Optične vlakne vs koaksialni kabel | Razlike v vrsti signala strukturi in uporabi

Oba, optični vlakna in koaksialni kabeli, so vrste usmerjenih prenosnih medijev. Vendar pa jih ločujejo nekaj ključnih faktorjev. Najosnovnejša razlika je v vrsti signala, ki ga prenašata: optično vlakno je zasnovano za prenos optičnih (svetlobnih) signalov, koaksialni kabel pa se uporablja za prenos električnih signalov.

Definicija optičnega vlakna

Optična vlakna so prilagodljivi, prozorni valovodi, ki se uporabljajo za prenos svetlobnih signalov z enega konca na drugega z minimalnimi izgubami. Glavno sestavino predstavljajo visokokakovostno steklo (običajno silika) ali občasno plastika in sestavljena so iz jedra in omantne strukture.

Jedro je centralni, notranji del, izdelan iz ultrapuščastega stekla silike, skozi katerega se širi svetlobo. Je obkoljeno z slojem, imenovanim omanta, ki je tudi iz stekla, vendar z nižjo lomno stopnjo kot jedro. Ta razlika v lomnih stopnjah omogoča popolno notranje odboj, kar omogoča, da svetloba potuje velike razdalje z nizkimi izgubami.

Za zaščito krhke steklene strukture pred fizičnimi poškodbe, vlage in okoljskih stresov je celotna vlaknasta oprema zaključena v zaščitni zunanji sloj, znani kot polnilni sloj ali plastikova omanta.

Slika spodaj prikazuje shematično strukturo optičnega vlakna:

Optični signal se prenese skozi optično vlakno po principu popolnega notranjega odboja (TIR). Ko se svetloba vnese v vlakno, se širi skozi jedro z zaporednimi odboji na meji med jedrom in omanto.

Da bi se lahko zgodil popoln notranji odboj, mora biti lomna stopnja jedra višja od lomne stopnje omante. Ta razlika v lomnih stopnjah je ključna za učinkovito vodilo svetlobe skozi vlakno z minimalnimi izgubami.

Po principu TIR, ko svetlobni žarek, ki teče v gosto sredstvo (jedro), zadene mejo z redkejšim sredstvom (omanta) pod kotom, večjim od kritičnega kota, se žarek popolnoma odboji nazaj v gosto sredstvo namesto, da bi se lomil ven. Ta pojav omogoča, da se svetloba omeji znotraj jedra.

Ko svetlobni žarek vstopi v jedro, potuje, dokler ne doseže mejo med jedrom in omanto. Zaradi razlike v lomnih stopnjah in če kot padanja presega kritični kot, se žarek odboji nazaj v jedro namesto, da bi prešel v omanto. Ta proces se ponavlja neprekinjeno vzdolž dolžine vlakna, kar omogoča, da svetlobni signal poskokuje skozi jedro in potuje od enega konca vlakna do drugega z visoko učinkovitostjo in nizkimi izgubami.

Tako je popoln notranji odboj osnovni mehanizem, ki omogoča dolgočasen, visokopropusni optični komunikacijski prenos skozi optična vlakna.

Definicija koaksialnega kabela

Koaksialni kabeli, običajno označeni kot "koax", so vrsta usmerjenih prenosnih medijev, ki se uporabljajo za prenos električnih signalov na daleč. Sestavljeni so kot električni vodniki, ki dopuščajo pretok elektronov, običajno izdelani z centralnim jedrom bakra zaradi njegove odlične vodljivosti.

Koaksialni kabel sestavlja več slojev: centralni bakreni vodnik (trd ali pleščen), obkoljen z dielektričnim izolirajočim slojem, ki je nato zaključen z valjkasto vodilno omanto, običajno izpleščenega bakra ali aluminija. Ta slojeva struktura je dodatno zaščitena z zunanjo izolirajočo omanto, ki zagotavlja mehansko trdnost in zaščito pred okoljem.

Izraz "koaksialni" izhaja iz dejstva, da notranji vodnik in zunanja omanta delita isto geometrijsko os. Ta dizajn pomaga zmanjšati elektromagnetno motnjo (EMI) in izgube signala, kar koaksialne kable primerna čini za prenos visokofrekvenčnih signalov z dobro integriteto.

Slika spodaj prikazuje koaksialni kabel, uporabljen za prenos električnih signalov:

Optično vlakno:

Optična vlakna se uporabljajo za prenos signalov na optičnih frekvencah (svetloba). Zaradi njihove visoke propusnosti, odpornosti na elektromagnetno motnjo in nizkih izgub signalov, se široko uporabljajo v visoko ločljivih televizijah (HDTV), telekomunikacijskih omrežjih, centrih podatkov, medicinskih slikovnih in kirurških sistemih (na primer endoskopija) ter v vesoljskih aplikacijah.

Koaksialni kabel:

Koaksialni kabeli se glavno uporabljajo za prenos radiofrekvenčnih (RF) signalov. Običajno se najdejo v sistemih distribucije kabelske televizije (CATV), brezžičnih internetnih povezav (npr. kabelski modemi), telefonskih omrežjih in različnih radiokomunikacijskih sistemih, vključno s prihranki anten in omrežjskim opremo.

Zaključek

Oba, optično vlakno in koaksialni kabel, predstavljata ključna usmerjena medija za prenos signalov, vendar se osnovno razlikujeta v vrsti signala, ki ga prenašata – optična vlakna prenašata svetlobne signale, koaksialni kabeli pa električne signale. Te razlike vodijo do različnih zmogljivosti, kar vsakemu omogoča, da je primeren za specifične uporabe. Tako se uporabljata v komplementarnih, namesto menjalnih, vlogah v sodobnih komunikacijskih in elektronskih sistemih.