Структурированные кабельные системы
29ec6025

Волоконно-оптический кабель


Волоконно-оптический кабель

Особенности строения кабеля. При создании волоконно-оптического кабеля важными являются следующие факторы: прочность на растяжение, жесткость, долговечность, гибкость, размер, сопротивляемость воздействиям окружающей среды, устойчивость к пламени, температурный диапазон и внешний вид.

Первый уровень защиты волокна. Оптическое волокно по своей физической природе является очень маленьким волноводом. В среде, свободной от напряжений и внешних сил, этот волновод будет проводить свет, инжектированный в него с минимальными потерями, или затуханием. Для изоляции волокна от таких внешних сил были разработаны два вида первых уровня защиты: свободный буфер и плотный буфер.

В конструкции со свободным буфером волокно расположено в пластиковой трубке с внутренним диаметром, который значительно больше, чем само волокно. Внутреннее пространство трубки обычно заполняется гелем.

Свободный буфер изолирует волокно от внешних механических сил, воздействующих на кабель. Для многоволоконных кабелей количество таких трубок, каждая из которых содержит одно или несколько волокон, сочетается с элементами жесткости для предотвращения напряжения волокон и для уменьшения растяжения и взаимного влияния. С помощью изменения количества волокон в трубке во время производства, можно управлять степенью усадки в зависимости от температуры, и, таким образом, уменьшать степень затухания в рабочем диапазоне температур.

Другая техника защиты волокна - плотный буфер, - использует непосредственную экструзию (выдавливание) пластика вокруг базового покрытия волокна. Конструкции с плотным буфером способны выдерживать намного более сильные ударные и давящие нагрузки без повреждения волокна.

Однако конструкции с плотным буфером обеспечивают более низкую защиту волокна от напряжений и изменений температуры. Будучи относительно более гибким, по сравнению со свободным буфером, плотный буфер, если установлен с резкими изгибами и перекручиванием, вызывает оптические потери, превышающие номинально допустимые вследствие микроизгибов.


Более совершенной конструкцией с плотным буфером является "гибридный" или "композитный" кабель (кабель типа break-out или fan-out). Термин "композитный" является более предпочтительным, так как определение "гибридный" устойчиво закрепилось за многопарными "медными" кабелями. В композитном кабеле волокно в плотном буфере окружено арамидным волокном и оболочкой, обычно PVC. Такие одноволоконные элементы затем покрываются общей оболочкой, которая и формирует композитный кабель. Такой "кабель внутри кабеля" имеет преимущества при терминировании коннектора и монтаже.

Каждая из описанных конструкций имеет свои преимущества и недостатки. Свободный буфер обеспечивает более низкое затухание сигнала при распространении его по кабелю вследствие минимальной концентрации микроизгибов и высокий уровень изоляции от воздействия внешних сил. При длительном механическом напряжении свободный буфер обеспечивает более стабильные передающие характеристики.

Конструкция с плотным буфером обеспечивает меньшие размеры, более легкий вес при одинаковой конфигурации волокна и, в общем случае, дает более гибкий, изломоустойчивый кабель.

Механическая защита. Превышение нормальных нагрузок для кабеля при монтаже может' поставить волокно в состояние растяжения. Уровни механического напряжения могут вызывать потери на микроизгибах, что приводит к увеличению затухания и всевозможным эффектам усталости. Для обеспечения выдерживания подобных нагрузок, что обеспечивает простоту и скорость монтажа, а также длительную эксплуатацию, к конструкции волоконно-оптического кабеля добавляются различные внутренние элементы жесткости.

Такие элементы жесткости обеспечивают свойства нагрузки, сходные с механическими характеристиками электронных кабелей, и предохраняют волокна от напряжения, минимизируя растяжение и взаимное влияние. В некоторых случаях они служат и как термостабилизирующие элементы.



Запас растяжения у оптического кабеля очень небольшой до момента облома волокна, поэтому элементы жесткости должны обладать низкой степенью растяжимости при ожидаемых силах растяжения.


Сопротивляемость ударам и давлению, гибкость и скручиваемость являются другими механическими факторами, влияющими на выбор элементов жесткости. Элементы жесткости, которые наиболее часто используются в волоконно-оптических кабелях - это арамидное волокно, стекловолоконные эпоксидные пруты (FGE) и стальные проволоки. Относительно единицы веса арамидное волокно в пять раз прочнее стали. Оно и стекловолоконные эпоксидные пруты часто являются выбором, когда требуется полностью диэлектрическая конструкция. Следует выбирать сталь или FGE, когда требуется работа при низких температурах, так как они обладают лучшей температурной стабильностью.

Количество волокон. Определение количества волокон в кабеле требует от проектировщика тщательного рассмотрения развития в будущем требований к сети. В зависимости от числа и типа приложений в сети и уровня избыточности, количество волокон может составлять от 2 до 100 и больше в магистрали или к каждому телекоммуникационному шкафу.

В настоящее время вследствие высокой стоимости мультиплексирующего оборудования отдельные выделенные волокна в общем случае используются для каждого приложения. Для обеспечения требований к расширяемости системы рекомендуется устанавливать количество волокон, по крайней мере, в два раза больше, чем в действительности запланировано для магистрали.

Выбор волокна. Различные параметры волокна, такие как затухание, числовая аппертура (NA), диаметр ядра, рассмотрены ранее. Для определения условий инжектирования оптической мощности в волокно необходимо учитывать величину NA и диаметр ядра. Определенные типы волокна подходят для специальных приложений. Выбор для большинства ЛВС или систем передачи данных, например, в настоящее время сосредоточен на цельностеклянных волокнах. Существуют различные конструкции ядро/демпфер с выбором оптимального соотношения по производительности, цене истандартизуемости. Чаще всего рассматриваются три размера приведенные в таблице:

Ширина рабочей полосы частот многомодовых волокон



Размер ядра

мкм
Размер демпфера

мкм
Полоса МГц-км
Длинна волны

850 нм
Длинна волны

1300 нм
50 125 500 500
62,5 125 160 500
100 140 100 200
Все они являются многомодовыми волокнами с градиентным показателем преломления для обеспечения адекватной полосы и потерь, достаточно низких для того, чтобы идеально соответствовать требованиям к пропускной способности и размерам типичных ЛВС. Системы видео и кабельного телевидения часто используют одномодовые волокна 50/125 мкм из-за их широкой полосы и рабочих характеристик с низкими потерями. Каналы современной междугородней телефонии также используют одномодовые волокна.

Цветовое кодирование и маркировка. Волоконно-оптические кабели для внешнего применения обычно имеют внешнюю оболочку черного цвета. Для кабелей, используемых для монтажа внутри зданий, существует несколько вариантов цветового кодирования. Волоконно-оптические пэтч-корды часто имеют ярко-оранжевый или желтый цвет. Как и для медных кабелей, для волоконно-оптических должны соблюдаться определенные правила маркировки - на оболочку кабеля должна быть нанесена маркировка уровня рабочих характеристик и уровня безопасности по системе UL.

Коды NEC для волоконно-оптического кабеля

Статья NEC код Значение Допустимые замены
770 OFNP Волоконно-оптический кабель, Plenum, непроводящий нет
OFNR Волоконно-оптический кабель, Riser, непроводящий OFNP
OFNG Волоконно-оптический кабель, общего назначения, непроводящий OFNR
OFN Волоконно-оптический кабель, общего назначения, непроводящий
OFCP Волоконно-оптический кабель, Plenum, проводящий OFNP
OFCR Волоконно-оптический кабель, Riser, проводящий OFCP OFNR
OFCG Волоконно-оптический кабель, общего назначения, проводящий OFNR OFCR OFN
OFC Волоконно-оптический кабель, общего назначения, проводящий
Выбор типа конструкции кабеля. Существует четыре основные конструкции волоконно-оптического кабеля, из которых можно сделать выбор.


Это - пэтч- кордовый кабель, многоволоконный кабель для монтажа внутри зданий, композитный многоволоконный кабель (fan-out или breakout) для монтажа внутри зданий, и кабель для внешней прокладки со свободным буфером (трубкой).

Пэтч-кордовый кабель имеет четыре типа конструкции: симплексный, дуплексный "зип корд", двухэлементный дуплексный, и круглый дуплексный.

Многоволоконный кабель для внутреннего применения построен на основе обычной буферной оболочки размером 900 мкм с интегрированными элементами жесткости. Вследствие этого возможно исключение процедуры кримпования (обжима) при монтаже коннектора. Таким образом, коннектор может быть установлен непосредственно на волокно с плотным буфером. Некоторые коннекторы оснащены дополнительными фитингами, хорошо подходящими для такого вида монтажа. При этом следует выбирать тип коннектора и его размеры, предназначенные для терминирования только волокон с плотным буфером.

Композитный многоволоконный кабель имеет волоконные элементы с индивидуальными внешними оболочками и элементами жесткости. Каждый из таких элементов практически является самостоятельным кабелем.

Кабель для внешней прокладки со свободным буфером содержит оптические волокна внутри буферных трубок, окруженных внешними оболочками.



Содержание раздела