3. 1 Волоконно-оптический кабель

3.1 Волоконно-оптический кабель

Основные характеристики

В современных сетях для передачи данных все чаще используется волоконно-оптический кабель взамен стандартных электрических моделей, в которых проводящим материалом выступали медные и алюминиевые жилы. Такая популярность обусловлена рядом причин, среди которых куда более низкая себестоимость силикатных материалов, необходимых для изготовления оптического волокна и куда лучшие параметры работы оптоволоконных систем.

Затухание сигнала

Волоконно-оптический кабель (оптоволоконный) предназначен для передачи сигналов связи посредством светового потока. Основным его отличием является использование световых импульсов. Благодаря своей структуре оптический проводник обеспечивает проходимость световых импульсов без потерь, за исключением тех из них, где мощность потока значительно снижается за счет отражения и дисперсии.

Световой импульс в волоконно-оптическом кабеле

Классификация

Движение сигнала в многомодовом волокне с размером 50 или 62,5 мкм

Волоконно-оптический кабель, в зависимости от выбранного критерия будет подразделяться на разные категории. Так, по материалу изготовления выделяют два типа оптоволоконных изделий:

GOF — кабель, оптическое волокно в котором выполнено из стекла (первая буква аббревиатуры происходит от английского glass);
POF — модели с полимерным проводящим элементом (первая буква аббревиатуры происходит от английского plastic).

В зависимости от способа прокладки волоконно-оптической линии все марки подразделяются на те, которые могут размещаться:

Путем подвешивания — такие модели содержат несущую жилу и кевларовую броню, а при подвешивании их на опоры его с ним применяются устройства грозозащиты.
Для внутренней прокладки — в колодцах, камерах, шахтах кабель-каналах и т. д.;
Для подземной прокладки — модели с усиленной наружной оболочкой, способной противостоять агрессивному воздействию окружающей среды;
Для подводной прокладки — эти модели имеют многослойную структуру с усиленной гидроизоляцией.

В зависимости от величины проводящего ядра в волоконно-оптическом канале по отношению к демпфирующему слою выделяют одномодовые и многомодовые кабели. Они отличаются по количеству проводимых сигналов.

Одномодовый кабель характеризуется относительно небольшим диаметром проводящего сердечника – 9 мкм. Такой размер пропускает только один сигнал по каналу. Несмотря на то, что одномодовая конструкция отличается небольшой пропускной способностью, сигнал в ней не искажается и не затухает на всей протяженности линии.

Многомодовый кабель, в отличии от одномодового характеризуется куда более широким диаметром проводящего ядра — 50 или 62,5 мкм. За счет увеличения ширины канала возникает возможность отражения сразу нескольких волн в ядре с определенным шагом (дисперсией). Поэтому по нему одновременно можно перемещать сразу несколько сигналов. Недостатком многомодового волокна является искажение и затухание сигнала, но вместе с тем многомодовый и более дешевый вариант, в сравнении с одномодовым, так как он работает на обычных светодиодах, а не на лазере.

Движение сигнала в одномодовом волокне с размером 50 или 62,5 мкм

Преимущества и недостатки оптоволокна

Волоконно-оптические линии, в сравнении с теми же медными кабелями обладают рядом весомых преимуществ:

Затухание сигнала

Не подвергается воздействию электромагнитного излучения от соседних источников, благодаря чему в нем не возникают помехи;
Благодаря отсутствию электрического напряжения в соединительных кабелях, осуществляется гальваническая развязка между источником и приемником;
Высокая скорость и большая пропускная способность, в сравнении с медными вариантами;
Большое расстояние для передачи сигнала;
Относительно небольшой коэффициент затухания сигнала;
Безопасность данных из-за невозможности бесконтактного съема данных и сложности подключения к линии;
Антивандальная устойчивость — из-за того, что волоконно-оптическая продукция не принимается на пунктах приема, ее хищение совершенно бесполезно.

К недостаткам волоконно-оптических линий относят:

Хрупкость самого материала жил, из-за чего их легко поломать;
Для передачи и преобразования посылаемых по волоконно-оптическим каналам сигналов необходимо специальное оборудование;
В случае повреждения оптоволоконного кабеля срастить место разрыва, как у классического медного, не получится, как правило, приходится заменять целый участок;
Относительная дороговизна, как самого кабеля, так и дополнительных устройств;
Монтажные работы могут выполнять только специально обученные лица.

Структура оптоволоконного кабеля

Базовая структурная единица кабеля – сердечник, который устанавливается для натяжения оптоволоконного кабеля, как правило, выполняется из металла или стеклопластика и воспринимает на себя весь вес волоконно-оптической линии при подвешивании, так как само оптическое волокно не обладает достаточной прочностью на разрыв. Также он центрирует всю конструкцию вокруг себя. Может изготавливаться как с защитной оболочкой, так и без нее.

Затухание сигнала

Оптическое волокно – основной элемент сердечника, предназначенный непосредственно для передачи светового сигнала. В одном кабеле, как правило, содержится от 2 до 250 волокон. Каждое из них покрывается специальным лаком, который обеспечивает достаточную прочность волокну и предотвращает распространение света за его пределы.

Внутренняя структура волоконно-оптического кабеля

Трубчатые модули – предназначены для защиты волокон от механических повреждений и для маркировки их отдельных групп. В составе кабеля может находиться один или несколько таких модулей, внутри они заполняются специальным защитным слоем из гидрофобного наполнителя. Чем больше волокон входит в состав волоконно-оптического кабеля, тем актуальнее использование нескольких модулей.

Пленка с гидрофобным наполнителем – выступает в роли одной или нескольких защитных оболочек для всего пучка волоконно-оптического кабеля, их число определяется конструкцией всего сердечника и условиями его эксплуатации. Предназначена для снижения трения внутри и предотвращения проникновения влаги во внутрь. Как правило, внутри волоконно-оптического кабеля она дополнительно стягивается нитями.

Слой диэлектрического материала – из полиэтилена или ПВХ изоляция. Также выполняет функцию защиты волоконно-оптических линий от влаги.

Слой брони – обеспечивает достаточную механическую прочность при любой прокладке. Его основная задача – предотвратить нарушение целостности волокон режущими предметами, в процессе перетирания или грызунами. Может выполняться металлической проволокой, стекловолокном или кевларом. Бронированный кабель может использоваться для внешней прокладки, в шахтах и колодцах и под землей.

Следует отметить, что рассмотренный вариант волоконно-оптического кабеля является частным случаем, кроме него вы можете встретить и другие модели, в которых могут отсутствовать некоторые из вышеприведенных элементов или изменяться их количество.

Внешняя оболочка – основной элемент волоконно-оптического кабеля, предотвращающий разрушающее воздействие внешних факторов на линию. Внешний слой выполняется из полиэтилена или другого герметичного диэлектрика. Позволяет использовать оптоволоконную продукцию, как для воздушной прокладки, так и для кабельных каналов. Дополнительной функцией диэлектрической оболочки является защита от воздействия электрического напряжения в аварийных ситуациях.

Структура волоконно-оптического кабеля