Особливості конструкції оптичних кабелів. Монтаж оптичних кабелів. Методи з’єднання оптичних волокон. Аналіз втрат, які виникають у процесі монтажу оптичних кабелів зв’язку.
2. Оптичні кабелі
Порівняно з металевими коаксіальними та симетричними кабелями, які складаються з мідних провідників, оптичні кабулі (ОК) мають низку особливостей. Оптичні волокна (ОВ) виготовляються з надчистого кварцу з необхідними добавками або – рідше – з полімерів. Ці матеріали – добрі діелектрики. Отже, оптичні волокна, а як наслідок оптичні кабелі, не чутливі до електромагнітних завад. Окрім цього, вони значно стійкіше до впливу різного роду агресивних хімічних середовищ. Малий діаметр ОВ (разом із захисною оболонкою не більше ніж 250 мкм) та мала маса дозволяють виготовляти ОК значно меншого діаметру та погонної маси, ніж відповідні за характеристиками металеві кабелі. Більш того, для деяких систем передачі інформації оптичним кабелям взагалі не існує альтернативи. Конструктивно при рівних з металевими кабелями діаметрами ОК мають більшу кількість інформаційно-провідних жил. Завдяки малому затуханню та незначним спотворенням форми та тривалості оптичного імпульсу, оптичні кабелі мають значно більшу “будівельну” довжину – до 6 км (для підводних систем до 50 км).
Разом з тим, оскільки основа ОК – кварцовий (рідше полімерний) світловод, виникають певні труднощі при їх зрощуванні.
Не зважаючи на ці особливості, оптичні кабелі повинні задовольняти ряд вимог, що висуваються до характеристик металевих кабелів зв’язку.
Вони повинні забезпечувати:
можливість прокладки в тих самих умовах, в яких прокладаються металеві кабелі;
максимальне використання методик та обладнання традиційної кабелепрокладальної технології;
можливість зрощування і монтажу в польових умовах з достатньою легкістю та на протязі короткого часу;
стійкість до зовнішніх впливів у відповідності до умов експлуатації мережі зв’язку;
надійність в експлуатації у відповідності із заданими показниками безвідмовності, довговічності та придатності до ремонту.
2.1. Особливості конструкції оптичних кабелів
Умовно за конструкцією ОК можна поділити на чотири типи:
а) багатоповівні, або кабелі з повівною структурою;
б) кабелі з пучковою структурою;
в) кабелі з профільною несучою серцевиною;
г) стрічкові кабелі.
До цього переліку слід додати також одноволоконні кабелі, в тому числі для з’єднання в середині стійок. Це кабелі (patchcord) довжиною 3 м із кінцями, які споряджені оптичними рознімними з’єднувачами. До цього переліку додамо також кабелі для підводної прокладки, кабелі для підвіски на високовольтних лініях або вздовж контактної мережі залізничних доріг.
На рисунку 2.1.1 подані ескізи поперечних перерізів оптичних кабелів різних типів: кабелі типу “а” і “б” належать до кабелів класичного типу; типи “в”,”г” характерні для більшості оптичних кабелів.
ОК типу “а” виконаний у вигляді повівів з оптичних модулів, які закручені навколо центрального зміцнюючого елемента. Така конструкція ефективна при кількості оптичних модулів не більше 20. Типовий повівний ОК має зовнішній діаметр 12 мм і від 6 до 8 оптичних модулів. Оптичний модуль являє собою полімерну трубку з вільно вкладеним у неї волокном.
ОК типу “б” складається з пучків оптичних модулів, які навіваються навколо центральної зміцнюючої серцевини. Пучок являє собою полімерну трубку, в середині якої розташовані серцевини з повздовжніми пазами. В ці пази вільно укладені ОВ. Кабель такого типу може складатися з 50-100 волокон. Зовнішній діаметр 15-25 мм.
Рис. 2.1.1. Типи конструкцій оптичних кабелів:
а) повівної скрутки; б) пучкової скрутки; в) з профільною серцевиною; г) стрічковий;
1 – оптоволокно; 2 – стрічка; 3 – полімерна захисна оболонка кабелю; 4 - зміцнююча серцевина
Оптичний кабель типу “в” складається з серцевини, що являє собою пластиковий елемент із гвинтовими пазами, в які вільно вкладені світловоди з первинною захисною оболонкою або оптичні модулі. Серцевина з ОВ або ОМ обмотується ізострічкою і покривається оболонкою. У деяких конструкціях зміцнююча серцевина має круглий перетин, навколо якого по спіралі по черзі навиваються прокладки з вільно вкладеними оптичними модулями. В кабелях типу “в” знаходяться 8-10 світловодів. Зовнішній діаметр кабелю до 20 мм.
Серцевина кабелю типу “г” зібрана з плоских стрічок із паралельно вкладених на віддалі в декілька десятих часток мм світловодів. Скручені стрічки утворюють серцевину кабелю. Зміцнюючі елементи в такому ОК розташовані в оболонці. Завдяки щільному вкладанню кабель такого типу може бути зовсім невеликого діаметру. Так, кабель із 144 оптичними волокнами має зовнішній діаметр 12 мм.
Кабель може також включати броню зі сталевої проволоки. У кабелі також можуть міститися мідна жила або декілька жил для електроживлення та інших технічних потреб.
Кабелі можна класифікувати також за функціональним призначенням:
магістральні;
зонні;
міські;
сільські.
Кабелі можуть бути з вільним або жорстким розміщенням оптичних волокон.
У таблиці наведені вади та переваги, які притаманні таким типам укладки.
Таблиця 4
Характеристика кабелю |
Конструкція кабелю |
|
з вільним розміщенням волокон |
з жорстким розміщенням волокон |
|
Радіус вигину |
великий |
малий |
Сила розтягнення |
висока |
низька |
Опір удару |
низький |
високий |
Опір тиску |
низький |
високий |
Вплив температури |
низький |
високий |
Т
ипів
конструкцій оптичних кабелів дуже
багато, як багато і типів їх маркування.
Тільки в Росії більше 10 заводів з
виробництва ОК.
О
а б
Рис. 2.1.2. Конструкція монтажних кабелів для місцевих з’єднань:
а) кабель оптичний об’єктний двожильний фірми MOHAWK/CDT; б) кабель Bveakout об’єктний тієї самої фірми;
1 – оптичне волокно; 2 – буферне покриття 900 мкм; 3 – зміцнюючі нитки; 4 – зовнішня оболонка PVC
крім цього, при будівництві магістральних і зонних систем ВОСП вітчизняна промисловість повністю забезпечити не в змозі. У системах зв’язку такого рівня в даний час впроваджується обладнання відомих закордонних фірм: SIMENS, ALCATEL, NEC та ін. Це системи SDH і PDH для швидкостей 2.4 Гбіт/с, 622 Мбіт/с, 155 Мбіт/с.Зарубіжні фірми – виробники кабелю: MOHAWK/CDT (США), FUJIKURA (Японія), SEL (Німеччина) і др.
Більшість кабелів, які випускаються на даний час, на 90 % складаються з одномодових оптичних волокон. Зумовлено це тим, що волоконно-оптичні системи передачі – це в більшості випадків високошвидкісні системи значної протяжності – від десятків до тисяч кілометрів. Більш того, в даний час активно розробляється концепція широкосмугової мережі доступу (Gigabits to home). Отже, зростають вимоги до різкого збільшення смуги частот, що передаються на абонентській ділянці.
Разом з тим, в місцевих, об’єктних і бортових ВОЛЗ, системах автоматики, знаходять широке застосування кабелі з багатомодових волокон (рис. 2.1.2).
У даний час світовим лідером по виробництву ОК є транснаціональна компанія ALCATEL, яка виробляє повну номенклатуру ОК, від трансокеанських до монтажних.