Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель

Оптическая передача данных по оптоволоконному кабелю (LWL) обладает целым рядом преимуществ. Она допускает высокую скорость передачи до 40 Гбит/с на многие километры, не оказывает влияния на проложенные параллельно проводники и нечувствительна к электромагнитным воздействиям. Различные типы волокна (POF, PCF, GOF) и категории волокна OM1 до OM5 и OS2 дают возможность создавать соответствующие специфическим требованиям концепции кабельной разводки.

Принцип оптической передачи данных

Принцип оптической передачи данных

Преимущества передачи по оптоволоконному кабелю

Оптоволоконные кабели (англ.: Fiber Optics (FO)) передают данные в форме света на большие расстояния. Для этого электрические сигналы от передатчика преобразуются в оптические сигналы и передаются на приемник по полимерному или стекловолокну. В нем принятые световые сигналы снова преобразуются в электрические, регистрируются и обрабатываются. Кабели и провода на 90 % легче и тоньше по сравнению с медным кабелем, но позволяют передавать на более дальние расстояния и с большей скоростью до 40 Гбит/с и более. Одновременно не требуется создание сложных концепций экранирования, поскольку передача без металла обладает абсолютной нечувствительностью к электромагнитным и электростатическим помехам. Использование материала и связанные с ним издержки на пассивную кабельную разводку часто меньше, чем на медную кабельную разводку. Кроме того, высокая скорость передачи с высокой плотностью сигналов дает возможность передавать по одному оптоволоконному кабелю несколько сигналов с различной длиной волны (режим мультиплекс).

Передача данных в вычислительном центре

Оптическая кабельная разводка оптимизирует передачу данных в вычислительном центре

Применение оптоволоконного кабеля

Независимо от дистанции (короткие, средние или длинные), со скоростью меньше 100 Мбит/с или до 40 Гбит/с или в шинных или Ethernet-структурах: практически для любых требований в промышленной и полу-промышленной автоматизации существует подходящий кабель для передачи данных по волокну. Даже при применении в неблагоприятных условиях, например, в ветропарках, оптоволоконные кабели надежно выполняют свою задачу.
Поэтому области применения варьируются от использования в транспортных средствах и промышленной кабельной разводке до локальных вычислительных сетей (LAN) в центрах обработки данных и протяженных транспортных сетей. Решающим для кабельной разводки является выбор правильных типа и категории волокна.

Ядро волокна и диаметр оболочки оптоволоконных кабелей

Сравнение различных размеров ядра волокна и диаметра оболочки

Подходящее для любого случая волокно

Каждый тип волокна имеет свою область применения. Чем меньше внешний диаметр волокна, тем более филигранной становится его подготовка. По физическим причинам более высокие скорости передачи данных и расстояния могут быть достигнуты при меньших диаметрах волоконных жил.

  • POF (Polymer Optical Fiber): В POF-кабелях как ядро, так и оболочка (Cladding) состоят из синтетического материала. Типичный диаметр ядра составляет 980 мкм, а диаметр оболочки – 1 000 мкм. POF-кабели для коротких участков передачи до 70 м и скорости передачи до максимум 100 Мбит/с, в зависимости от активного компонента, используются для кабельной разводки в транспортных средствах или для промышленной кабельной разводки. Прочность и размер волокна позволяет легко подготавливать его в полевых условиях. Из-за высокого коэффициента затухания и дисперсии данный тип волокна не подходит для высоких скоростей передачи данных и больших расстояний.

  • PCF (Polymer Clad Fiber): оптоволоконные кабели PCF состоят из стекла с пластиковой оболочкой. Данные кабели известны под разными названиями: PCS (Polymer Clad Silica), HCS (Hard-clad silica) и HPCF (Hard Polymer Clad Fiber), прочны и легко обрабатываются. PCF-волокно имеет типичный диаметр ядра 200 мкм и диаметр оболочки 230 мкм и часто используется в промышленной кабельной разводке средней длины до 300 м и скоростью передачи обычно ≤100 Мбит/с. Другие области применения: автомобильная промышленность, датчики и медицинские технологии.

  • Многомодовое GOF-волокно (Glass Optical Fiber): Стекловолокно имеет ядро из кварцевого стекла, окруженного слоем из отражающего стекла. Диаметр ядра многомодовых кабелей составляет 50 мкм или 62,5 мкм. Больший диаметр позволяет ввести больше световой энергии в начале волокна, но в то же время происходит более высокое затухание по всей длине волокна. Поэтому многомодовые волокна чаще всего используют в локальных вычислительных сетях (LAN) и вычислительных центрах, где их можно использовать для расстояний до 550 м и скоростей до 10 Гбит/с.

  • Одномодовое GOF-волокно: Одномодовые волокна имеют существенно меньший диаметр сердечника, прибл. 8 мкм. В случае одномодовых волокон различают термины «диаметр сердечника» и «диаметр модового поля». Диаметр модового поля зависит от длины волны. Чем больше длина волны, тем больше диаметр модового поля. Так как в волокне передается только один световой режим, то возможно передавать высокую мощность. Коэффициент затухания волокна в области передачи очень мал. Низкий коэффициент затухания и рассеивание образуют идеальные условия для использования одномодовых волокон для расстояний до 50 км и скорости передачи данных 40 Гбит/с.

Категории многомодового волокна OM1, OM2, OM3, OM4 и одномодового волокна OS1 и OS2 имеют международное определение согласно ISO/МЭК 11801. В нем изложено, какими характеристиками скорости передачи и значениями затухания обладает волокно. С постоянным увеличением скорости передачи растет и количество будущих категорий, например, OM5 для скорости передачи до 400 Гбит/с.

Коэффициент затухания оптоволоконного кабеля

Возможные причины увеличения коэффициента затухания оптоволоконного кабеля

Потери при использовании оптоволоконного кабеля

Коэффициент затухания обозначает потери световой мощности, возникающие при транспортировке света от передатчика к приемнику. Целью является транспортировка световой энергии передатчику с наименьшими потерями. Различают затухание, возникающее на каком-либо конкретном участке, и связанное с длиной волокна затухание – коэффициент затухания. Коэффициент затухания для оптоволоконного кабеля относится к длине 1 км.

  • Потери при добавлении и соединении: такие потери могут возникать при переходе света в оптоволокно, как от передатчика, так и при подключении с помощью штекерных и сращивающих соединений на линии связи и на приемнике. Существуют разнообразные причины данного типа потерь. Очень часто это происходит из-за загрязнений на торцовой поверхности штекерного соединителя. Также соединение волокон различного диаметра на одной линии приводит к потерям. Сращивающие соединения, реализованные при помощи сварки оплавлением, имеют очень низкое затухание, менее 0,1 дБ. Продольные, поперечные и угловые смещения концов волокна также могут привести к затуханию. Царапины и сколы на торцевых поверхностях не только увеличивают затухание, но и могут вызвать дополнительные повреждения на соединенной противоположной торцевой поверхности. Также ошибки при монтаже, например, зарубка снаружи на стекловолокне может привести к повышению коэффициента затухания или даже к последующему обрыву.

  • Потери при изгибе: для всех оптоволоконных кабелей в техническом описании указываются минимальные радиусы изгиба. При превышении данного показателя появляются потери и коэффициент затухания возрастает соответственно. Часть света из ядра уходит. Некоторое время назад были разработаны волокна GOF для многомодового и одномодового диапазона, которые можно сгибать очень сильно. Данные нечувствительные к изгибанию волокна позволяют реализовать радиусы изгиба менее 10 мм. Данное волокно соответствует стандартам серии МЭК 60793-x и получило международные сертификаты ITU-Tx. Преимуществом является возможность прокладки в неблагоприятных монтажных условиях в зданиях, жилых помещениях и в промышленности.

  • Потери при производстве: материал, из которого производится оптоволокно, а также сам процесс производства могут приводить к затуханию. Это могут быть специфические для материала причины или, например, вызванные загрязнениями. Стекловолокно производится с оптимизацией для определенных диапазонов длины волны. В данных диапазонах длины волны коэффициент затухания по возможности очень низкий. Действительные для данной длины волны коэффициенты затухания указаны соответственно в техническом описании. Следует учитывать это при эксплуатации оптоволоконного кабеля.

Рассеивание в оптоволоконном кабеле

Деформирование сигнала во время исполнения от передатчика к приемнику

Влияние рассеивания

Скорость передачи данных и пропускная способность оптоволоконного кабеля также ограничивается значением рассеивания. Рассеивание представляет собой деформирование сигнала. Во время прохождения от передатчика к приемнику сигнал теряет высоту, а фронты постоянно понижаются. Если два последовательных сигнала накладываются друг на друга, приемник не может распознать, один это или два сигнала. Это приводит к ошибкам передачи. Чем выше пропускная способность передачи и чем больше длина канала, тем важнее становится низкая дисперсия. Особенно на длинных одномодовых линиях это является решающим фактором для надежного и безошибочного качества передачи.

Ассортимент изделий Phoenix Contact для оптоволокна

Широкий ассортимент изделий для оптоволоконной кабельной разводки

Продукция для кабельной разводки для передачи данных на базе оптоволокна

Phoenix Contact предлагает вам широкий ассортимент продукции для оптоволоконной кабельной разводки. Наряду с широким выбором кабелей и подходящих технологий подключения в ассортимент входят подключения устройств, патч-панели, устройства сопряжения и распределители для монтажных реек.

  • Скорость передачи до 40 Гбит/с
  • Решения для IP20, IP65/67 и IP68
  • Для всех основных типов волокна
  • Для распространенных интерфейсов
  • Максимальная защита от ЭМВ и электростатики