Optische vezel vs coaxiale kabel | Verschillen in signaaltype, structuur en toepassing

Zowel glasvezel als coaxiale kabel zijn soorten geleide transmissiemedia. Echter, verschillende belangrijke factoren onderscheiden de twee. Het meest fundamentele verschil ligt in het type signaal dat ze overbrengen: glasvezel is ontworpen om optische (licht)signalen te dragen, terwijl coaxiale kabel wordt gebruikt voor het overbrengen van elektrische signalen.

Definitie van Glasvezel

Glasvezels zijn flexibele, doorzichtige golfgeleiders die worden gebruikt om lichtsignalen met minimale verlies van het ene einde naar het andere te overbrengen. Ze bestaan voornamelijk uit hoogzuiver glas (meestal silica) of soms plastic, en bestaan uit een kern- en mantelstructuur.

De kern is het centrale, innerlijke gebied gemaakt van ultrazuiver silica-glas, waarlangs licht zich voortplant. Het wordt omringd door een laag genaamd de mantel, die ook van glas is gemaakt, maar met een lagere brekingsindex dan de kern. Dit verschil in brekingsindex maakt totale interne reflectie mogelijk, waardoor licht lange afstanden kan afleggen met weinig demping.

Om de kwetsbare glasstructuur te beschermen tegen fysieke schade, vocht en milieustress, wordt de volledige vezelopstelling omhuld door een beschermende buitenlaag, bekend als een buffercoating of plastic jasje.

De onderstaande figuur illustreert de schematische structuur van een glasvezel:

Een optisch signaal wordt via de principes van totale interne reflectie (TIR) door een glasvezel overgebracht. Wanneer licht in de vezel wordt geïntroduceerd, reist het door de kern door opeenvolgende reflecties aan de grens tussen de kern en de mantel.

Opdat totale interne reflectie kan plaatsvinden, moet de brekingsindex van de kern hoger zijn dan die van de mantel. Dit verschil in index is essentieel om het licht efficiënt langs de vezel te leiden met minimale verlies.

Volgens het principe van TIR, wanneer een lichtstraal die in een dichter medium (de kern) reist, de grens met een zeldzamer medium (de mantel) raakt op een hoek groter dan de kritische hoek, wordt de straal volledig teruggekaatst in het dichtere medium, in plaats van te worden gebroken. Dit fenomeen stelt het licht in staat om binnen de kern beperkt te blijven.

Wanneer een lichtstraal de kern binnengaat, reist deze totdat hij de kern-mantelgrens bereikt. Vanwege het verschil in brekingsindices, en mits de invalshoek de kritische hoek overschrijdt, wordt de straal teruggekaatst in de kern in plaats van in de mantel te passeren. Dit proces herhaalt zich continu langs de lengte van de vezel, waardoor het lichtsignaal zigzag door de kern reist en van het ene eind van de vezel naar het andere met hoge efficiëntie en lage demping kan reizen.

Dus, totale interne reflectie is het fundamentele mechanisme dat langeafstands, hoogbandbreedte optische communicatie via glasvezels mogelijk maakt.

Definitie van Coaxiale Kabel

Coaxiale kabels, vaak kortweg "coax" genoemd, zijn een type geleid transmissiemedium dat wordt gebruikt voor het overbrengen van elektrische signalen over een afstand. Ze zijn vervaardigd als elektrische geleiders die de stroom van elektronen toestaan, meestal gemaakt met een centrale kern van koper vanwege de uitstekende geleidbaarheid.

Een coaxiale kabel bestaat uit verschillende lagen: een centrale koperen geleider (massief of gevlochten), omgeven door een dielectrische isolatielaag, die vervolgens wordt omhuld door een cilindrische geleidende schild, meestal gemaakt van gevlochten koper of aluminiumfolie. Deze gelagde structuur wordt verder beschermd door een buitenste isolerende jasje dat mechanische sterkte en milieubescherming biedt.

De term "coaxiaal" komt voort uit het feit dat de binnenste geleider en het buitenste schild dezelfde geometrische as delen. Deze ontwerp helpt elektromagnetische interferentie (EMI) en signaalverlies te minimaliseren, waardoor coaxiale kabels geschikt zijn voor het overbrengen van hoogfrequentsignalen met goede integriteit.

De onderstaande figuur illustreert een coaxiale kabel die wordt gebruikt voor het overbrengen van elektrische signalen:

Glasvezel:

Glasvezels worden gebruikt om signalen op optische frequenties (licht) te overbrengen. Vanwege hun hoge bandbreedte, immuniteit voor elektromagnetische interferentie en lage signaalverlies, worden ze breed toegepast in high-definition televisie (HDTV), telecommunicatienetwerken, datacenters, medische beeldvorming en chirurgische systemen (zoals endoscopie) en ruimtevaarttoepassingen.

Coaxiale Kabel:

Coaxiale kabels worden voornamelijk gebruikt voor het overbrengen van radiofrequenties (RF)-signalen. Ze komen veel voor in kabeltelevisie (CATV)-distributiesystemen, breedbandinternetverbindingen (bijvoorbeeld kabelmodems), telefoonnetwerken en diverse radiocommunicatiesystemen, inclusief antennevoedingen en netwerkapparatuur.

Conclusie

Zowel glasvezel als coaxiale kabel dienen als essentiële geleide media voor signaaloverdracht, maar ze verschillen fundamenteel in het type signaal dat ze overbrengen - glasvezels overbrengen lichtsignalen, terwijl coaxiale kabels elektrische signalen overbrengen. Deze verschillen leiden tot verschillende prestatiekenmerken, waardoor elk geschikt is voor specifieke toepassingen. Daarom worden ze in complementaire, in plaats van wisselbare, rollen ingezet in moderne communicatie- en elektronische systemen.