Optisk fiber vs koaksialkabel | Forskjeller i signaltype struktur og anvendelse

Både fiberkabler og koaksialkabler er typer med ledet overføringsmedium. Imidlertid skiller flere nøkkelfaktorer de to fra hverandre. Den mest grunnleggende forskjellen ligger i typen signal de overfører: fiberkabler er designet for å bære optiske (lys) signaler, mens koaksialkabler brukes for å overføre elektriske signaler.

Definisjon av fiberkabel

Fiberkabler er buktige, gjennomsiktige bølgelider som brukes til å overføre lysignal fra den ene enden til den andre med minimal tap. De består hovedsakelig av høyrenset glas (vanligvis silika) eller noen ganger plast, og består av en kjernestruktur og et kladdingsskall.

Kjernen er den sentrale, innerste regionen laget av ultra-ren silikaglas, gjennom hvilken lys propagerer. Den er omgitt av et lag kalt kladding, som også er laget av glas, men med en lavere brytningsindeks enn kjernen. Dette forskjellen i brytningsindeks gjør det mulig med total intern refleksjon, noe som lar lys reise lange strekninger med lav demping.

For å beskytte den skjøre glasstrukturen mot fysisk skade, fuktighet og miljøbelastning, er hele fiberoppsettet omsluttet av et beskyttende ytre lag kjent som en bufferbelægning eller plastjakke.

Figuren nedenfor viser den skematiske strukturen av et fiberkabel:

Et lysignal overføres gjennom et fiberkabel ved hjelp av prinsippet om total intern refleksjon (TIR). Når lys innføres i fibra, propagerer det gjennom kjernen ved å undergå påfølgende refleksjoner ved grensen mellom kjernen og kladdingen.

For at total intern refleksjon skal forekomme, må brytningsindeksen til kjernen være høyere enn den til kladdingen. Denne forskjellen i indeks er essensiell for å guide lyset effektivt langs fibra med minimal tap.

Ifølge prinsippet om TIR, når et lysstråle som beveger seg i et tettere medium (kjernen) treffer grensa med et rarer medium (kladdingen) med en vinkel større enn den kritiske vinkelen, blir strålen helt reflektert tilbake til det tettere mediumet, i stedet for å bli bredd ut. Dette fenomenet lar lyset bli begrenset innenfor kjernen.

Når et lysstråle går inn i kjernen, reiser det seg frem til grensa mellom kjernen og kladdingen. På grunn av forskjellen i brytningsindeks, og gitt at inngangsvinkelen overstiger den kritiske vinkelen, blir strålen reflektert tilbake til kjernen i stedet for å gå inn i kladdingen. Denne prosessen gjentar seg jevnlig langs lengden av fibra, noe som gjør at lysignalet kan zigzagge nedover kjernen og reise fra den ene enden av fibra til den andre med høy effektivitet og lav demping.

Således er total intern refleksjon den grunnleggende mekanismen som gjør det mulig med langdistanse, høy-breddebane optisk kommunikasjon gjennom fiberkabler.

Definisjon av koaksialkabel

Koaksialkabler, ofte referert til som "koaks," er en type ledet overføringsmedium som brukes for å overføre elektriske signaler over en distanse. De er konstruert som elektriske ledere som tillater elektronflyt, vanligvis laget med en sentral kjern av kobber på grunn av dets fremragende ledeevne.

Et koaksialkabel består av flere lag: en sentral kobberleder (solid eller stranded), omgitt av et dielektrisk isoleringslag, som igjen er omsluttet av et sylindrisk ledende skjold - vanligvis laget av flokket kobber eller aluminiumsfolie. Denne lagde strukturen er videre beskyttet av en ytre isolerende jakke som gir mekanisk styrke og miljøbeskyttelse.

Terminen "koaksial" kommer av at den indre lederen og det ytre skjoldet deler samme geometriske akse. Dette designet bidrar til å minimere elektromagnetisk støy (EMI) og signaltap, noe som gjør koaksialkabler egnet for å overføre høyfrekvente signaler med god integritet.

Figuren nedenfor viser et koaksialkabel som brukes for overføring av elektriske signaler:

Fiberkabel:

Fiberkabler brukes til å overføre signaler ved optiske frekvenser (lys). På grunn av deres høye breddebane, immunitet mot elektromagnetisk støy og lav signaldemping, er de vidt anvendt i høydefinisjonstv (HDTV), telekommunikasjonsnettverk, datasentre, medisinsk bilde- og kirurgiske systemer (som endoskopi) og romfartsapplikasjoner.

Koaksialkabel:

Koaksialkabler brukes hovedsakelig for å overføre radiofrekvens (RF) signaler. De er vanlige i kabel-TV (CATV) distribusjonssystemer, bredbåndsinternettforbindelser (f.eks. kabelmodemer), telefonnettverk og ulike radiokommunikasjonssystemer, inkludert antennefoeding og nettverksutstyr.

Konklusjon

Både fiberkabler og koaksialkabler fungerer som viktige ledede medier for signaloverføring, men de skiller seg grunnleggende i typen signal de bærer - fiberkabler overfører lysignal, mens koaksialkabler bærer elektriske signaler. Disse forskjellene fører til distinkte ytelsesegenskaper, som gjør hver enkelt egnet for spesifikke applikasjoner. Dermed benyttes de i komplementære, snarere enn byttingsmessige, roller i moderne kommunikasjons- og elektroniske systemer.