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DAY 8
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光纖纜線

光纖(Fiber-Optic)通訊概念是於1966年依據介質波導理論所提出來的。有別於其他電纜線的訊號傳遞方式,它採用光波(Optical Signal)來做為訊號的傳遞,因此它不會受到一般電纜線常會發生的電磁或是射頻干擾問題困擾。

光纖纜線與一般電纜優缺點比較⇩

通常是由高純度的玻璃纖維、塑膠纖維(費用較低,傳導距離較短)或是膠套矽光纖來做為纜線的軸芯,不同軸芯材質所需要的費用與傳導距離也會略有差異。
無論採用何種軸芯材質,外面都會包覆著一層遮蔽,遮蔽材質的折射率不可以過高,且需具備不透光的特性。遮蔽材質的主要用途為讓光可以折射進入軸芯內,折射率過高會造成亂射的狀態,另外還會在外層包覆一個克拉纖維(Kevlar)的保護層(Protective Sheath),最後再以PVC或是Plenum材質包覆最外層。
依據傳輸方式將光纖區分為以下三種:

  • 單膜光纖(Single Mode)
    軸芯為光纖種類中最小的一個,約僅有5~10µm,其標準的外圍材料直徑約為125µm。在這類的光纖中,光波的傳輸是以幾乎沒有折射的情況下來進行直線傳輸,因此它的效能也最好;傳輸距離越遠,所需的費用也越高。
  • 級射率多膜光纖(Step-Index Multi Mode)
    雖無像單膜光纖這麼好的傳輸效能,但因為具有低製作成本與簡易的製程技術,所以是短距離的光纖纜線應用最佳的選擇方式。
    它採用兩種不同的折射率來讓光波進行運作,光波從起點到末端的行走過程中所耗費的時間也會有所不同,最後在輸出端的波形會呈現暈開的狀態,稱為模間色散(Intermodal Dispersion)(在同一個光脈膊中,當光波抵達終點時間不一致時,會造成光脈膊寬度增大,而在光纖內所待的時間也會延長,這種因多個模態共存而發生的色散現象,稱之為模態色散或模間色散,單位:奈秒/公里(ns/km)。)
    常見的使用材質包含玻璃、膠套矽光纖與塑膠光纖,效能上並非所有光纖種類中最好的一種,但卻是最廣泛被使用的光纖類型。
  • 漸變折射率多膜光纖(Graded-Index Multi Mode)
    不同於級射率多膜光纖,這類型的光波採用逐漸變化的折射率方式在進行傳導,大部分的入射角度不會因為距離的遠近而產生太大的變化差異,因此輸入與輸出光波的差異也會縮小,進而提升傳導的距離。
    這類型的光纖可以減少模間色散的發生,其軸芯是由多個無數中心層玻璃以類似樹木年輪的方式進行組合而成,向外每一連續層其折射率會逐漸降低。

光纖纜線的主要運用通常是在網路的主要幹線上做為鋪設,目前在一些高速網路的應用上,也都是採用光纖纜線做為重要的傳輸媒介。

無線電傳輸

目前最為簡便且盛行的一種傳輸媒介方式,例如:廣播、行動電話通訊、無線網路等,都是利用這種傳輸模式進行。無線電波是運用自由空間做為訊息傳遞的通道,因此不需要具備實體的媒介來串連裝置。依據電波傳輸方式的差異可以將無線電傳輸分為下列兩種:

  • 地面波(Ground Wave)
    它的傳遞需要依賴直線波、地面反射波與地表波共同完成。
    極低頻與低頻的訊號傳遞的波長較長,電波會沿著地表進行運作保持較低的地面吸收率。
    運用於電報系統、AM廣播或是海底通信等。
  • 天波(Sky Wave)
    它的傳遞決定於電離層(lonisphere)(地球大氣層被太陽射線電離的部分,地球磁層的內部。它影響到高頻電波的傳遞。)對發射天線與接收天線之間所提供的訊號路徑來決定。
    中高層頻率的電波訊號通常不靠地面波的方式進行傳遞,因此衰減率會增大,通常會藉由電離層與地面間的來回反射來做為導波的通道。
    傳遞方式採用直線行進(Sight of Line, SOL)的模式,傳遞的距離較廣,例如:衛星通訊、行動電話基地台。

✩Tip. 頻率測量單位
1 Hz = 1 cycle per second
1 kHz = 1 thousand cycles per second
1 MHz = 1 million cycles per seconds
1 GHz = 1 billion cycles per seconds


本日結論

光纖纜線通常是由高純度的玻璃纖維、塑膠纖維或是膠套矽光纖來做為纜線的軸芯,各材質所需的費用與傳導距離也會有所差異。光纖的種類依據傳輸方式分為單膜光纖、級射率多膜光纖與漸變折射率多膜光纖三種。無線電傳輸依據電波傳輸方式的差異分為地面波、天波。
學習重點:光纖纜線、無線電傳輸。


來源:楊振和(2011)。《網路概論第二版》。松崗資產管理股份有限公司


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