכזי של נחושת (جامד או מסובך), המוקף בשכבה מבודדת דיאלקטרית, אשר בתורה מוקפת במעטפת מוליכת חשמל בצורת צילינדר – בדרך כלל עשויות מנחושת מקלשת או פחמן טיח. המבנה המשולש הזה מוגן בשכבה חיצונית מבודדת המספקת חוזק מכני והגנה סביבתית.

המונח "קואקסיאלי" נובע מהעובדה שהמוליך הפנימי והמעטפת החיצונית חולקים את אותו ציר גיאומטרי. לעיצוב זה יש את היתרונות של הפחתת הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) והאובדן של אות, מה שהופך את כבלים קואקסיאליים למתאימים להעברת אותות בתדר גבוה עם שלמות טובה.

השרטוט שלהלן מראה כבל קואקסיאלי המשמש להעברת אותות חשמליים:

צינור אופטי:

צינורות אופטיים משמשים להעברת אותות בתדרים אופטיים (אור). בשל רוחב הפס הגבוה שלהם, חוסר רגישות להפרעות אלקטרומגנטיות ואובדן אות נמוך, הם משמשים באופן נרחב בטלוויזיה בעלת הגדרה גבוהה (HDTV), רשתות תקשורת, מרכזי נתונים, מערכות הדמייה וניתוח רפואי (כמו אנדוסקופיה) ובקישורים אווירונאוטיים.

כבל קואקסיאלי:

כבלים קואקסיאליים משמשים בעיקר להעברת אותות בתדר רדיו (RF). הם נמצאים בשימוש נרחב במערכות הפצה של טלוויזיה בכבלים (CATV), חיבורי אינטרנט ברוחב פס רחב (לדוגמה, מודמים בכבלים), רשתות טלפון ומערכות תקשורת רדיו שונות, כולל הזנת אנטנות וציוד רשת.

סיכום

צינור אופטי וכבל קואקסיאלי משמשים כמדיות מודרכים חיוניים להעברת אותות, אך הם שונים באופן בסיסי בסוג האות שהם מעבירים - צינורות אופטיים מעבירים אותות אור, בעוד שכבלים קואקסיאליים מעבירים אותות חשמליים. ההבדלים הללו מובילים לתכונות ביצועיות שונות, מה שהופך כל אחד מהם מתאים ליישומים ספציפיים. כתוצאה מכך, הם משמשים בתפקידים משלימים, ולא ניתן להחליף אותם במערכות תקשורת ואלקטרוניקה מודרניות.