ใยแก้วนำแสงกับสายโคแอกเชียล | ความแตกต่างของประเภทสัญญาณ โครงสร้างและการใช้งาน

ทั้งใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลโคแอกเชียลเป็นประเภทของสื่อการส่งผ่านที่มีการนำทาง อย่างไรก็ตาม มีหลายปัจจัยสำคัญที่ทำให้ทั้งสองแตกต่างกัน ความแตกต่างพื้นฐานที่สุดคือประเภทของสัญญาณที่ถูกส่ง: ใยแก้วนำแสงถูกออกแบบมาเพื่อนำสัญญาณแสง ในขณะที่สายเคเบิลโคแอกเชียลใช้สำหรับส่งสัญญาณไฟฟ้า

คำนิยามของใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสงเป็นคลื่นนำที่ยืดหยุ่นและโปร่งใส ใช้ในการส่งสัญญาณแสงจากปลายหนึ่งไปยังปลายอื่น ๆ ด้วยการสูญเสียน้อยที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่ทำมาจากแก้วที่มีความบริสุทธิ์สูง (โดยทั่วไปคือซิลิกา) หรือบางครั้งอาจเป็นพลาสติก และประกอบด้วยโครงสร้างแกนกลางและห่อหุ้ม

แกนกลางคือส่วนกลางที่อยู่ภายในสุด ทำมาจากแก้วซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์สูง สัญญาณแสงจะเดินทางผ่านแกนกลางนี้ ซึ่งถูกโอบรอบด้วยชั้นที่เรียกว่าห่อหุ้ม ซึ่งทำมาจากแก้วเช่นกัน แต่มีดัชนีหักเหต่ำกว่าแกนกลาง ความแตกต่างของดัชนีหักเหนี้ทำให้เกิดการสะท้อนภายในเต็มรูปแบบ ทำให้แสงสามารถเดินทางระยะทางไกลได้ด้วยการสูญเสียน้อย

เพื่อปกป้องโครงสร้างแก้วที่บอบบางจากการเสียหายทางกายภาพ ความชื้น และแรงกดดันจากสภาพแวดล้อม ทั้งหมดของสายใยแก้วนำแสงถูกห่อหุ้มด้วยชั้นนอกที่เรียกว่าชั้นหุ้มหรือแจ็คเก็ตพลาสติก

รูปด้านล่างแสดงโครงสร้างของใยแก้วนำแสง:

สัญญาณแสงถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสงโดยอาศัยหลักการของการสะท้อนภายในเต็มรูปแบบ (TIR) เมื่อแสงถูกส่งเข้าไปในใยแก้ว แสงจะเดินทางผ่านแกนกลางโดยการสะท้อนต่อเนื่องที่ขอบระหว่างแกนกลางและห่อหุ้ม

เพื่อให้เกิดการสะท้อนภายในเต็มรูปแบบ ดัชนีหักเหของแกนกลางต้องสูงกว่าของห่อหุ้ม ความแตกต่างของดัชนีหักเหนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการนำแสงไปตามใยแก้วด้วยการสูญเสียน้อยที่สุด

ตามหลักการของ TIR เมื่อแสงที่เดินทางในสื่อที่หนาแน่นกว่า (แกนกลาง) กระทบกับขอบเขตของสื่อที่เบาบางกว่า (ห่อหุ้ม) ด้วยมุมที่มากกว่ามุมวิกฤต แสงจะสะท้อนกลับเข้าสู่สื่อที่หนาแน่นกว่า แทนที่จะถูกหักเหออก ปรากฏการณ์นี้ทำให้แสงถูกกักอยู่ภายในแกนกลาง

เมื่อแสงเข้าสู่แกนกลาง แสงจะเดินทางจนกระทั่งถึงขอบเขตระหว่างแกนกลางและห่อหุ้ม เนื่องจากความแตกต่างของดัชนีหักเห และหากมุมตกกระทบเกินกว่ามุมวิกฤต แสงจะสะท้อนกลับเข้าสู่แกนกลางแทนที่จะผ่านเข้าสู่ห่อหุ้ม กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นต่อเนื่องตลอดความยาวของใยแก้ว ทำให้สัญญาณแสงเดินทางเป็นรูปแบบ Z ลงแกนกลางและเดินทางจากปลายหนึ่งไปยังปลายอื่น ๆ ด้วยประสิทธิภาพสูงและสูญเสียน้อย

ดังนั้น การสะท้อนภายในเต็มรูปแบบเป็นกลไกพื้นฐานที่ทำให้การสื่อสารทางแสงผ่านใยแก้วนำแสงสามารถส่งสัญญาณระยะทางไกลและแบนด์วิธสูงได้

คำนิยามของสายเคเบิลโคแอกเชียล

สายเคเบิลโคแอกเชียล หรือที่เรียกว่า "โคแอก" เป็นประเภทของสื่อการส่งผ่านที่มีการนำทาง ใช้สำหรับการส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านระยะทาง สายเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเป็นตัวนำไฟฟ้าที่อนุญาตให้มีการไหลของอิเล็กตรอน โดยทั่วไปทำมาจากทองแดงเนื่องจากมีความนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม

สายเคเบิลโคแอกเชียลประกอบด้วยหลายชั้น: ตัวนำทองแดงกลาง (แบบแข็งหรือแบบมัด) โอบรอบด้วยชั้นฉนวนที่เป็นดายิเล็กทริก ซึ่งแล้วถูกห่อหุ้มด้วยชั้นโลหะทรงกระบอก—โดยทั่วไปทำมาจากทองแดงหรืออลูมิเนียมฟอยล์ โครงสร้างชั้นนี้ถูกปกป้องด้วยแจ็คเก็ตฉนวนภายนอกที่ให้ความแข็งแรงทางกลและป้องกันสภาพแวดล้อม

คำว่า "โคแอกเชียล" มาจากความจริงที่ว่าตัวนำภายในและชั้นโลหะภายนอกมีแกนเรขาคณิตเดียวกัน การออกแบบนี้ช่วยลดการแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และการสูญเสียสัญญาณ ทำให้สายเคเบิลโคแอกเชียลเหมาะสมสำหรับการส่งสัญญาณความถี่สูงด้วยความสมบูรณ์สูง

รูปด้านล่างแสดงสายเคเบิลโคแอกเชียลที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณไฟฟ้า:

ใยแก้วนำแสง:

ใยแก้วนำแสงใช้สำหรับการส่งสัญญาณที่ความถี่แสง เนื่องจากมีแบนด์วิธสูง ไม่ไวต่อการแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการสูญเสียสัญญาณน้อย จึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรทัศน์ความละเอียดสูง (HDTV) ระบบเครือข่ายสื่อสาร ศูนย์ข้อมูล การถ่ายภาพทางการแพทย์และระบบการผ่าตัด (เช่น การตรวจภายใน) และแอปพลิเคชันทางอากาศยาน

สายเคเบิลโคแอกเชียล:

สายเคเบิลโคแอกเชียลใช้สำหรับการส่งสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) โดยทั่วไปพบในระบบกระจายสัญญาณโทรทัศน์เคเบิล (CATV) การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วสูง (เช่น โมเด็มเคเบิล) ระบบโทรศัพท์ และระบบการสื่อสารวิทยุต่าง ๆ รวมถึงการเชื่อมต่อเสาอากาศและอุปกรณ์เครือข่าย

สรุป

ทั้งใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลโคแอกเชียลเป็นสื่อการส่งผ่านที่มีการนำทางที่สำคัญ แต่แตกต่างกันในประเภทของสัญญาณที่ถูกส่ง—ใยแก้วนำแสงส่งสัญญาณแสง ในขณะที่สายเคเบิลโคแอกเชียลส่งสัญญาณไฟฟ้า ความแตกต่างเหล่านี้นำไปสู่คุณลักษณะประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ทำให้แต่ละอย่างเหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ ดังนั้น ทั้งสองถูกนำมาใช้ในบทบาทที่เสริมกัน ไม่ใช่การทดแทนกันในระบบการสื่อสารและระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่