Fiberoptik Highspeed-dataöverföring

Den optiska dataöverföringen via fiberoptik erbjuder många olika fördelar. Den tillåter höga datahastigheter på upp till 40 GBit/s över sträckor på flera kilometer, påverkar inte närliggande ledningar och är samtidigt okänslig för elektromagnetisk påverkan. De olika fibertyperna (POF, PCF, GOF) och fiberkategorierna OM1 till OM5 samt OS2 möjliggör kabeldragning som är skräddarsydda för specifika krav.

Startsida
Teknik
Fiberoptik

Fördelar

Upp till 90 % tunnare fiberoptiska kablar och ledningar jämfört med kopparkablar
Inga skärmkoncept krävs på grund av den metallfria överföringen
Låg materialanvändning för passiv kabeldragning
Överföring av flera signaler i olika våglängder genom samma fiberoptik tack vare stora överföringsbandbredder

Princip för den optiska dataöverföringen

Principen för fiberoptisk överföring

Fiberoptik (Fiber Optics (FO)) överför data över långa sträckor i form av ljus. För detta omvandlas elektriska signaler till optiska signaler i sändaren och skickas till mottagaren via plast- eller glasfiber. Där omvandlas de överförda ljussignalerna till elektriska signaler igen, utvärderas och bearbetas vidare.

Kablarna och ledningarna är upp till 90 procent lättare och tunnare än kopparkablar och möjliggör ändå längre överföringssträckor och datahastigheter på upp till 40 GBit/s eller mer. Samtidigt är inte några dyra skärmkoncept nödvändiga eftersom den metallfria överföringen är helt okänslig mot störningar på grund av elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och elektrostatisk urladdning (ESD).

Materialanvändningen och de kostnader som hänger samman med detta för det passiva kablaget är för det mesta lägre jämfört med ett kopparkablage. Dessutom ger stora överföringsbandbredder med hög signaltäthet en möjlighet att överföra flera signaler med olika våglängd (multiplexing) genom samma fiberoptik.

Glasfiberkabling optimerar dataöverföringen i datacentraler

Fiberoptik i tillämpningen

Det spelar ingen roll om det är korta, medellånga eller långa distanser, om det är med hastigheter under 100 Mbit/s eller upp till 40 Gbit/s eller om det är inom buss- eller Ethernet-strukturer: För praktiskt taget varje krav inom industriell och semiindustriell automatisering finns det en lämplig kabel för dataöverföring genom fiber. Till och med vid användning i hårda förhållanden, t.ex. i vindkraftparker, utför fiberoptiken sin uppgift på ett tillförlitligt sätt.

Användningsbredden sträcker sig därför från användning inom fordonsteknik och industrikablage över Local Area Networks (LAN) i datacentraler till fjärrkabelnät. Avgörande för kablaget är valet av rätt fibertyp och fiberkategori.

Rätt fiber för varje användning Varje fibertyp står för ett eget användningsområde. Ju mindre fiberns ytterdiameter är desto mer filigrant förhåller sig fibern vid konfektionen. Mindre diametrar på fiberkärnor möjliggör högre datahastigheter och avstånd. Klicka på de turkosfärgade punkterna för mer information.

Interaktiv bildkarta: Fiberkärndiametrar och manteldiametrar för fiberoptik

POF för korta överföringssträckor upp till 70 m och 100 MBit/s

Vid POF-kablar (optisk polymerfiber) består både kärnan och manteln (cladding) av plast. Den typiska kärndiametern ligger på 980 µm och manteldiametern på 1 000 µm. Med korta överföringssträckor på upp till 70 m och datahastigheter på maximalt 100 Mbit/s används POF-kablar för kabling inom fordonsteknik eller för industriellt kablage beroende på aktiva komponenter. Tack vare fibrernas robusthet och storlek är det enkelt att kontaktera dessa på fältet. På grund av den höga dämpningen och dispersionen är denna fibertyp inte lämplig för höga datahastigheter och långa avstånd.

PCF för medelstora överföringsavstånd upp till 500 m och upp till 1 GBit/s

Vid PCF handlar det om plastbelagd fiberoptik av glas. De kablar som är kända under olika benämningar som PCS (Polymer Clad Silica), HCS (Hard-clad silica) och HPCF (Hard Polymer Clad Fiber) är robusta och är enkla att kontaktera. PCF-fibrer med en typisk kärndiameter på 200 µm och manteldiameter på 230 µm förekommer ofta inom industrikablage med medellånga längder upp till 300 m och datahastigheter på mestadels ≤100 Mbit/s. Fler användningsområden är fordons-, sensor- och medicinteknik.

GOF-multimode för långa överföringssträckor upp till 550 m med 10 GBit/s

Vid GOF-multimode (Glass Optical Fiber) har glasfibrerna en kärna av kvartsglas som omges av ett täckande skikt av reflekterande glas. Vid multimode-kablar uppgår kärndiametern till 50 µm resp. 62,5 µm. Den större diametern gör att mer ljusenergi kan kopplas in i början av fibern. Samtidigt uppstår dock en högre dämpning över fibrernas längd. Multimode-fibrer används därför huvudsakligen i Local Area Networks (LANs) och i datacentraler där de kan uppnå överföringssträckor på upp till 550 m med 10 Gbit/s.

GOF-singlemode för långa överföringsavstånd upp till 50 km och upp till 40 GBit/s

GOF-singlemode-fibrer (Glass Optical Fiber) har en betydligt mindre kärndiameter på cirka 8 µm. Vid singlemode-fibrer skiljer man mellan begreppen kärndiameter och modfältdiameter. Modfältdiametern beror på våglängden. Ju större våglängden är desto större är modfältdiametern. I och med att endast en ljustyp överförs i fibern går det att mata in och överföra väldigt mycket effekt i fibern. Fibrernas dämpningskoefficient är mycket låg i överföringsområdet. Den låga dämpningen och den låga dispersionen utgör idealiska förutsättningar för att använda singlemode-fibrer för avstånd på upp till 50 km och datahastigheter på upp till 40 Gbit/s.

Fiberkategorierna OM1, OM2, OM3, OM4 för Multimode-fibrer och OS1 och OS2 för singlemode-fibrer har fastställts internationellt enligt ISO/IEC 11801. De anger vilka överföringsbandbredder och dämpningsvärden en fiber har. På grund av de alltmer ökande överföringsbandbredderna ökar även antalet framtida kategorier, t.ex. OM5 för överföringshastigheter på upp till 400 Gbit/s.

Förluster vid fiberoptik

Vid dämpning rör det sig om en förlust av ljuseffekt som förekommer vid transporten av ljuset från sändaren till mottagaren. Målet är att transportera ljusenergin till mottagaren med så lite dämpning som möjligt. Man skiljer mellan den dämpning som uppträder konkret på en plats och den dämpning som beror längden, dvs. dämpningskoefficienten. Dämpningskoefficienten avser en längd på 1 km för fiberoptik.

Inkopplings- och kopplingsförluster

Inkopplings- och kopplingsförluster kan förekomma vid inkopplingen av ljuset i fibern både från sändaren och vid anslutning med hjälp av kontakt- och skarvanslutningar på sträckan och vid mottagaren. Det finns många olika orsaker till denna typ av förlust. Mycket ofta är det smuts på kontakternas frontytor.

Koppling av olika kärndiametrar i en länk leder till förluster. Skarvanslutningar som förverkligas med svetsskarvar har inte mycket dämpning utan ligger under 0,1 dB. Longitudinellt, transversalt och vinkelförskjutna fiberändar kan också leda till dämpningar. Repor och brytningar på frontytor orsakar inte bara en ökning av dämpningen utan kan dessutom generera en skada på den kopplade frontytans motsida. Även monteringsfel, t.ex. ett utvändigt spår på glasfibern under monteringen, kan leda till en dämpning eller till och med till ett senare brott.

Böjförluster

För fiberoptik anges minsta tillåtna böjradier i databladen. Om dessa underskrids uppstår det förluster och dämpningen ökar beroende på detta. En del av ljuset från kärnan avviker. För en tid sedan utvecklades GOF-fibrer för multi- och singlemode-området som går att böja mycket snävt. Med dessa fibrer som är mer okänsliga för böjning går det att realisera långvariga böjradier på under 10 mm. Fibrerna är internationellt specificerade i motsvarande standarder för serie IEC 60793-x och ITU-Tx. Fördelen är dragningen vid dåliga installationsförhållanden i byggnader, bostäder och industriella omgivningar.

Förluster på grund av tillverkning

Materialet för tillverkning av fiberoptik liksom även tillverkningsprocessen kan vara behäftat/behäftad med dämpning. Orsakerna kan vara materialspecifika eller t.ex. framkallas genom föroreningar. Glasfibrerna tillverkas så att de är optimerade för vissa våglängdsområden. I dessa våglängdsområden är dämpningen så låg som möjligt. De dämpningskoefficienter som gäller för dessa våglängder är angivna i enlighet med detta på databladet. Fiberoptiken ska drivas i dessa områden.

Deformation av signalen under funktionstiden från sändaren till mottagaren

Effekter av dispersionen

Datahastigheterna och överföringsbandbredderna för fiberoptik begränsas dessutom av dispersionen. Dispersion är en signals deformation. Signalen förlorar i höjd under funktionstiden från sändaren till mottagaren. Flankerna fortsätter att falla bort. Om två signaler löper samman efter varandra kan mottagaren inte längre identifiera om det rör sig om en eller två signaler.

Detta leder till fel i överföringen. Ju högre överföringsbandbredd och ju längre länklängd, desto viktigare är fokuseringen på den låga dispersionen. Just vid långa singlemode-sträckor är detta en avgörande faktor för en tillförlitlig och felfri överföringskvalitet.

Omfattande produktprogram för fiberoptikkablage

Produkter för fiberoptikbaserat datakablage

Phoenix Contact erbjuder en bred produktportfölj för fiberoptisk kabeldragning samt fiberoptiska datakontakter. Utöver ett omfattande urval av kablar och lämplig anslutningsteknik rundar apparatanslutningar, patchpaneler, kopplingar och fördelningar för DIN-skenor av programmet.

• Överföringshastigheter upp till 40 GBit/s
• Lösningar med IP20, IP65/67 och IP68
• För alla vanliga fibertyper
• För konventionella gränssnitt
• Maximal säkerhet mot EMC- och ESD-störning

Till produktsortimentet för fiberoptikkablage och fiberoptiska datakontakter

Fler produkter för fiberoptikkablage

Spliceboxar för fiberoptik

Kompakta lösningar för montering på DIN-skena och rack.

Till produktlistan med fiberoptiska spliceboxar

Fiberoptiska patchkablar, verktyg och tillbehör

Verktyg, tillbehör och fiberoptiska kablar som metervara för fältkablage.

Till produktlistan med fiberoptiska patchkablar, verktyg och tillbehör

Fiberoptiskt kabeldragningssystem M17 MPO-kontakt

M17 MPO-kontakter

Plug-and-play-lösning för tuffa miljöer.

Till produktlistan med M17 MPO-kontakterna

Fiberoptiska transceivers och kretskortskontakter

Fiberoptisk transceiver

För en framtidssäker dataöverföring via fiberoptik.

Till produktlistan fiberoptiska transceivers

Den optimala lösningen för dessa branscher

Fiberoptik möjliggör många tillämpningar inom följande områden:

Modern anslutningsteknik lägger grunden för smart fastighetsautomation

Intelligenta apparatanslutningar inom fastighetsautomation

Smarta byggnader förändrar också apparatanslutningen: tillämpningar sammankopplas decentralt i nätverk. För att fastighetsautomationen ska bli framgångsrik krävs standardiserade och samtidigt skalbara apparatanslutningar.

Läs mer om apparatanslutningar inom fastighetsautomation

Apparattillverkare

Anslutningslösningarna blir allt mindre och robustare. Modern anslutningsteknik från Phoenix Contact för industri och infrastruktur ger apparattillverkare en hög grad av frihet vid planering och utveckling av sina tillämpningar.

Lösningar för apparattillverkare

E-Paper datakontakter

Vår fiberoptiska portfölj bland datakontakter

Vill du bläddra igenom vårt fiberoptik-program? – Vårt E-Paper om datakontakter ger dig också en översikt över fiberoptik-anslutningar.

Öppna E-Paper