Szkło wiotko przeciwko kablowi koaksjalnemu | Różnice w typie sygnału strukturze i zastosowaniach

Optyczne włókno i kabel koaksjalny to rodzaje przewodów transmisyjnych. Niemniej jednak kilka kluczowych czynników odróżnia te dwa rodzaje. Najbardziej fundamentalna różnica polega na typie sygnału, który przesyłają: optyczne włókno jest zaprojektowane do przesyłania sygnałów optycznych (światła), podczas gdy kabel koaksjalny służy do przesyłania sygnałów elektrycznych.

Definicja optycznego włókna

Optyczne włókna to elastyczne, przezroczyste przewodniki fal używane do przesyłania sygnałów świetlnych z jednego końca na drugi z minimalnymi stratami. Są one głównie wykonane z wysokiej czystości szkła (zwykle kwarcu) lub czasami z tworzywa sztucznego, i składają się z rdzenia i otoczki.

Rdzeń to centralna, najbardziej wewnętrzna część wykonana z ultraczystego szkła kwarcowego, przez które propaguje się światło. Otaczająca go warstwa zwana otoczką również jest wykonana ze szkła, ale o niższym współczynniku załamania niż rdzeń. Ta różnica współczynników załamania umożliwia całkowite wewnętrzne odbicie, pozwalając światłu podróżować na duże odległości z niskimi stratami.

Aby chronić kruchą strukturę szklaną przed uszkodzeniami mechanicznymi, wilgocią i stresami środowiskowymi, całe zespół włókna jest umieszczony w ochronnej warstwie zewnętrzną znaną jako powłoka buforująca lub obudowa plastikowa.

Poniższy rysunek ilustruje schematyczną strukturę optycznego włókna:

Sygnał optyczny jest przesyłany przez optyczne włókno dzięki zasądowi całkowitego wewnętrznego odbicia (TIR). Gdy światło zostanie wprowadzone do włókna, propaguje się ono przez rdzeń poprzez kolejne odbicia na granicy między rdzeniem a otoczką.

Aby wystąpiło całkowite wewnętrzne odbicie, współczynnik załamania rdzenia musi być wyższy niż współczynnik załamania otoczki. Ta różnica współczynników jest niezbędna do skutecznego przeprowadzania światła wzdłuż włókna z minimalnymi stratami.

Zgodnie z zasadą TIR, gdy promień świetlny poruszający się w gęstszym ośrodku (rdzeń) uderza w granicę z rzadszym ośrodkiem (otoczka) pod kątem większym niż krytyczny, promień jest całkowicie odbity z powrotem do gęstszego ośrodka, zamiast zostać załamany. To zjawisko pozwala światłu być utrzymywane wewnątrz rdzenia.

Gdy promień świetlny wchodzi do rdzenia, porusza się, aż dojdzie do granicy między rdzeniem a otoczką. Ze względu na różnicę współczynników załamania, a przy założeniu, że kąt padania przekracza kąt krytyczny, promień jest odbity z powrotem do rdzenia, zamiast przeniknąć do otoczki. Ten proces powtarza się ciągle wzdłuż długości włókna, umożliwiając sygnałowi świetlnemu posuwistą podróż wzdłuż rdzenia i przemieszczanie się z jednego końca włókna na drugi z wysoką efektywnością i niskimi stratami.

W ten sposób, całkowite wewnętrzne odbicie jest podstawowym mechanizmem, który umożliwia długodystansową, wysokoszerokościową komunikację optyczną przez optyczne włókna.

Definicja kabla koaksjalnego

Kable koaksjalne, często nazywane "koax", to rodzaj przewodów transmisyjnych używanych do przesyłania sygnałów elektrycznych na odległość. Są one konstruowane jako przewodniki elektryczne, które umożliwiają przepływ elektronów, zazwyczaj wykonane z centralnego rdzenia miedzi ze względu na jej doskonałą przewodność.

Kabel koaksjalny składa się z kilku warstw: centralnego przewodnika miedzianego (solidnego lub splątanego), otoczonego izolującą warstwą dielektryczną, która jest następnie osadzona w cylindrycznym tarczu przewodzącym - zazwyczaj wykonanym z splątanej miedzi lub folii aluminiowej. Ta warstwowa struktura jest dalej chroniona przez zewnętrzną izolującą obudowę, która zapewnia siłę mechaniczną i ochronę przed działaniem środowiska.

Termin "koaksjalny" pochodzi stąd, że wewnętrzny przewodnik i zewnętrzny tarcz dzielą tę samą geometryczną oś. Ta konstrukcja pomaga zminimalizować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i straty sygnału, co sprawia, że kabla koaksjalne są odpowiednie do przesyłania sygnałów o wysokiej częstotliwości z dobrą integralnością.

Poniższy rysunek ilustruje kabel koaksjalny używany do przesyłania sygnałów elektrycznych:

Optyczne włókno:

Optyczne włókna są używane do przesyłania sygnałów w częstotliwościach optycznych (światła). Dzięki swojej dużej przepustowości, odporności na zakłócenia elektromagnetyczne i niskim stratom sygnału, są szeroko stosowane w telewizji wysokiej rozdzielczości (HDTV), sieciach telekomunikacyjnych, centrach danych, systemach medycznych (takich jak endoskopowe) oraz w aplikacjach lotniczych i kosmicznych.

Kabel koaksjalny:

Kabla koaksjalne są主要用于传输射频（RF）信号。它们常见于有线电视（CATV）分配系统、宽带互联网连接（例如电缆调制解调器）、电话网络以及各种无线电通信系统，包括天线馈线和网络设备。 在翻译过程中，我注意到最后一段中文内容未被翻译。以下是完整的波兰语翻译：

Kabla koaksjalne są primarily used for transmitting radio frequency (RF) signals. They are commonly found in cable television (CATV) distribution systems, broadband internet connections (e.g., cable modems), telephone networks, and various radio communication systems, including antenna feeds and networking equipment.

Podsumowanie

Optyczne włókno i kabel koaksjalny są kluczowymi przewodami transmisyjnymi, ale różnią się fundamentalnie typem przesyłanych sygnałów – optyczne włókno przesyła sygnały świetlne, podczas gdy kabel koaksjalny przesyła sygnały elektryczne. Te różnice prowadzą do różnych charakterystyk wydajności, co sprawia, że każdy jest odpowiedni do specyficznych zastosowań. W rezultacie są one wykorzystywane w uzupełniających, a nie wymiennych rolach w nowoczesnych systemach komunikacyjnych i elektronicznych.