Оптоволокно

Оптоволокно Високошвидкісна передача даних

Передача даних оптоволоконними лініями має численні переваги. Вона забезпечує високу швидкість передачі даних до 40 Гбіт/с на відстані багатьох кілометрів, не впливає на кабелі, прокладені поруч і при цьому нечутлива до електромагнітних впливів. Різні типи волокон (POF, PCF, GOF) і категорії волокон від OM1 до OM5, а також OS2, дають змогу створювати кабельні системи з урахуванням спеціальних вимог.

Переваги

  • До 90 % тонші оптоволоконні кабелі та проводи, як порівняти з мідними кабелями
  • Завдяки безметалевій передачі немає потреби в екрануванні
  • Низька витрата матеріалів для пасивних кабельних з’єднань
  • Передача декількох сигналів з різною довжиною хвилі за допомогою одного оптоволоконного кабелю завдяки великій пропускній здатності
Принцип оптоволоконної передачі даних

Принцип оптоволоконної передачі даних

Принцип передачі через оптоволокно

Оптоволокно (англійською: Fiber Optics (FO)) передає дані у формі світла на великі відстані. Для цього електричні сигнали на передавачі перетворюються в оптичні сигнали й надходять через синтетичне або оптичне волокно до приймача. Там передані світлові сигнали перетворюються назад на електричні сигнали, оцінюються та піддаються подальшій обробці.

Кабелі та проводи на 90 % легші й тонші за мідні кабелі, проте дають змогу передавати дані на більші відстані та з вищою швидкістю — до 40 Гбіт/с або навіть більше. Разом із тим немає потреби у затратних системах екранування, оскільки завдяки передаванню без металу забезпечується абсолютна нечутливість до електромагнітних і електростатичних завад.

Витрати матеріалу та пов’язані з ними видатки на пасивне кабельне з’єднання зазвичай нижчі за витрати на мідні кабелі. Крім того, велика пропускна здатність із високою щільністю сигналів дає можливість передавати декілька сигналів у різних довжинах хвиль через одне й те ж оптоволокно (мультиплексування).

Передача даних в дата-центрі

Оптоволоконні кабелі оптимізують передачу даних в дата-центрі

Використання оптоволокна

Неважливо, як саме вам потрібно передавати дані: на короткі, середні чи довгі відстані, зі швидкістю до 100 Мбіт/с чи до 40 Гбіт/с, через шину чи Ethernet — майже для будь-якого застосування у промисловій чи напівпромисловій автоматизації знайдеться належний кабель для оптоволоконної передачі даних. Навіть у разі використання в жорстких умовах, наприклад, у вітропарках, оптоволоконні кабелі надійно виконують свої функції.

Спектр застосування простирається від використання в автомобілебудуванні, промислових системах і локальних мережах (LAN) у центрах обробки даних до мереж міжміського зв’язку. Вирішальне значення для кабельного з’єднання має вибір правильного типу та категорії оптоволокна.

Відповідне оптоволокно для кожного застосування Кожен тип оптоволокна має своє конкретне призначення. Що менший зовнішній діаметр волокна, то «краще» воно поводиться під час підготовки. Менший діаметр серцевини оптоволокна забезпечує вищу швидкість передачі даних і більшу відстань. Натисніть на бірюзові крапки для отримання додаткової інформації.

Інтерактивна карта зображення: Діаметр серцевини оптоволокна та його оболонки
POF для передачі на коротку відстань: до 70 м зі швидкістю до 100 Мбіт/с
У кабелях з POF (полімерне оптичне волокно) серцевина та оболонка виготовлені з полімерного матеріалу. Стандартний діаметр серцевини становить близько 980 мкм, а діаметр оболонки — близько 1 000 мкм. Кабелі POF призначені для передачі даних на коротких відстанях до 70 м і на швидкості, що не перевищує 100 Мбіт/с. Залежно від активного компоненту вони використовуються для кабельних з’єднань в автомобілебудуванні та промислових системах. Завдяки міцності та розміру волокна їх легко збирати в польових умовах. Через високі значення затухання та дисперсії цей тип оптоволокна не підходить для великих відстаней і швидкостей передачі даних.
POF для передачі на коротку відстань: до 70 м зі швидкістю до 100 Мбіт/с
PCF для передачі на середню відстань до 500 м зі швидкістю до 1 Гбіт/с
PCF — це скляний оптоволоконний провідник із пластиковим покриттям. Кабелі, відомі під різними назвами, як-от PCS (кварцове оптоволокно з полімерною оболонкою), HCS (скловолокно із твердим захисним покриттям) і HPCF (оптоволокно з твердим полімерним захисним покриттям) міцні та прості в підготовці. Оптоволоконні провідники PCF зі стандартним діаметром серцевини близько 200 мкм і діаметром оболонки близько 230 мкм часто зустрічаються у промислових кабельних з’єднаннях із середньої довжиною до 300 м і швидкістю передачі даних переважно ≤100 Мбіт/с. Інші сфери застосування: автомобільна галузь, датчики та медичне обладнання.
PCF для передачі на середню відстань до 500 м зі швидкістю до 1 Гбіт/с
Багатомодове волокно GOF для передачі на великі відстані до 550 м зі швидкістю до 10 Гбіт/с
Багатомодове волокно GOF (скловолокно) має серцевину з кварцового скла, оточену шаром світловідбивного скла. У багатомодових кабелях діаметр серцевини становить 50 мкм або 62,5 мкм. Більший діаметр дозволяє прив'язати більше світлової енергії на початку волокна. Однак при цьому спостерігається вище загасання вздовж довжини волокна. Тому багатомодові волокна використовуються переважно в локальних мережах (LAN) і центрах обробки даних, де вони досягають відстаней передачі до 550 м і швидкості 10 Гбіт/с.
Багатомодове волокно GOF для передачі на великі відстані до 550 м зі швидкістю до 10 Гбіт/с
Одномодове волокно GOF для передачі на велику відстань до 50 км зі швидкістю до 40 Гбіт/с
Одномодове волокно GOF (скловолокно) має набагато менший діаметр серцевини — прибл. 8 мкм. Якщо йдеться про одномодове волокно, розрізняють терміни діаметр серцевини та діаметр модового поля. Діаметр модового поля залежить від довжини хвилі. Що більша довжина хвилі, тим більший діаметр модового поля. Оскільки у волокні передається лише одна мода світла, в нього можна подати велику потужність для передавання. Це волокно має дуже низький коефіцієнт затухання в діапазоні передачі. Низькі значення затухання й дисперсії створюють ідеальні передумови для використання одномодового волокна для передачі даних на відстані до 50 км зі швидкістю, наприклад, 40 Гбіт/с.
Одномодове волокно GOF для передачі на велику відстань до 50 км зі швидкістю до 40 Гбіт/с

Відповідно до стандарту ISO/IEC 11801 на міжнародному рівні визначено такі категорії волокон: OM1, OM2, OM3, OM4 для багатомодових волокон і OS1 і OS2 для одномодових волокон. Вони вказують на те, яку пропускну здатність і яке значення затухання має волокно. Через постійне збільшення пропускної здатності збільшується також кількість майбутніх категорій, наприклад OM5 для швидкості передачі до 400Гбіт/с.

Втрати в оптоволокні

Під затуханням мається на увазі втрата світлової потужності, яка виникає під час передавання світла від передавача до приймача. Мета полягає в передачі світлової енергії до приймача з мінімально можливим затуханням. Розрізняють затухання, яке виникає безпосередньо на місці, та затухання, пов’язані із довжиною, — коефіцієнтом затухання. Для оптоволокна коефіцієнт затухання визначається для довжини 1 км.

Затухання в оптоволоконних провідниках
Затухання в оптоволоконних провідниках
Затухання в оптоволоконних провідниках
Затухання в оптоволоконних провідниках

Втрати на введенні та на з’єднаннях: можуть виникати під час введення світла у волокно, як передавачем, так і в разі з’єднання за допомогою вставного з’єднувача чи зрощування на лінії зв’язку та на приймачі. Причини втрат цього типу можуть бути різноманітні. Часто це забруднення передніх поверхонь з’єднувачів.

З’єднання різних діаметрів серцевин в одній ланці призводить до втрат. З’єднання зрощуванням, які виконуються шляхом зварювання, мають дуже низький рівень затухання — менше ніж 0,1 дБ. Поздовжні, поперечні та кутові зміщення кінців волокна також можуть спричинити затухання. Подряпини й відколи на торцевих поверхнях не тільки збільшують затухання, а й можуть до того ж спричинити пошкодження на протилежній торцевій поверхні з’єднання. Помилки під час монтажу, наприклад, надріз на зовнішньому боці скловолокна, також можуть призвести до затухання чи навіть до подальшого розривання провідника.

Затухання в оптоволоконних провідниках

В технічних описах оптоволокна зазначено мінімальні радіуси згину. Якщо фактичний радіус згину менший за вказане значення, виникають втрати й відповідно зростає затухання. Частина світла виходить з серцевини. Недавно було розроблено скловолокно для одно- та багатомодового діапазону, яке можна дуже щільно згинати. За допомогою цього нечутливого до згинання волокна можна досягти радіусів згину менше ніж 10 мм. Ці волокна визначені на міжнародному рівні у відповідних стандартах серії IEC60793-x і ITU-Tx. Перевагою є можливість прокладання провідників у складних монтажних умовах у спорудах, житлових приміщеннях і промисловому середовищі.

Затухання в оптоволоконних провідниках

Матеріал, який використовують для виробництва оптоволокна, а також виробничий процес можуть впливати на коефіцієнт затухання. Причиною можуть бути особливості матеріалу або, наприклад, наявність забруднень. Скловолокно виготовлене так, що воно оптимізоване для певних діапазонів довжини хвилі. У цих діапазонах довжини хвилі затухання мінімальне. Коефіцієнти затухання, характерні для цих значень довжини хвилі, наведені в технічних описах. Оптоволокно потрібно застосовувати в цих діапазонах.

Дисперсія в оптоволокні

Спотворення форми сигналу під час проходження від передавача до приймача

Вплив дисперсії

Швидкість передачі даних і пропускна здатність оптоволокна крім усього іншого обмежується ще й дисперсією. Дисперсія — це спотворення форми сигналу. Під час проходження від передавача до приймача сигнал втрачає амплітуду. Відстань між фронтами сигналу збільшується. Коли два сигнали послідовно сходяться, приймач не може визначити, один це сигнал чи два.

Тому виникають помилки передавання. Чим вища пропускна здатність та більша довжина каналу, тим важливіше, щоб дисперсія була якомога нижчою. Це вирішальний чинник для надійної й безпомилкової якості передачі, особливо в разі довгих одномодових ділянок.

Асортимент оптоволоконної продукції від Phoenix Contact

Широкий асортимент продукції для оптоволоконних кабельних з’єднань

Продукція для оптоволоконних кабелів передачі даних

Компанія Phoenix Contact пропонує широкий асортимент продукції для оптоволоконних кабельних з’єднань, а також з’єднувачів для передачі даних через оптоволокно. Окрім широкого вибору кабелів і відповідних технологій з’єднання асортимент доповнюють підключення пристроїв, патч-панелі, з’єднувачі та розподілювачі для DIN-рейок.

• Швидкість передачі даних до 40 Гбіт/с
• Рішення для IP20, IP65/67 і IP68
• Для всіх поширених типів волокна
• Для поширених інтерфейсів
• Максимальний захист від електромагнітних впливів і електростатичних розрядів

Ідеальне рішення для цих галузей

Оптоволокно знаходить широке застосування у найрізноманітніших сферах:

Сучасні технології з’єднання закладають основу для інтелектуальної автоматизації будівель

Інтелектуальні підключення пристроїв в автоматизації будівлі

Розумні будівлі також змінюють підключення пристроїв: системи підключаються до мережі децентралізовано. Для успішної автоматизації будівель потрібні стандартизовані та водночас масштабовані підключення пристроїв.

Виробник пристрою вибирає технологію з'єднання для своєї системи

Виробники пристроїв

Рішення для з’єднання стають дедалі компактнішими та міцнішими. Сучасні технології з'єднання компанії Phoenix Contact для промисловості та інфраструктури надають виробникам пристроїв високий ступінь свободи під час планування та розробки систем.

Електронна брошура «З’єднувачі для передачі даних»
Наш асортимент з’єднувачів для передачі даних через оптоволокно
Бажаєте ознайомитися з асортиментом наших виробів з оптоволокна? – Електронна брошура про з’єднувачі для передачі даних містить також огляд відповідних з’єднань для оптоволокна.
Відкрити електронну брошуру
Візуалізація з рукою та ключем для Data Connectivity