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光纤光缆布线基础知识及系统设计

光纤作为高带宽、高安全的数据传输介质被广泛应用于各种大中型网络之中。由于线缆和设备造价昂贵,光纤大多只被用于网络主干,即应用于垂直主干子系统和建筑群子系统的系统布线,实现楼宇之间以及楼层之间的连接,目前也应用于对传输速率和安全性有较高要求的水平布线子系统。
一、光纤
1、光及其特性:
1)光是一种电磁波
可见光部分波长范围是:390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是红外光,小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是:850,1300,1550三种。
 
2)光的折射,反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的,所以光从一种物质射向另一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且,折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时,折射光会消失,入射光全部被反射回来,这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率),相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
 
2、光纤结构及种类:
1)光纤结构:
光纤裸纤一般分为三层:中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。
 
2)数值孔径:
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&T??CORNING)。
 
3)光纤的种类:
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
多模光纤:中心玻璃芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。
单模光纤:中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
B.按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
常规型:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300nm。
色散位移型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1300nm和1550nm。
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
突变型:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低,模间色散高。适用于短途低速通讯,如:工控。但单模光纤由于模间色散很小,所以单模光纤都采用突变型。
渐变型光纤:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高模光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离,但成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤。
 
4)常用光纤规格:
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
多模:50/125μm,欧洲标准 62.5/125μm,美国标准
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
塑料:98/1000μm,用于汽车控制
 
3、光纤制造与衰减:
1)光纤制造:
 
现在光纤制造方法主要有:管内CVD(化学汽相沉积)法,棒内CVD法,PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法。
 
2)光纤的衰减:
 
造成光纤衰减的主要因素有:本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。
 
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
 
弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成的损耗。
 
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
 
杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
 
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
 
对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。
 
4、光纤的优点:
 
1)光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
 
2)无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
 
3)不受电磁场和电磁辐射的影响。
 
4)重量轻,体积小。例如:通2万1千话路的900对双绞线,其直径为3英寸,重量8吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆,直径为0.5英寸,重量450P/KM。
 
5)光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
 
6)使用环境温度范围宽。
 
7)化学腐蚀,使用寿命长。
 
二、光缆
 
1、光缆的制造:
 
光缆的制造过程一般分以下几个过程:
 
1)光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
 
2)光纤的染色:应用标准的全色谱来标识,要求高温不退色不迁移。
 
3)二次挤塑:选用高弹性模量,低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子,将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶,最后存放几天(不少于两天)。
 
4)光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
 
5)挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
 
2、光缆的种类:
 
1)按敷设方式分有:自承重架空光缆,管道光缆,铠装地埋光缆和海底光缆。
 
2)按光缆结构分有:束管式光缆,层绞式光缆,紧抱式光缆,带式光缆,非金属光缆和可分支光缆。
 
3)按用途分有:长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。
 
3、光缆的施工:
 
多年来,做光缆施工使得我们已有了一套成熟的方法和经验。
 
光缆的户外施工:
 
较长距离的光缆敷设最重要的是选择一条合适的路径。这里不一定最短的路径就是最好的,还要注意土地的使用权,架设的或地埋的可能性等。
 
必须要有很完备的设计和施工图纸,以便施工和今后检查方便可靠。施工中要时时注意不要使光缆受到重压或被坚硬的物体扎伤。
 
光缆转弯时,其转弯半径要大于光缆自身直径的20倍。
 
1)户外架空光缆施工:
 
A.吊线托挂架空方式,这种方式简单便宜,我国应用最广泛,但挂钩加挂、整理较费时。
 
B.吊线缠绕式架空方式,这种方式较稳固,维护工作少。但需要专门的缠扎机。
 
C.自承重式架空方式,对线干要求高,施工、维护难度大,造价高,国内目前很少采用。
 
D.架空时,光缆引上线干处须加导引装置,并避免光缆拖地。光缆牵引时注意减小摩擦力。每个干上要余留一段用于伸缩的光缆。
 
E.要注意光缆中金属物体的可靠接地。特别是在山区、高电压电网区和多地区一般要每公里有3个接地点,甚至选用非金属光缆。
 
2)户外管道光缆施工:
 
A.施工前应核对管道占用情况,清洗、安放塑料子管,同时放入牵引线。
 
B.计算好布放长度,一定要有足够的预留长度。
 
C.一次布放长度不要太长(一般2KM),布线时应从中间开始向两边牵引。
 
D.布缆牵引力一般不大于120kg,而且应牵引光缆的加强心部分,并作好光缆头部的防水加强处理。
 
E.光缆引入和引出处须加顺引装置,不可直接拖地。
 
F.管道光缆也要注意可靠接地。
 
3)直接地埋光缆的敷设:
 
A.直埋光缆沟深度要按标准进行挖掘,标准见下表:
 
B.不能挖沟的地方可以架空或钻孔预埋管道敷设。
 
C.沟底应保正平缓坚固,需要时可预填一部分沙子、水泥或支撑物。
 
D.敷设时可用人工或机械牵引,但要注意导向和润滑。
 
E.敷设完成后,应尽快回土覆盖并夯实。
 
4)建筑物内光缆的敷设:
 
A.垂直敷设时,应特别注意光缆的承重问题,一般每两层要将光缆固定一次。
 
B.光缆穿墙或穿楼层时,要加带护口的保护用塑料管,并且要用阻燃的填充物将管子填满。
 
C.在建筑物内也可以预先敷设一定量的塑料管道,待以后要敷射光缆时再用牵引或真空法布光缆。
 
4、光缆的选用:
 
光缆的选用除了根据光纤芯数和光纤种类以外,还要根据光缆的使用环境来选择光缆的外护套。
 
1)户外用光缆直埋时,宜选用铠装光缆。架空时,可选用带两根或多根加强筋的黑色塑料外护套的光缆。
 
2)建筑物内用的光缆在选用时应注意其阻燃、毒和烟的特性。一般在管道中或强制通风处可选用阻燃但有烟的类型(Plenum),暴露的环境中应选用阻燃、无毒和无烟的类型(Riser)。
 
3)楼内垂直布缆时,可选用层绞式光缆(DistributionCables);水平布线时,可选用可分支光缆(BreakoutCables)。
 
4)传输距离在2km以内的,可选择多模光缆,超过2km可用中继或选用单模光缆。
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