הנדסאים תא

סיבים אופטיים – מבוא

החברה המודרנית שבה אנו חיים והכפר הגלובאלי, שבו אנשים מכל פינות הגלובוס מנהלים קשרים בזמן אמת, הם הוויה תקשורתית חסרת תקדים בהיסטוריה. אם התקשורת העולמית בימינו היא כה משוכללת ומהירה, אנו חייבים תודה על כך לסיבים האופטיים.

סיבים אופטיים מאפשרים כיום להעביר בין פינות העולם את תעבורת האינטרנט, תקשורת הטלפון והסלולאר הבינלאומית, לשלוח תמונות, וידאו ודואר אלקטרוני, כשהכול מתבצע בחלקיקי שניה.

סיב אופטי (Optical fiber) הוא חוט זכוכית המעביר אור מקצה אחד שלו לקצהו השני וכך מעביר מידע דיגיטלי במהירות עצומה. את הסיבים האופטיים מייצרים מחומרים שונים, כשהזכוכית היא הנפוצה שבהם.

סיבים כאלה פרושים כיום לאורך האוקיינוסים ומקשרים יבשות זו לזו במהירויות בלתי נתפסות. אורכם המצטבר של הסיבים האופטיים המקיפים את העולם, יכול להקיף את כדור הארץ עשרות אלפי פעמים.

סיבים אופטיים (6)

מכיוון שסיבים אופטיים עשויים לרוב מזכוכית, הם מאובטחים יותר מכבלים מוליכים ומקשים על התחברות ושאיבת מידע מהם. המידע עובר בהם במהירות עצומה של 300 אלף קילומטרים בשנייה, כלומר במהירות האור. ישנם גם סיבים אופטיים מפלסטיק וסיבים חלולים הממולאים בגז.

בהיותו מבוסס על שליחת קרני אור, השידור של סיב אופטי הוא חד-כיווני. לכן סיבים אופטיים יונחו תמיד בזוגות, לשליחת מידע דו-כיוונית.

בסיבים אופטיים משתמשים להעברת תקשורת נתונים, ברשתות מחשבים, בהעברת נתוני אינטרנט ברחבי העולם, לתקשורת בין טלפונים, במערכות לייזר ועוד. הסיב האופטי מאפשר גם צילום דיגיטלי במקומות שקשה להגיע אליהם, כמו למשל לתוך גוף האדם. כך נעזרת שיטת האנדוסקופיה למשל, בסיב אופטי שמוחדר עם מצלמה זעירה לתוך הגוף ומאפשר לצלם איברים פנימיים לצורכי רפואה.

כאלפי פעמים.

מהו סיב אופטי ומהן תכונותיו?

סיב אופטי מאפשר להעביר דרכו קרינת אור מקצה אחד שלו לקצהו השני.

סיבים ניתן ליצור מחומרים שונים, אם כי זכוכית היא החומר הנפוץ ביותר.

השימוש הנרחב ביותר כיום בסיבים הינו להעברת אור בעל אורך גל של 1.55 מיקרון (אור לא נראה, בתחום התת-אדום) עבור תקשורת נתונים (רשתות מחשבים, טלפוניה ומדיה נראית), צילום מקומות בעלי נגישות נמוכה (אנדוסקופיה ברפואה למשל), שימוש כחלק ממערכות לייזר ועוד.

לגבי העברת מידע – שיטה זו מהירה יותר, בטוחה יותר (מבחינת אבטחת מידע) ויעילה יותר מהעברת מידע באמצעות אותות חשמליים על כבלים מוליכים. דרך אגב, יש להניח כי שורות אלו עשו את דרכן אל המסך בו את קוראת אותן כרגע, לפחות את חלק מדרכן, בסיבים אופטיים.

העיקרון בו נעשה שימוש נקרא החזרה פנימית מלאה (total internal reflection ).

כאשר אור המגיע מתווך אחד אל הגבול עם תווך אחר, אם הזווית בה יפגע תהא גדולה מזווית קריטית מסוימת (התלויה במקדמי השבירה של שני החומרים, ומוסברת על-ידי חוק סנל), האור יוחזר במלואו. אנו נתקלים בתופעה בחיי היום-יום – בדומה להשתקפות אשר ניתן לראות על חלונות ראווה אם מסתכלים עליהם בזווית שטוחה דייה.

סיבים אופטיים (2)

החזרה פנימית מלאה משמעה כי אור נלכד בתווך. אם אור מוכנס לקצהו של סיב, הוא "נלכד" בסיב כיוון שמוחזר הוא מדפנותיו עקב הבדלים במקדמי השבירה בין התווך בו האור נע לתווך העוטף אותו. הדבר יקרה גם כאשר הסיב מכופף (עד גבול כיפוף מסוים). כאשר האור מגיע לקצה השני, הוא יכול לצאת מהסיב כי אינו פוגע בזווית שטוחה בקצה הסיב.

סיבים אופטיים (3)

כיום קיימים סיבים אופטיים אשר מרכזם חלול לכל אורך הסיב, והינו ריק או ממולא בגז, והאור נע דווקא דרכו ולא דרך הזכוכית אשר מהווה מעטפת.

 

החיבור הפיסי בין מערכות מחשוב אחת לשנייה – מושגי יוסוד

נושא החיבור הפיסי דן בסוגי תווך והשיטות שלהן. למעשה מדובר על העברת סיביות ( Bits) על פני סוג כלשהו של חיבור בין מחשבים. הנ"ל הוא אות חשמלי שעובר בחוט נחושת או אור שעובר בסיב זכוכית.

כיצד מיוצגים הנתונים האלקטרוניים כפעימות בכבל. (Impulses).

  • רוחב פס Bandwidth : כמות הסיביות שניתן להעביר בכבל ברגע נתון. רוב הרשתות פועלות ב Mbps 10(מיליון סיביות בשנייה) עד 100 ניתן. בסיב אופטי 2-200 Gbps מיליארד סיביות לשנייה.
  • משלוח אותות : ניחות (Attenuation) תהליך הדעיכה של אות בכבל, לכן יש מגבלות לאורך פיסי. נחושת דעיכה מהירה, בסיב אופטי כמעט אין דעיכה לכן אפשר להשתמש למרחק רב.
  • עכבה (Interference) התנגדות הכבל לשידור אות חשמלי. נמדד ביחידות אוהם.
  • הפרעה Interference או רעש או הפרעה אלקטרומגנטית : זאת הקרנה של אות אל מחוץ לכבל בגלל אותות והתקנים חיצוניים אחרים. (לדוגמא רדיו מתחת למתח גבוה)

Crosstalk זאת הפרעה של שני חוטים בכבל. הרעש של אחד עלול להפריע לאות של השני.

  • כבילה בחללי אוורור (Plenum) בתקרה כפולה, משמש גם לכל הכבלים וגם לאוורור. אסור לשים שכבה חיצונית עם PVC בגלל הרעלים לאוויר. לכן שם שמים כבל אמיד יותר באש אך יותר יקר.
  • סיכוך (Shielding) עטיפה של הכבל המוליך למניעת הפרעות לאות חשמלי. עשוי משכבה מתכתית דקה או רשת פלדה ארוגה Woven steel mesh . סיכוך מפחית את ההפרעות לאות החשמלי בכבל, מפחית ציטוט, אך עלות יותר גבוה והתקנה יותר קשה כי הכבל לא גמיש.
  • אבטחת מידע והפרעות : אנרגיה המוקרנת מכבל ניתנת לקליטה ע”י מצותת בסיב אופטי אין אפשרות לצותת

 

קיימים שלושה סוגים עיקריים של כבלי רשת

  • זוג שזור TP
  • קואקסיאלי Coaxial
  • סיב אופטי Fiber-Optic

זוג שזור TWISTED PAIR

זוג שזור מכיל 2 חוטי נחושת המלופפים זה סביב זה. זוג שזור לא מסוכך יכול להכיל שני זוגות חוטי נחושת שזורים. השזירה מצמצמת לגמרי את ההפרעות. זוג שזור דומה לכבל של קו טלפון. במקרה של זוג שזור מסוכך, הסיכוך יכול להיות באמצעות רשת ארוגה עם הארקה חשמלית להפחתת הפרעות. דורש מחבר מיוחד בגלל הארקה החשמלית.

Coaxial cable כבל קואקסיאלי

  • שני מוליכים המופרדים ע”י שכבת בידוד. הליבה המרכזית היא חוט נחושת או מספר חוטים מלופפים. מסביב לליבה נמצא בידוד פלסטי וסביבו מוליך נוסף והמעטפת החיצונית פלסטי.
  • ותיק ביותר בין הכבלים, לא יקר, קל להתקנה ופופולרי, השם Common Axis ציר מרכזי.
  • חוט ליבה עבה יותר מאשר זוג שזור לכן ניחות קטן מרחק יותר גדול 185 עד 500 מ’.
  • שני סוגים של כבל קואקסיאלי : Thinnet RG-58 ו Thicknet RG-8 RG-11.
  • פופולרי, קל, גמיש, התקנה מהירה לארכיטקטורת Ethernet
  • מחובר ישירות ממחשב למחשב ללא רכזת, בכל קצה יש במחבר BNC British Naval Connector

Fiber-Optic כבל סיב-אופטי

  • העברה ע”י אור ולא אות חשמלי
  • אין הפרעות אלקטרומגנטיות
  • קשה לצותת מבחוץ, בטוח מהיר מאוד אך יקר מאוד
  • יש סיב מרכזי מזכוכית, מוקף בשכבת זכוכית הנקראת cladding ומעטפת מפלסטיק להגנה
  • כיוון שאור עובר רק בכיוון אחד צריך 2 סיבים בכבל, ומעטפת מגן לשניהם.

סיבים אופטיים (4)

סיבים אופטיים (5)

קריטריונים לבחירת כבל אופטי

  • עלות
  • כמות מחשבים לחיבור ברשת
  • אורך נדרש לכבלים
  • רמת התעבורה הצפויה
  • אבטחת המידע
  • המיקום הפיסי להתקנה קל או קשה
  • מהירות הרשת הנדרשת
  • פתרון יקר אך מהיר ביותר ומאובטח : סיב אופטי
  • UTP ורכזת או Thinnet פתרון זול קל ומהיר

מאמרים נוספים שיעניינו אותך

התחל שיחה
דברו איתנו :)
היי, איך אנחנו יכולים לעזור לך?