کابل هم‌محور یا کابل کواکسال (به انگلیسی: Coaxial cable)، کابلی است که یک رسانای داخلی دارد که توسط یک عایق منعطف محصور شده‌است، که روی این لایهٔ منعطف نیز توسط یک رسانای نازک برای انعطاف کابل، به هم بافته شده‌است. همهٔ این اجزا، در داخل عایق دیگری جاسازی شده‌اند.

این کابل‌ها دارای امپدانس مخصوص به خود هستند. مثلا کابل ۵۰ اهمی یا ۷۵ اهمی. کابل مورد استفاده در آنتن ماهواره‌های خانگی و تلویزیون‌ها همگی از نوع کواکسیال ۷۵ اهمی هستند. اگر به بدنه آن‌ها دقت کرده باشید، امپدانس و برخی اصطلاحات دیگر آن نوشته شده‌است.

یکی از مشخصات بارز کابل کواکسیال این است که در حالت گیرندگی هیچ نویزی نمی‌تواند در طول خط انتقال وارد آن شود و در حالت فرستندگی هیچ تشعشع و تابشی در طول کابل دیده نمی‌شود. یعنی موج انتقالی کاملا شیلد و محافظت می‌شود.

تقسیم بندی

کابل Coaxial به دو دسته تقسیم می شود:

۱-thin net:

این نوع کابل کواکسیال قابل انعطاف است و قطر آن در حدود ۲۵/۰ اینچ می‌باشد. از آنجا که Thinnet نرم و انعطاف‌پذیر است و کارکردن با آن هم آسان می باشد. تقریباً در تمام شبکه‌ها می تواند مورد استفاده قرارگیرد. در شبکه‌هایی که از Thinnet استفاده می کنند، کابل مستقیماً به کارت شبکه متصل می‌شود نوع نازک کابل کواکسیال می تواند سیگنال‌ها را تا فاصله تقریبی ۱۸۵ متر (۶۰۷ فوت) ارسال کند، بدون آن که تضعیف شوند. سازندگان کابل، در مورد طراحی متفاوت کابل‌ها به توافق رسیده‌اند، کابل Thinnet جزء کابل‌های خانواده RG-58 بوده و دارای امپدانس ۵۰ اهم است. امپدانس، مقاومت سیم در برابر جریان متناوب است. تفاوت اصلی میان کابل‌های خانواده RG-58 هسته مسی در مرکز آنهاست. این هسته می تواند به صورت یک مفتول یا چند تار به هم تابیده باشد که نظر قابلیت استفاده بیشتر مناسب شبکه های کامپیوتر و سیستم های رادیویی از جمله انتقال بیسیم های نظامی است و مناسب انتقال تصاویر دوربین مدار بسته و سیستم های کنترل راه دور نیست.

۲-thick net

این نوع کابل، کواکسیال انعطاف‌پذیر و قطر آن در حدود ۵/۰ اینچ است. گاهی اوقات به کابل Thicknet اترنت استاندارد نیز گفته می‌شود. زیرا اولین نوع کابل کواکسیال بود که در معماری شبکه معروف Ethernen به کار برده شد. هسته مسی این کابل کواکسیال ضخیم‌تر از نوع نازک آن است. البته این روزها از این کابل به ندرت استفاده می‌شود و در موارد استثناء به عنوان ستون مهره شبکه به کار می‌رود .هر چه هسته ضخیم‌تر باشد، سیگنال می‌تواند مسافت طولانی‌تری را بپیماید. بنابراین کابل Thicknet نسبت به ‌Thinnet سیگنال‌ها را در مسیرهای طولانی‌تری هدایت می‌کند. نوع ضخیم کابل کواکسیال می‌تواند سیگنال‌ها را بدون تضعیف تا فاصله ۵۰۰ متر (حدود ۱۶۴۰فوت) انتقال دهد. بنابراین با توجه به قابلیت Thicknet در پشتیبانی عمل انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی، از آن به عنوان ستون اصلی برای اتصال شبکه‌های Thinnet کوچکتر به یکدیگر استفاده می‌شود.برای اتصال شبکه‌های کوچک Thinnet به شبکه‌های Thicknet از وسیله‌ای به نام ترنسیور استفاده می شود.

 ترنسیور طراحی شده برای Ethernet و Thicknet شامل یک رابط به نام Vampire tap می‌باشد. این رابط دارای سوزن‌هایی است که توسط آنها به هسته کابل متصل می شود.

کابل هم محور مورد استفاده در تلوزیون ایران

کابل های تلوزیو اکثرا همگی ۷۵ اُهم بوده.نوع کابل آرجی-۵۹ که تصویرش در بالا هست در ایران رایج هست و میزان میراکنندگی ۹٫۷۰۸ (واحد=دسی بل بر ۱۰۰ فوت، در فرکانس حدود ۷۵۰ مگاهرتز) دارد. ولی کابل مورد استفاده ی روز، کابل آرجی-۶ می باشد که میرانندگی ۵٫۶۵ داشته و برای فاصله های زیاد از آرجی-۱۱ استفاده می کنند که میرا کنندگی ۳٫۶۵ را دارد.

کانکتور مورد استفاده رایج در ایران، کابل بِلینگ-لی یا IEC 61169-2 radio-frequency coaxial connector of type 9,52 نام دارد(و معمولا پیچ دار(رزوه) نیست)، این کانکتور قدیمی بوده و کانکتور رایج جدید کانکتور اِف (F connector) نام دارد، معمولا پیچ دار است(و نباید آن را با کانکتور وای-فای اشتباه گرفت) و تا فرکانس یک گیگاهرتز خوب کار میکند، قیمت کمی هم دارد.

دکل‌های مخابراتی دکل‌هایی هستند که برای مقاصد مخابراتی از قبیل نصب دیش‌های ماکروویو، آنتن‌های رادیو، آنتن‌های موبایل، آنتن‌های بیسیم و… استفاده می‌شود.

انواع دکل‌های مخابراتی

دکل‌های خودایستا

دکل‌های خودایستا اصطلاحاًْ به دکل‌هایی گفته می‌شود که دارای ۳ یا ۴ پایه بوده و پایه‌ها با اعضای خرپائی به هم متصل می‌شوند.

دکل‌های خودایستا چهارپایه

این نوع دکل‌ها به صورت چهار پایه بوده که معمولاًَ تمام قطعات دکل از نبشی ساخته می‌شود که بوسیله پیچ و مهره به یکدیگر متصل م یشوند. این دکل‌ها برای بارهای زیاد و معمولاً برای ارتفاع‌های بلند تر از ۲۴ متر استفاده می‌شود.

دکل‌های خودایستا سه پایه

دکل‌های خودایستا سه پایه دکل‌هایی هستند که به صورت مشبک بوده و دارای سه پایه می‌باشد. پایه‌ها اکثراًَ از لوله و اعضای داخلی به صورت خرپائی از نبشی ساخته می‌شود. در ساخت پایه‌ها از نبشی، نبشی ۶۰ درجه، میل گردهای توپر، پرفیل‌های خمکاری شده و… نیز استفاده می‌شود. اعضای داخلی (بریس‌ها) از نبشی، لوله، میلگرد ساخته می‌شود. این نوع دکل‌ها برای نصب آنتنهای ماکروویو، آنتنهای موبایل و بیسیم استفاده می‌شود.

دکل‌های مهاری

دکل‌های مهاری به دکل‌هایی گفته می‌شود که بوسیله سیم مهار به زمین یا تکیه گاه دیگری مهار گردد.

این نوع دکل‌ها به دلیل وزن پایین و سبکی وزن مزیت دارد و در مکان‌هایی که فضا به قدر کافی موجود باشد استفاده می‌گردد. اغلب در شبکه تلفن همراه، رادیو و بیسیم و شبکه‌های رایانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این دکل‌ها قابلیت نصب در پشت بام منازل و ادارات را داشته علاوه بر اینکه ارتفاع ساختمان به بلندی محل نصب آنتن‌ها کمک کرده در مناطق شهری مزیت فراوانی دارد.

این نوع دکل‌ها در صورتی که روی زمین نصب گردد نیاز به فضای زیادی جهت نصب سیم مهارها دارد. به خاطر سبکی وزن، بهای این دکل‌ها کمتر از دکل‌های دیگر بوده و نصب آنها ساده و کم هزینه‌است. این دکل‌ها بسته به ابعاد و نوع ساخت به جند دسته تقسیم می‌شوند از انواع آن می‌توان به دکل‌های سری G اشاره کرد که با انواع G۲۵، G۳۵، G۴۵ تولید می‌شوند این دکل‌ها به صورت سه ضلعی و به صورت سکشن‌های سه متری که پایه‌ها از لوله نمره ۳ بوده که به وسیله میل گردهای نمره ۸ یا ۱۰ به صورت خرپائی به هم متصل می‌شود این دکل‌ها ابتدا توسط کارخانه دکل سازی ROHN کانادا تولید می‌شده که اکنون در بعضی مواقع با نام این کارخانه شناخته می‌شوند. این نوع از دکل‌های مهاری با باربری بسیار کم بوده و تنها برای نصب آنتن‌های بی سیم و یا دیش‌های کوچک اینترنت استفاده می‌گردد. عدد مقابل G نشان دهنده عرض قاعده بخش‌ها به سانتیمتر می‌باشد. این دکل‌ها به دلیل سبکی بیشتر در پشت بام‌ها نصب می‌شوند و در هر ۹ متر به وسیله سیم مهار از سه جهت مهار می‌شوند.

دکل‌های تک‌پایه

دکل‌های تک‌پایه یا مونوپل به دکل‌هایی گفته می‌شود که به صورت تک‌پایه باشد. این دکل‌ها با مقاطع چند وجهی ساخته می‌شود.

این نوع دکل‌ها بر روی یک پایه استوار بوده و لنگر زیادی در پای دکل وجود دارد. لرزش این دکل‌ها به تناسب بقیه دکل‌ها بیشتر می‌باشد. این نوع دکل‌ها با توجه به فضای کمی که اشغال می‌کنند مد نظر قرار گرفته و در محیط‌های شهری که زمین از ارزش بالائی برخوردار است استفاده می‌شود. ظرفیت باربری آنها محدود بوده و در اکثر مواقع تنها برای شبکه موبایل استفاده می‌شود. این دکل‌ها تنها با جرثقیل نصب می‌شود بنا بر این در محلی باید نصب شود که امکان حرکت و نصب با جرثقیل وجود داشته باشد.

دکل‌های بازتابی

دکل‌های بازتابی یا پسیو رفلکتور دکل‌هایی هستند که به صورت آینه امواج رادیوئی را منعکس می‌کنند. در مناطقی که به دلیل عوارض طبیعی مانند کوه دکل‌ها برای انتقال امواج دچار مشکل شوند برای دور زدن کوه از این نوع دکل‌ها استفاده می‌کنند. این نوع دکل‌ها دارای پنل بزرگی بوده که زاویه آن قابل تنظیم می‌باشد.

طراحی دکل

مبنای طراحی دکل‌ها بر اساس بار ناشی از باد خواهد بود. البته باید مقاومت و تغییرشکل آن برای بارهای ناشی از زلزله نیز کنترل گردد. در طراحی دکل‌ها از آئین‌نامه‌ها و استانداردهای متعددی به شرح ذیل استفاده می‌شود.

• آئین نامه ۲۸۰۰ ایران
• آئین نامه فولاد AISC
• استاندارد طراحی دکل‌های مخابراتی EIA-RS-۲۲۲-F

ساخت دکل

دکل‌ها به صورت قطعات پیش ساخته قابل مونتاژ ساخته می‌شوند. متریال استفاده شده اغلب از آهن نوع ST۳۷ و در برخی قطعات برای مقاومت بیشتر از نوعST۴۴ یاST۵۲ استفاده می‌شود. قطعات دکل پس از ساخت جهت جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی گالوانیزه گرم می‌شود. پیچ و مهره‌های دکل‌ها اغلب از نوع پیچهای مقاوم A۳۲۵ یا معادل آن گرید ۸٫۸ بوده و به صورت گالوانیزه گرم استفاده می‌شود.

پی

مبنای طراحی فونداسیون‌های دکل‌های مخابراتی جهت لهیدگی و واژگونی استوار است. در استاندارد EIA-RS-۲۲۲-F برای فونداسیون‌ها حداقل عمق طی فرمول‌هائی تعریف شده با توجه به اینکه دکل‌ها در برابر وزش باد مستعد واژگونی هستند مقرون به صرفه‌ترین نوع فونداسیون‌ها فونداسیون‌های عمقی می‌باشد. که در دکل‌های خودایستا بدلیل بروز کشش در یکی از پایه‌ها به صورت پاشنه‌ای و در دکل‌های مونوپل بدلیل بروز گشتاور زیاد در پای دکل به صورت شمعی طرح می‌شود.

در زمین‌های سنگی به دلیل مشکلات حفاری فونداسیون‌ها به صورت سطحی و گسترده طرح می‌شود که به دلیل وزن بالای خود بتواند گشتاور ناشی از واژگونی را تحمل کند.

سیستم روشنائی

با توجه به گسترش ارتفاع سازه های مسکونی و غیر مسکونی موجود در شهرها و علی الخصوص در اطراف فرودگاه ها،سازمان هواپیمایی کشوری (ایکائو)مجموعه قوانینی در این خصوص وضع نموده و استفاده از چراغ های هشدار دهنده در این اماکن رااجباری کرده است[۱]. چراغ های دکل کار اطلاع رسانی به انواع هواپیما و هلی کوپتر و آگاه سازی خطر را در مناطق شهری و غیر شهری انجام میدهند. مشخصات فنی اجزاء کلی سیستم چراغ دکل: در حال حاضرروشنایی های نصب شده بر روی انواع دکل های مخابراتی و انتقال نیرو که بر حسب دستورالعمل سازمان هواپیمایی کشوری (ایکائو) مورد استفاده قرار میگیرند ، عموما به دو دسته برقی و یا خورشیدی تقسیم میگردند. ۱- چراغ دکل برقی: در این نوع چراغ انواع لامپ های موجود در بازار استفاده میگردد.لامپ های رشته ای ، لامپ های LED ، لامپ های Power LED و سایر نمونه های مشابه.منبع تغذیه همه آنها جریان برق شهر و با ولتاژ ۲۲۰ ولت میباشد.در این میان برخی سایت های مخابراتی از چراغ هایی با جریان ۴۸ ولت نیز استفاده مینمایند. در اکثر چراغ های برقی اجبارآ باید از فتوسل های چدنی بزرگ استفاده گردد و همچنین سرقت و خرابی کابل و هزینه های تحمیلی بابت اصلاح و تعمیر آنها ، استفاده از این نوع چراغ را بسیار کاهش داده است. ۲- چراغ دکل با منبع تغذیه خورشیدی: با گسترش استفاده از انرژی خورشیدی در کشورهای مختلف ، استفاده از چراغ دکل خورشیدی بعلت قیمت بسیار اقتصادی ، عدم نیاز به کابل و هزینه های مترتب بر آن و سهولت کارکرد آن مورد استقبال بسیار قرار گرفته است بطوریکه در حال حاضر شرکت رایتل بر روی تمامی دکل های خود از این نوع چراغ استفاده میکند. در این نوع چراغ دکل از پانل های سولار بعنوان جاذب انرژی خورشیدی استفاده شده و با استفاده از باتری جهت ذخیره سازی انرژی و همچنین سنسورهای مادون قرمز به جای فتو سل و لامپهای LED بعنوان منبع روشنایی استفاده میگردد. اکثر چراغ های دکل خورشیدی بصورت چشمک زن بوده که این امر باعث کاهش قابل توجه انرژی ذخیره شده در باتری میگردد. ۳-چراغ های دکل مورد استفاده می باید دارای گواهی حفاظت محیطی (IP) با متوسط حفاظت ۵۵ باشند. ۴- استفاده از بلور یا شیشه بعنوان طلق چراغ به علت عیوب فراوان مانند سنگینی بیش از حد ، شکستگی آسان و خطرات ناشی از سقوط احتمالی آنهاجای خود را به استفاده از طلق های پلی کربنات خود رنگ و نشکن داده که دارای عمر حداقل هفت ساله بوده و در مقابل تغییرات آب و هوایی بسیار مقاوم میباشند. ۵- بدنه چراغ دکل باید از جنس فلز بوده که استفاده از چدن بعلت وزن زیاد و خاصیت شکنندگی خیلی بالا و استفاده از آلومینیوم نیز بعلت خاصیت انتقال حرارتی بسیار بالای این فلز و ترد بودن آن عملا جای خود را به فولاد داده است.استفاده از رنگ مناسب با قدرت پوشش بالا از موارد مورد لزوم چراغ های دکل میباشد. ۶- سایر مشخصه های چراغ های دکل میباید بر اساس دستورالعمل های ایکائو صورت پذیرد.

[۱]انکس ۱۴ ایکائو

سیستم برقگیر

سیستم برقگیر یا به عبارتی سیستم زمین به سیستم دریافت بار الکتریکی رعد و برق و انتقال آن به زمین می‌باشد تا از آسیب رساندن به آنتنها و متعلقات دیگر جلوگیری به عمل آید.

فیبر نوری یا تار نوری رشتهٔ باریک و بلندی از یک مادّهٔ شفاف مثل شیشه یا پلاستیک است که می‌تواند نوری را که از یک سرش به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند. فیبر نوری داری پهنای باند بسیار بالاتر از کابل‌های معمولی می‌باشد، با فیبر نوری می‌توان داده‌های تصویر، صوت و داده‌های دیگر را به راحتی با پهنای باند بالا تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد.^[۱] امروزه مخابرات فیبر نوری، به دلیل پهنای باند وسیعتر در مقایسه با کابلهای مسی، و تاخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره ای از مهمترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می‌شود.

تاریخچهٔ ساخت فیبر نوری

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت. بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید. نور در داخل این کانالها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.^[۲]

شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال ۱۸۸۰، درست ۴ سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می¬کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می¬ شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال ۱۸۴۰ توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال ۱۸۷۰ در کتاب خود ویژگی بازتاب کلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می شود به سمت خط عمود بر سطح خم می‌شود و وقتی از آب وارد هوا می شود از خط عمود دور می شود. اگر زاویه ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی‌شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می شود. زاویه ای که انعکاس کلی آغاز می شود را زاویه بحرانی می نامیم».^[۳]

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکایی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته‌است.

از فیبر نوری (معمولاً از جنس سیلیسیم دی‌اکسید) برای انتقال داده‌ها توسط نور لیزر استفاده میشود. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد از مجموعه ای از این فیبرها تشکیل شده و می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.

در نوع مرسوم فیبر نوری قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش معمولاً از جنس پلاستیک قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد.

سیستم‌های مخابرات فیبر نوری

گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری می‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال‌های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیج‌های کوچک انتقال در حوزه زمانی است. برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ می‌باشد.

در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی‌مانده‌است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت. ۲)سیستم‌های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیک‌های دیجیتال را فراهم می‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود.

• توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیم‌های مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است.
• آزادی از نویزهای الکتریکی: بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌شود. در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل مؤثر میدان‌های الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.

کاربردهای فیبر نوری

1. کاربرد در مخابرات: یکی از مرسوم ترین کاربردهای فیبر نوری انتقال اطلاعات توسط نور لیزر است.
2. کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.
3. کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشکها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.
4. کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماریها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه‌هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می‌شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
5. کاربرد فیبرنوری در روشنابی: از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش بوده (نور خالص و بی خطر) و دیگر اینکه بااین فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما واشعه‌های ماورائ بنفش) را هم به داخل ساختمانها و نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

فناوری ساخت فیبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روشهای ساخت پیش‌سازه

روش‌های فرایند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

• رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه

• تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرایند مورد نیاز است.
• تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
• اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
• گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت

1. مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
2. مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
3. لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.

فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و در سال ۱۳۶۷، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. در همان سال ۱۳۶۷ نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال در سالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتاً در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.

پروژه تار نوری آسیا-اروپا که به TAE مشهور است دارای ۲۴۰۰۰ کیلومتر طول است و از چین، قرقیزستان، ازبکستان و ترکمنستان، ایران، ترکیه، اوکراین و آلمان می‌گذرد. ظرفیت قابل حمل این خط، ۷۵۶۰ کانال تلفنی است.

فیبرنوری یک موجبر استوانهای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده‌است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.

فیبر نوری(لوله نوری) POF ,PCF , QOF در ایران

از سال ۱۳۸۷ تحقیقات وسیعی در مورد این نوع از فیبرها در مرکز فناوری تخصصی صورت گرفت و با دستیابی به تکنولوژی ساخت و تولیدآنها ایران در زمره معدود کشورهای دارنده تکنولوژی ساخت (POLYMER OPTICAL FIBER , PLASTIC CLAD FIBER) قرار گرفت. فیبرهای نوری POF برای انتقال نور مرئی و بسیاری از کاربری‌های دیگر قابل استفاده هستند و در بحث انتقال دیتا سرعتی حدود ۴۰ گیگا بیت در ثانیه دارند که در مقایسه با فیبرهای نوری شیشه‌ای حدود ۴۰۰ برابر بیشتر می‌باشد. فیبرهای PCF , QOF جهت مصارف خاص صنایع مختلف از قبیل سنسورها و انتقال دیتا بسیار کار آمد است. در کل موارد استفاده از این فیبرهاموجب دستیابی به ابزارآلات هایتکی است که در انحصار بعضی از دولتها قرار داشته‌است.

در POFها شار نوری.

فیبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۱۵۵۰ نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱۳۱۰ نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۱٫۳ میکرون قرار داشت، به محدوده ۱٫۵۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی. اس. اف (D.S.F. Fiberِ) ساخته شد.