Fibra ottica vs Cavo coassiale | Differenze di tipo di segnale struttura e applicazioni

Entrambi i cavi ottici e i cavi coassiali sono tipi di mezzi di trasmissione guidati. Tuttavia, diversi fattori chiave li distinguono. La differenza più fondamentale risiede nel tipo di segnale che trasmettono: il cavo ottico è progettato per trasportare segnali ottici (luminosi), mentre il cavo coassiale viene utilizzato per la trasmissione di segnali elettrici.

Definizione del Cavo Ottico

I cavi ottici sono guide d'onda flessibili e trasparenti utilizzate per trasmettere segnali luminosi da un'estremità all'altra con una perdita minima. Sono principalmente realizzati in vetro di alta purezza (solitamente silice) o talvolta in plastica, e consistono in una struttura composta da nucleo e rivestimento.

Il nucleo è la regione centrale e interna, fatta di vetro di silice ultra-puro, attraverso il quale si propaga la luce. È circondato da uno strato chiamato rivestimento, anch'esso fatto di vetro ma con un indice di rifrazione inferiore rispetto al nucleo. Questa differenza di indice di rifrazione consente la riflessione totale interna, permettendo alla luce di viaggiare lunghe distanze con bassa attenuazione.

Per proteggere la fragile struttura di vetro da danni fisici, umidità e stress ambientali, l'intero assemblaggio della fibra è racchiuso in uno strato protettivo esterno noto come rivestimento buffer o guaina di plastica.

La figura sottostante illustra la struttura schematica di un cavo ottico:

Un segnale ottico viene trasmesso attraverso un cavo ottico tramite il principio della riflessione totale interna (RTI). Quando la luce viene introdotta nella fibra, si propaga attraverso il nucleo subendo successive riflessioni all'interfaccia tra il nucleo e il rivestimento.

Affinché avvenga la riflessione totale interna, l'indice di rifrazione del nucleo deve essere superiore a quello del rivestimento. Questa differenza di indice è essenziale per guidare la luce lungo la fibra con una perdita minima.

Secondo il principio della RTI, quando un raggio luminoso che viaggia in un mezzo più denso (il nucleo) colpisce il confine con un mezzo meno denso (il rivestimento) con un angolo maggiore dell'angolo critico, il raggio viene completamente riflesso indietro nel mezzo più denso, invece di essere riflesso fuori. Questo fenomeno permette alla luce di rimanere confinata all'interno del nucleo.

Quando un raggio luminoso entra nel nucleo, viaggia fino a raggiungere il confine nucleo-rivestimento. A causa della differenza di indici di rifrazione e a condizione che l'angolo di incidenza superi l'angolo critico, il raggio viene riflesso nuovamente nel nucleo invece di passare nel rivestimento. Questo processo si ripete continuamente lungo la lunghezza della fibra, consentendo al segnale luminoso di zigzagare lungo il nucleo e viaggiare da un'estremità all'altra della fibra con alta efficienza e bassa attenuazione.

Pertanto, la riflessione totale interna è il meccanismo fondamentale che consente la comunicazione ottica a lunga distanza e ad alta banda attraverso i cavi ottici.

Definizione del Cavo Coassiale

I cavi coassiali, comunemente noti come "coax", sono un tipo di mezzo di trasmissione guidato utilizzato per trasportare segnali elettrici su una certa distanza. Sono costruiti come conduttori elettrici che permettono il flusso di elettroni, solitamente realizzati con un nucleo centrale di rame a causa della sua eccellente conducibilità.

Un cavo coassiale è composto da diversi strati: un conduttore centrale di rame (solido o intrecciato), circondato da uno strato isolante dielettrico, che a sua volta è racchiuso da uno scudo conduttore cilindrico, solitamente fatto di rame intrecciato o lamina di alluminio. Questa struttura stratificata è ulteriormente protetta da una guaina isolante esterna che fornisce resistenza meccanica e protezione ambientale.

Il termine "coassiale" deriva dal fatto che il conduttore interno e lo scudo esterno condividono lo stesso asse geometrico. Questo design aiuta a minimizzare le interferenze elettromagnetiche (EMI) e la perdita di segnale, rendendo i cavi coassiali adatti per la trasmissione di segnali ad alta frequenza con buona integrità.

La figura sottostante illustra un cavo coassiale utilizzato per la trasmissione di segnali elettrici:

Cavo Ottico:

I cavi ottici vengono utilizzati per trasmettere segnali a frequenze ottiche (luce). Grazie alla loro larga banda, immunità alle interferenze elettromagnetiche e bassa attenuazione del segnale, sono ampiamente impiegati in televisioni ad alta definizione (HDTV), reti di telecomunicazioni, centri dati, sistemi di imaging medico e chirurgico (come l'endoscopia) e applicazioni aerospaziali.

Cavo Coassiale:

I cavi coassiali sono principalmente utilizzati per la trasmissione di segnali a radiofrequenza (RF). Sono comuni nei sistemi di distribuzione della televisione via cavo (CATV), nelle connessioni internet a banda larga (ad esempio, modem via cavo), nelle reti telefoniche e in vari sistemi di comunicazione radio, inclusi i collegamenti alle antenne e l'equipaggiamento di rete.

Conclusione

Entrambi i cavi ottici e i cavi coassiali servono come mezzi di trasmissione guidati essenziali, ma differiscono fondamentalmente nel tipo di segnale che trasportano - i cavi ottici trasmettono segnali luminosi, mentre i cavi coassiali trasportano segnali elettrici. Queste differenze portano a caratteristiche di prestazione distinte, rendendo ciascuno adatto per specifiche applicazioni. Di conseguenza, vengono utilizzati in ruoli complementari, piuttosto che interscambiabili, nei moderni sistemi di comunicazione elettronica.