مزایا و معایب فیبر نوری

مزایا و معایب فیبر نوری

مزایا و معایب فیبر نوری چیست ؟ در این مقاله با مزایا و معایب کابل های فیبر نوری آشنا می شوید با ما همراه باشید. فیبر نوری کابل های انتقال نور هستند که سرعت فوق العاده، ظرفیت وسیع و امنیت عالی را ارائه می دهند. آنها در انتقال داده ها در فواصل بسیار زیاد بدون از دست دادن سیگنال می درخشند و آنها را برای تامین انرژی اینترنت و ارتباطات طولانی مدت ایده آل می کند. نازکی و مقاومت آنها در برابر تداخل الکترومغناطیسی نیز انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان نصب را افزایش می دهد. با این حال، شکنندگی، هزینه اولیه بالاتر و الزامات اتصال تخصصی آن‌ها می‌تواند موانعی باشد، به ویژه در کاربردهای کوتاه برد. به طور کلی، در حالی که فیبر نوری برای هر موقعیتی ایده آل نیست، فیبر نوری قهرمان اصلی انتقال داده با پهنای باند بالا، ایمن و از راه دور است.

مزایا و معایب انتقال با فیبر نوری

انتقال فیبر نوری روشی برای انتقال اطلاعات از مکانی به مکان دیگر با ارسال پالس های نور مادون قرمز از طریق فیبر نوری است. نور یک موج حامل الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد که برای انتقال اطلاعات مدوله شده است. انتقال فیبر نوری امکان انتقال در فواصل طولانی تر و پهنای باند بالاتر را نسبت به سایر اشکال ارتباطی فراهم می کند.

فیبرهای نوری فیبرهای نازک، انعطاف پذیر و شفافی هستند که کمی ضخیم تر از موی انسان هستند. آنها از شیشه یا پلاستیک ساخته شده اند و برای انتقال نور بین دو انتهای فیبر بر اصل بازتاب داخلی کلی تکیه دارند. فیبر شامل یک هسته است که توسط یک ماده روکشی با ضریب شکست کمتر احاطه شده است. این باعث می شود که نور در هسته از روکش منعکس شود و اجازه می دهد نور در فواصل طولانی با حداقل تلفات منتقل شود.

کابل فیبر نوری چیست؟

کابل فیبر نوری کابلی است حاوی یک یا چند فیبر نوری که برای انتقال نور استفاده می شود. عناصر فیبر نوری معمولاً به صورت جداگانه با لایه‌های پلاستیکی پوشانده می‌شوند و در یک لوله محافظ مناسب برای محیطی که کابل در آن مستقر می‌شود قرار می‌گیرند.

کابل‌های فیبر نوری به جای سیم‌های فلزی استفاده می‌شوند، زیرا سیگنال‌ها با تلفات کمتری در امتداد آنها حرکت می‌کنند و همچنین از تداخل الکترومغناطیسی مصون هستند. کابل های فیبر نوری ظرفیت حمل اطلاعات زیادی دارند و می توان از آنها برای انتقال حجم وسیعی از داده ها با سرعت تریلیون ها بیت در ثانیه استفاده کرد.

انواع رایج فیبر نوری

دو نوع اصلی فیبر نوری وجود دارد – فیبر تک حالته و فیبر چند حالته. تفاوت اصلی بین آنها اندازه هسته است که نحوه انتقال سیگنال ها را تعیین می کند.

کابل فیبر نوری تک حالته

فیبر تک حالته دارای قطر هسته کوچک تنها 9 میکرون است. پهنای باند بالاتری را در فواصل طولانی تری حمل می کند اما به منبع نور با عرض طیفی باریک نیاز دارد. فیبرهای تک حالته در بسیاری از شبکه های ارتباطی برای انتقال از راه دور استفاده می شوند.

فیبر تک حالته برای ارسال یک پرتو نور، به حداقل رساندن پراکندگی و ارائه بالاترین سرعت انتقال و تا 50 برابر فاصله بیشتر از فیبر چند حالته ایده آل است. با این حال، هزینه آن بیشتر از فیبر چند حالته است.

کابل فیبر نوری چند حالته

فیبر چند حالته دارای قطر هسته بزرگتر 50 – 62.5 میکرون است و امکان انتشار چندین حالت نور را فراهم می کند. فیبرهای چند حالته می توانند از منابع نور LED ارزان قیمت استفاده کنند و برای فواصل انتقال کوتاه تا 2 کیلومتر مناسب هستند.

فیبر چند حالته پهنای باند بالایی در سرعت های بالا در فواصل متوسط به شما می دهد. این فیبر به دلیل طراحی ساده‌تر سیستم، بسیار ارزان‌تر از فیبر تک حالته است و برای استفاده در شبکه‌های محلی و لینک‌های کوتاه داده با سرعت بالا ایده‌آل است.

مزایا و معایب فیبر نوری پلاستیکی (POF)

فیبر نوری پلاستیکی از پلاستیک به عنوان ماده اصلی استفاده می کند. ابعاد هسته بزرگتر در حدود 1 میلی متر است و در مقایسه با الیاف شیشه ارزان تر است اما تلفات انتقال بالاتری دارد.

الیاف POF یک اتصال انعطاف پذیر و آسان جایگزین الیاف شیشه برای برنامه های کاربردی با هسته کوتاه و بزرگ و کم هزینه است. با این حال، POF نسبت به فیبر نوری شیشه ای تضعیف بسیار بالاتر و پهنای باند محدودتری دارد. فقط برای فیبرهای کوتاه تا عمق 100 متر مناسب است.

مزایا و معایب فیبر نوری

مزایای فیبر نوری

• پهنای باند بالا – کابل های فیبر نوری پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به کابل های فلزی دارند. این به آنها اجازه می دهد تا داده های بیشتری را در فواصل طولانی تر حمل کنند.
• تضعیف سیگنال کمتر – مواد فیبر شیشه ای باعث از دست دادن سیگنال کمتری نسبت به کابل های الکتریکی می شود، بنابراین سیگنال ها می توانند در طول کیلومترها بدون نیاز به تکرار کننده منتقل شوند.
• نازک تر و سبک تر – کابل های فیبر نوری نازک تر، سبک تر و انعطاف پذیرتر از سیم های فلزی هستند. این کار نصب را آسان تر می کند.
• ایمنی در برابر تداخل الکترومغناطیسی – فیبر نوری جریان الکتریکی را هدایت نمی کند، بنابراین در برابر EMI ایمن است و با سیگنال های دیگر تداخل ندارد.
• دوام طولانی – کابل های فیبر از شیشه ساخته شده اند که با گذشت زمان خراب نمی شوند. آنها می توانند برای چندین دهه بدون نیاز به جایگزینی در جای خود باقی بمانند.
• ضربه زدن – سیگنال های نور در کابل های فیبر نوری خارج از هسته منتشر نمی شوند. این امر انتقال داده ها را ایمن و رهگیری آنها را دشوار می کند.
• بدون جرقه – هیچ جریان الکتریکی در کابل ها وجود ندارد، بنابراین می توان آنها را با خیال راحت در محیط های خطرناک نصب کرد.

معایب فیبر نوری

• نصب گران – نصب کابل فیبر نوری و هزینه تجهیزات شبکه مربوطه بیشتر از کابل کشی سنتی است.
• شکنندگی الیاف شیشه – الیاف شیشه در هنگام نصب مستعد آسیب هستند و شکستگی باعث قطع شدن اتصال می شود.
• قدرت فرستنده – انتقال فیبر نوری به فرستنده های نور قدرتمند برای جبران برخی از دست دادن سیگنال نیاز دارد.
• سازگاری – سیستم های الکترونیکی موجود ممکن است برای ارتباط با کابل فیبر نوری نیاز به ارتقاء تجهیزات داشته باشند.
• انتشار نور یک طرفه – سیگنال ها فقط می توانند در یک جهت حرکت کنند، بنابراین برای ارتباط دو طرفه به دو فیبر نیاز دارید.
• پیچیدن سخت – هنگام اتصال الیاف به هم ترازبندی دقیق مورد نیاز است، بنابراین نصب به کارگران ماهر نیاز دارد.
• عیب یابی مشکل – عیب یابی و عیوب یابی در سیستم های فیبر نوری در مقایسه با سیم کشی برق دشوار است.

چگونه کابل فیبر نوری مناسب را انتخاب کنیم

هنگام انتخاب کابل فیبر نوری، چندین فاکتور فنی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود:

بررسی صلاحیت سازنده

سازنده کابل فیبر نوری باید از استانداردهای شناخته شده صنعت برای طراحی، ساخت و آزمایش پیروی کند. آنها باید اسناد گواهینامه هایی مانند انطباق ISO9001 را ارائه دهند.

بررسی صلاحیت یک سازنده فیبر نوری و استانداردهای تولید فیبر نوری امری بسیار حیاتی است تا مطمئن شوید که محصولات تولید شده از جنبه‌های کیفیت و ایمنی مطابق با استانداردها هستند. در اینجا چند نکته به منظور بررسی صلاحیت سازنده و استانداردهای تولید فیبر نوری ذکر شده است:

1. استانداردهای تولید:
   • سازنده باید به استانداردهای ملی و بین‌المللی مرتبط با تولید فیبر نوری تعهد داشته باشد. برخی از استانداردهای مهم شامل TIA (Telecommunications Industry Association)، IEC (International Electrotechnical Commission) و ITU (International Telecommunication Union) هستند.
2. گواهینامه‌ها و تاییدیه‌ها:
   • بررسی کنید که آیا سازنده گواهینامه‌ها و تاییدیه‌های لازم مانند ISO 9001 (مدیریت کیفیت) و ISO 14001 (مدیریت محیط زیست) را دریافت کرده است یا خیر. این نشان از تعهد به استانداردهای کیفیت و محیط زیست است.
3. تجهیزات و فناوری تولید:
   • سازنده باید از تجهیزات مدرن و فناوری‌های نوین در تولید فیبر نوری استفاده کند تا کیفیت محصولات بهینه باشد.
4. آزمون و بازرسی کیفیت:
   • سازنده باید فرآیندهای بازرسی کیفیت را به صورت دقیق اجرا کند و از آزمایش‌های متنوع برای اعتبارسنجی محصولات استفاده کند.
5. تحقیق و توسعه:
   • بررسی کنید که آیا سازنده به تحقیق و توسعه محصولات فیبر نوری مشغول است یا خیر. این نشان‌دهنده تعهد به بهبود مستمر و نوآوری است.
6. تجربه و رضایت مشتریان:
   • اطلاعات در مورد تجربه سازنده در صنعت و بازخوردهای مشتریان ممکن است به شما کمک کند تا اعتماد به سازنده پیدا کنید.

همچنین، مطالعه مستندات فنی و دستورالعمل‌های فیبر نوری ارائه شده توسط سازنده نیز مفید است. در نهایت، انجام مطالعات بازار و مقایسه سازندگان مختلف می‌تواند به انتخاب بهترین گزینه برای نیازهای خود کمک کند.

مزایا و معایب فیبر نوری

حالات فیبر نوری

بر اساس فاصله انتقال مورد نیاز و استفاده از پهنای باند، تک حالته یا چند حالته را انتخاب کنید. حالت تک برای مسافت‌های طولانی با پهنای باند بالا کار می‌کند در حالی که حالت چند حالته برای مسافت‌های کوتاه‌تر مناسب است.

حالات فیبر نوری به شیوه انتشار نور درون فیبر نوری اشاره دارد. دو حالت اصلی در فیبر نوری به نام‌های حالت تک و حالت چند مد می‌باشند.

1. تک حالته  (Single Mode):
   • در این حالت، فیبر نوری طوری طراحی شده است که فقط یک حالت انتشار نور را پشتیبانی می‌کند. این به این معنی است که تمام نورها به یک مسیر ترکیب می‌شوند و به صورت موازی به طول موج خاص حرکت می‌کنند. حالت تک برای انتقال داده‌ها به فواصل طولانی مناسب است و برای اتصالات بین شهری یا ارتباطات طولانی مسافت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. چند حالته  (Multimode):
   • در این حالت، فیبر نوری به گونه‌ای طراحی شده است که چندین حالت انتشار نور را پشتیبانی می‌کند. این به این معنی است که نورها به شکل گوناگون و در زوایا مختلف به طول موج‌های مختلف حرکت می‌کنند. حالت چند مد برای انتقال داده‌ها به فواصل کوتاه مناسب است و برای اتصالات درون ساختمان‌ها یا کاوش‌های کوتاه‌تر مسافت استفاده می‌شود.

انتخاب حالت فیبر نوری بستگی به نیازهای مختلف پروژه و فاصله انتقال داده دارد. حالت تک معمولاً برای فواصل طولانی و با پهنای باند بالا مناسب است، در حالی که حالت چند مد برای کاربردهای کوتاه‌تر و با پهنای باند کمتر مناسب است.

روکش کابل فیبر نوری: OFNR، OFNP، LSZH

غلاف OFNR برای مصارف داخلی ضد شعله است. OFNP در برابر نفوذ آب برای نصب در فضای باز مقاوم است. LSZH هالوژن کم دود صفر است.

روکش کابل فیبر نوری مخفف عبارت “Optical Fiber Nonconductive Riser” (OFNR) است. این نوع روکش کابل معمولاً برای استفاده در محیط‌های داخلی (indoor) مورد استفاده قرار می‌گیرد. OFNR برای کابل‌هایی که در ساختمان‌ها به عنوان “رایزر” برای اتصال سطوح مختلف استفاده می‌شوند، مناسب است. این نوع کابل فیبر نوری در معرض آتش نیز مقاومت ندارد.

OFNP مخفف “Optical Fiber Nonconductive Plenum” است. این نوع روکش برای کابل‌های فیبر نوری مناسب است که در فضاهای پلنوم (Plenum) استفاده می‌شوند. فضاهای پلنوم عموماً فضاهای هواگرد است که برای توزیع هوا، گازها و کابل‌ها در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. OFNP می‌تواند در محیط‌های داخلی ولی در فضاهای پلنوم مورد استفاده قرار گیرد.

LSZH مخفف “Low Smoke Zero Halogen” است. این نوع روکش برای کابل‌های فیبر نوری طراحی شده است که در صورت احتراق، مواد دودی با حداقل میزان دود و گازهای هالوژن ایجاد می‌کنند. این ویژگی‌ها مهم است، به ویژه در محیط‌هایی که ممکن است به دلیل احتراق کابل، دود زیادی تولید شود یا حضور گازهای هالوژن منجر به خطراتی شود.

هر یک از این نوع روکش‌ها برای شرایط خاصی مناسب هستند و بسته به نیازهای محیطی و ایمنی، انتخاب می‌شوند.

ساختار داخلی فیبر نوری

ساختار داخلی یک کابل فیبر نوری شامل چندین لایه و عنصر می‌شود که هرکدام وظایف خاصی دارند. در کل، یک کابل فیبر نوری از دو بخش اصلی تشکیل شده است: هسته (Core) و پوشش (Cladding).

1. هسته (Core):
   • ماده:
     هسته کابل فیبر نوری از ماده‌ای با شاخص شکست نسبت به هوا بالا تشکیل شده است، معمولاً از شیشه یا پلاستیک. این ماده باعث انتقال نور درون هسته می‌شود.
   • اندازه:
     قطر هسته می‌تواند متغیر باشد و بسته به نوع کابل، ممکن است بین 9 میکرومتر تا 62.5 میکرومتر باشد.
2. پوشش (Cladding):
   • ماده:
     پوشش که اطراف هسته قرار دارد، نیز از ماده‌ای با شاخص شکست کمتر تشکیل شده است. این ویژگی باعث انعکاس تابش نور درون هسته و جلوگیری از افت انرژی می‌شود.
   • اندازه:
     ضخامت پوشش معمولاً بسیار کمتر از هسته است و ممکن است تنها چند میکرومتر باشد.
3. پوسته خارجی (Outer Jacket):
   • ماده:
     کابل فیبر نوری از یک پوسته خارجی یا روکش برخوردار است که به عنوان پوسته محافظ عمل می‌کند. این پوسته ممکن است از مواد PVC، LSZH، یا دیگر مواد مقاوم در برابر شرایط مختلف تشکیل شده باشد.
   • وظایف:
     • حفاظت از ساختار داخلی کابل در برابر آسیب‌ها و فشارهای خارجی.
     • مقاومت در برابر شرایط محیطی نظیر حرارت، رطوبت و تغییرات دما.

در کل، ساختار داخلی فیبر نوری با انتخاب مواد مناسب و طراحی دقیق برای انتقال بهینه نور و حفاظت از ساختار در برابر عوامل خارجی طراحی شده است.

کابل فیبر نوری داخلی و خارجی

کابل های فضای باز شامل محافظت در برابر رطوبت، اشعه ماوراء بنفش، جوندگان و سایر عوامل محیطی است. کابل های داخلی بر انعطاف پذیری و تولید دود کم تمرکز دارند.

کابل‌های فیبر نوری می‌توانند بر اساس محیط استفاده، به دو دسته داخلی و خارجی تقسیم شوند. هرکدوم از این دسته‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خود را دارند.

1. کابل فیبر نوری داخلی:

• محیط استفاده:
  • این نوع کابل برای استفاده در محیط‌های داخلی ساختمان‌ها طراحی شده است. مثال‌هایی از محیط‌های داخلی شامل اتاق‌ها، کابینت‌ها، و فضاهای داخلی ساختمان می‌شوند.
• ویژگی‌ها:
  • معمولاً دارای روکش‌های OFNR (Optical Fiber Nonconductive Riser) یا OFNP (Optical Fiber Nonconductive Plenum) هستند.
  • عموماً حاوی مواد مقاوم در برابر آتش نمی‌باشند.
  • ممکن است دارای پوسته خارجی PVC یا LSZH باشند.
• کاربردها:
  • اتصال دستگاه‌ها و تجهیزات درون ساختمان به یکدیگر.
  • اتصال شبکه‌های داخلی در محیط‌های کاری.

2. کابل فیبر نوری خارجی:

• محیط استفاده:
  • این نوع کابل برای استفاده در محیط‌های خارجی مانند اتصالات بین شهری یا ارتباطات دورانی طراحی شده است.
• ویژگی‌ها:
  • معمولاً دارای پوشش خارجی مقاوم در برابر شرایط جوی و عوامل خارجی مانند UV (تابش ماوراء بنفش) هستند.
  • ممکن است دارای روکش‌های مقاومت به آب و رطوبت باشند.
• کاربردها:
  • اتصالات بین شهری و بین‌المللی.
  • اتصالات در محیط‌های خارجی که به تنوع شرایط جوی نیاز دارند.
  • اتصالات در پروژه‌های ساختمانی در فضاهای باز.

در انتخاب نوع کابل فیبر نوری، نیازمندی‌ها و محیط استفاده از آن نقش مهمی دارند. بهتر است هر نوع کابل بر اساس استفاده مورد نظر و الزامات فنی انتخاب گردد.

تعداد الیاف

کابل ها با تعداد فیبر از 2 فیبر تا صدها فیبر در یک کابل در دسترس هستند. بر اساس تعداد اتصالات مورد نیاز انتخاب کنید.

تعداد الیاف در یک کابل فیبر نوری به نوع و طراحی کابل بستگی دارد. کابل‌های فیبر نوری می‌توانند حاوی تعداد مختلفی از الیاف باشند که این تعداد می‌تواند در رنج‌های مختلف قرار گیرد. برخی از انواع رایج تعداد الیاف عبارتند از:

1. کابل‌های تک الیاف (Single-mode Fiber Cables):
   • این کابل‌ها فقط یک الیاف نوری دارند که برای انتقال داده‌ها یا سیگنال‌های نوری به کار می‌روند. عمدتاً برای اتصالات بین شهری یا ارتباطات طولانی مسافت به کار می‌روند.
2. کابل‌های چند الیاف (Multimode Fiber Cables):
   • این کابل‌ها حاوی چندین الیاف نوری هستند که معمولاً برای اتصالات درون ساختمان‌ها و کاوش‌های کوتاه‌تر استفاده می‌شوند. تعداد الیاف ممکن است از چند الیاف تا صدها الیاف متغیر باشد.
3. کابل‌های با الیاف زیاد (High Fiber Count Cables):
   • برخی از کابل‌های فیبر نوری حاوی تعداد زیادی الیاف نوری می‌باشند، ممکن است تعداد الیاف در آنها به چند هزار الیاف برسد. این نوع کابل‌ها معمولاً در ارتباطات دیتا سنترها یا شبکه‌های فوق‌حجم استفاده می‌شوند.

در انتخاب تعداد الیاف، نیازمندی‌های پروژه، حجم داده‌ها، فاصله انتقال و دیگر عوامل فنی مهم هستند. همچنین، باید توجه شود که با افزایش تعداد الیاف، هزینه و پیچیدگی نصب و مدیریت کابل‌ها نیز افزایش می‌یابد.

نتیجه مزایا و معایب فیبر نوری

انتقال فیبر نوری یک فناوری ارتباطی مهم است که اتصالات با سرعت بالا را در فواصل طولانی امکان پذیر می کند. فیبر نوری پهنای باند و مصونیت تقریباً نامحدودی در برابر تداخل الکتریکی ارائه می دهد.

با این حال، نصب فیبر نوری در مقایسه با مس هزینه اولیه بالاتری دارد و در حین نصب نیاز به مراقبت بیشتری دارد. الیاف خود شکننده هستند و به ابزارهای تخصصی نیاز دارند.

برای اکثر تاسیسات در ساختمان ها و دانشگاه ها، فیبر چند حالته بهترین تعادل را بین عملکرد پهنای باند و هزینه ارائه می دهد. این می تواند تا 10 گیگابیت بر ثانیه در طول لینک تا 2 کیلومتر را تحمل کند. فیبر چند حالته تعادل موثری را برای استقرار سریع شبکه های محلی با سرعت بالا ایجاد می کند.

سوالات متداول مزایا و معایب فیبر نوری

1. فناوری انتقال فیبر نوری چیست؟

فناوری انتقال فیبر نوری شامل استفاده از کابل های نازک و شفاف ساخته شده از شیشه یا پلاستیک برای انتقال داده ها با استفاده از سیگنال های نوری است. این پالس‌های نوری داده‌های باینری را نشان می‌دهند و ارتباطات پرسرعت و کارآمد را ممکن می‌سازند.

2. انواع رایج فیبر نوری چیست؟

انواع متداول عبارتند از:

• فیبر نوری تک حالته: برای انتقال در مسافت های طولانی با حداقل از دست دادن سیگنال.
• فیبر نوری چند حالته: مناسب برای فواصل کوتاهتر اما با پراکندگی سیگنال بیشتر.
• فیبر نوری پلاستیکی (POF) : جایگزین مقرون به صرفه برای ارتباطات از راه دور.

3. مزایای فیبر نوری چیست؟

مزایای کلیدی عبارتند از:

• پهنای باند بالا
• افت سیگنال کم
• مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی
• امنیت پیشرفته
• دوام

4. معایب فیبر نوری چیست؟

چالش ها عبارتند از:

• پیچیدگی نصب
• هزینه اولیه
• تردی
• شعاع خمش محدود

5. چگونه کابل فیبر نوری مناسب را انتخاب کنیم؟

ملاحظات عبارتند از:

• بررسی صلاحیت سازنده
• انتخاب حالت فیبر (تک یا چند حالته)
• انتخاب روکش کابل مناسب (OFNR، OFNP، LSZH)
• آشنایی با ساختار داخلی فیبر نوری
• تمایز بین کابل های داخلی و خارجی
• در نظر گرفتن تعداد الیاف برای ظرفیت و مقیاس پذیری.