Allt du behöver veta om fiberoptiska kablar

Vad gör fiberoptisk kabel?
Fiberoptisk kabel är ett kommunikationsmedium som använder ljusvågor för att överföra information i optiska fibrer och används flitigt i moderna kommunikationssystem. Det har inte bara betydande tekniska fördelar, utan visar också stort värde i praktiska tillämpningar. Följande kommer att utveckla fiberoptiska kablars roll ur flera aspekter.

1. Höghastighetsdataöverföring
En av de centrala fördelarna med fiberoptiska kablar är dess extremt höga överföringshastighet. Jämfört med traditionella kopparkablar använder fiberoptiska kablar optiska signaler istället för elektriska signaler för dataöverföring, så de kan uppnå bandbredd på GHz-nivå, som vida överskrider begränsningarna för kopparkablar. Detta innebär att en stor mängd data kan överföras samtidigt på fiberoptiska kablar, såsom applikationer med hög bandbredd som HD-video, 4K/8K videostreaming, virtuell verklighet (VR), augmented reality (AR), etc.

Dessutom är överföringshastigheten för fiberoptiska kablar nära ljusets hastighet (ca 3×10⁸ m/s), vilket gör dataöverföringen nästan opåverkad av förseningar, vilket är mycket lämpligt för applikationsscenarier med extremt höga realtidskrav, såsom onlinespel, telemedicin, finansiella transaktioner, etc.

2. Långdistansöverföring
En annan anmärkningsvärd egenskap hos fiberoptiska kablar är deras låga förlustegenskaper. Eftersom utbredningsförlusten av optiska signaler i optiska fibrer är mycket låg, kan de sändas över längre avstånd utan frekvent signalförstärkning. Detta gör optiska fiberkablar mycket lämpliga för långdistanskommunikation, som t.ex. nätanslutningar mellan städer och gränser.

Däremot kan kopparkablar vanligtvis bara överföras effektivt inom ett område av tiotals kilometer på grund av den snabba signaldämpningen, medan optiska fibrer enkelt kan uppnå överföringsavstånd på hundratals kilometer eller till och med tusentals kilometer, vilket avsevärt förbättrar kommunikationseffektiviteten och nätverkstäckningen.

3. Antielektromagnetisk störning
En viktig egenskap hos optiska fiberkablar är deras förmåga att motstå elektromagnetiska störningar. Eftersom optiska fibrer själva är gjorda av glas och är icke-ledande, påverkas de inte av elektromagnetiska fält som kopparkablar. Detta gör optiska fiberkablar mer stabila och pålitliga i miljöer med stark elektromagnetisk störning (som nära högspänningsanläggningar, industriella kontrollmiljöer, sjukhus, etc.).

Denna funktion är särskilt viktig för kommunikationssystem som kräver hög tillförlitlighet (såsom militär kommunikation, medicinsk bildöverföring, industriell automation, etc.), vilket säkerställer kontinuiteten och noggrannheten i dataöverföringen.

4. Hög säkerhet
De fysiska egenskaperna hos optiska fiberkablar ger dem också en naturlig fördel inom informationssäkerhet. Eftersom optisk fiber är icke-ledande och optiska signaler inte lätt avlyssnas av externa enheter, är optiska fiberkablar svårare att illegalt avlyssnas eller övervakas än kopparkablar. Detta gör att optiska fiberkablar används ofta inom känsliga områden som regering, finans och militär för att säkerställa säkerheten för dataöverföring.

Dessutom är signalerna från optiska fiberkablar osynliga, så även om någon försöker observera insidan av den optiska fibern med blotta ögat kan de inte få överföringsinnehållet, vilket ytterligare ökar dess säkerhet.

5. Brett utbud av applikationer
Användningsområdet för optiska fiberkablar är mycket brett och täcker nästan alla moderna kommunikations- och informationsteknologiområden. Specifikt inklusive:

Teleoperatörsnät: används för att bygga ett nationellt eller regionalt stamnät för att tillhandahålla höghastighetsanslutning till Internet.
Internetleverantör (ISP): Tillhandahålla fiber-till-hem-tjänster (FTTH) för hem och företag.
Kabel-TV (CATV): Används för att överföra högupplösta videosignaler.
Datacenter: Används för att ansluta servrar, switchar och lagringsenheter för att uppnå höghastighetsdatautbyte.
Medicinsk industri: Används för fjärrdiagnostik, kirurgisk vägledning och medicinsk bildöverföring.
Industriell automation: Används för höghastighetsdataöverföring och kontroll inom fabriken.
Militär och försvar: Används för konfidentiell kommunikation och kommandosystem.
Transport och energi: Används för kommunikation i smarta nät, trafikövervakning och energiledningssystem.

6. Stöd för flera kommunikationstekniker
Med den kontinuerliga utvecklingen av kommunikationsteknik har fiberoptiska kablar blivit en viktig infrastruktur för nästa generations kommunikationsteknik (som 5G, 6G, IoT, kvantkommunikation, etc.). Till exempel:

5G-nätverk: Även om 5G huvudsakligen är beroende av trådlös kommunikation, använder dess backhaul- och fronthaul-nätverk mellan basstationer fortfarande mycket fiberoptiska kablar.

Internet of Things (IoT): Fiberoptisk kabels ger en garanti för höghastighetskommunikation med låg latens mellan stora enheter.

Kvantkommunikation: Fiberoptiska kablar är grunden för att realisera kvantnyckeldistribution (QKD), vilket lägger grunden för utvecklingen av framtida kvantinternet.

Flexibiliteten och skalbarheten hos fiberoptiska kablar gör det möjligt för dem att anpassa sig till den ständiga utvecklingen av framtida kommunikationsteknik.

7. Miljöskydd och energibesparing
Fiberoptisk kabels har även vissa miljöfördelar vid tillverkning och användning. För det första är råvarorna i fiberoptiska kablar huvudsakligen kvartsglas och plastmantel, och deras tillverkningsprocess har mindre miljöpåverkan än kopparkablar. För det andra innebär de låga förlustegenskaperna hos fiberoptiska kablar att mindre energi krävs under överföring, vilket minskar energiförbrukningen och koldioxidutsläppen.

Dessutom minskar den längre livslängden på fiberoptiska kablar utbytesfrekvensen, vilket också hjälper till att spara resurser och skydda miljön på lång sikt.

Vilka delar omfattar strukturen hos fiberoptiska kablar? Hur påverkar dessa delar dess prestanda?
Strukturen av fiberoptiska kablar omfattar huvudsakligen följande delar: kabelkärna, förstärkningselement och mantel. Dessa delar har var och en olika funktioner i fiberoptiska kablar och har en viktig inverkan på fiberoptiska kablars prestanda.

1. Kabelkärna
Kabelkärnan är kärndelen av den fiberoptiska kabeln och består av en eller flera optiska fibrer. Själva den optiska fibern består av en kärna, en beklädnad och en beläggning.

Fiberkärna: Det är kanalen för ljussignalöverföring, vanligtvis gjord av glas eller plast med ett högt brytningsindex. Dess diameter bestämmer typen av optisk fiber (single mode eller multimode). Kärndiametern för enkelmodsoptisk fiber är liten (ca 8,3 till 10 mikron) och är lämplig för långdistansöverföring; kärnan i multimode optisk fiber är större (ca 50 till 62,5 mikron) och är lämplig för korta avstånd och hög bandbredd.

Beklädnad: Material med lågt brytningsindex som omger kärnan, används för att begränsa den optiska signalen inom kärnan genom principen om total intern reflektion, vilket säkerställer effektiv överföring av den optiska signalen.

Beläggning: Ger mekaniskt skydd för att förhindra att kärnan och beklädnaden påverkas av yttre påfrestningar eller slitage.

Den strukturella designen av kabelkärnan påverkar direkt den optiska fiberns överföringsprestanda. Till exempel kommer arrangemanget av optiska fibrer i kabelkärnan (såsom skikttvinning, skelett, buntrör eller band) att påverka den optiska fiberns böjningsprestanda och laterala tryckmotstånd.

2. Förstärkningselement
Förstärkningselement används för att förbättra den mekaniska styrkan hos optiska fiberkablar så att de kan motstå yttre krafter som drag och sidotryck under installation och läggning. Vanliga förstärkningsmaterial inkluderar ståltråd, aramidgarn (Kevlar) och glasfiberarmerad plast (FRP).

Centralt förstärkningselement: Vanligtvis placerad i mitten av kabelkärnan för att motstå spänningar.

Perifert förstärkningselement: Placerad nära manteln för att förbättra kompressions- och böjmotståndet.

Valet och arrangemanget av förstärkningselement påverkar direkt de mekaniska egenskaperna hos optiska fiberkablar. Till exempel, i en miljö med stark elektromagnetisk interferens, kan icke-metalliska förstärkningselement (som aramidgarn) undvika elektromagnetisk interferens och förbättra stabiliteten för signalöverföring.

3. Slida
Höljet är det yttersta lagret av den optiska fiberkabeln, som används för att skydda den inre strukturen från den yttre miljön. Slidan är vanligtvis sammansatt av en inre mantel och en yttre mantel.

Inre hölje: Vanligtvis tillverkad av polyeten (PE) eller polyvinylklorid (PVC), används den för att förhindra fukt och ge ett preliminärt mekaniskt skydd.

Ytterhölje: Olika material kan väljas beroende på läggningsmiljön. Till exempel är LAP:s yttre mantel av aluminiumtejp och polyeten lämplig för direkt nedgrävning, medan ståltrådspansar används i scener som kräver högre tryckmotstånd.

Materialet och konstruktionen av manteln har en viktig inverkan på den optiska fiberkabelns korrosionsbeständighet, temperaturbeständighet, flamskydd och UV-beständighet. Vissa mantelmaterial har till exempel goda flamskyddsegenskaper och är lämpliga för platser med höga brandskyddskrav.

Varje dels inflytande på utförandet av optisk fiberkabel
Överföringsprestanda: Strukturen och materialet hos kabelkärnan påverkar direkt överföringseffektiviteten för den optiska signalen. Till exempel har singelmodsfiber en mindre kärna och är lämplig för långdistansöverföring, medan multimodfiber har en större kärna och lämpar sig för korta applikationer med hög bandbredd.

Mekaniska egenskaper: Utformningen av förstärkningselementen och manteln bestämmer de mekaniska egenskaperna hos den fiberoptiska kabeln, såsom draghållfasthet, kompressionsmotstånd och böjmotstånd. Till exempel kommer valet av förstärkningselement att påverka tillämpbarheten av den fiberoptiska kabeln vid luftledning, direkt nedgrävning eller rörledningsläggning.

Miljöanpassningsförmåga: Materialet och strukturen på manteln bestämmer hållbarheten hos den fiberoptiska kabeln i olika miljöer. Till exempel har vissa mantelmaterial god korrosionsbeständighet och UV-beständighet, som är lämpliga för utomhus eller tuffa miljöer.

Installationsbekvämlighet: Den strukturella designen av kabelkärnan (som tvinnad skikttyp, skeletttyp) och arrangemanget av förstärkningselementen kommer att påverka installationssvårigheten och flexibiliteten hos den fiberoptiska kabeln. Till exempel är den tvinnade skiktstrukturen lätt att böja och tråda, medan skelettstrukturen är mer lämplig för högdensitetsledningar.

Den strukturella designen av den fiberoptiska kabeln är nyckeln till dess prestanda. Kabelkärnan, förstärkningselementen och manteln har var och en olika funktioner och bestämmer tillsammans den fiberoptiska kabelns transmissionsprestanda, mekaniska egenskaper och miljöanpassningsförmåga. Genom att korrekt välja och designa dessa delar är det möjligt att säkerställa att optiska fiberkablar kan uppnå effektiv och stabil dataöverföring i olika tillämpningsscenarier.

Hur man väljer en fiberoptisk kabel för en specifik miljö? Vilken typ ska till exempel användas för överliggande, underjordisk eller inomhusinstallation?
Att välja en fiberoptisk kabel för en specifik miljö måste bestämmas utifrån installationsmiljön, tillämpningsscenariot och specifika behov. Följande är rekommendationer för val av fiberoptiska kablar för olika installationsmiljöer (såsom overhead, under jord eller inomhus):

1. Montering ovanför
Overhead installation används vanligtvis utomhus, särskilt i scenarier där befintliga stolpar eller torn behöver utnyttjas. Denna installationsmetod är lämplig för långdistanskommunikation mellan landsbygd och städer, och scenarier som kräver en hög installationsposition.

Rekommenderad typ: självbärande optisk kabel (som ADSS, OPGW).

Funktioner:
ADSS (All-Dielectric Self-Supporting Cable): Icke-metallisk självbärande optisk kabel, lämplig för överliggande installation, med bra vindbeständighet, isbeständighet och UV-beständighet.

OPGW (Optical Fiber Composite Ground Wire): Optisk fiberkomposit jordledning, vanligtvis används för kraftledningar, med både kraftöverförings- och kommunikationsfunktioner.

När man väljer en fiberoptisk kabel för en specifik miljö är det nödvändigt att göra en rimlig konfiguration utifrån det faktiska applikationsscenariot och behoven. För överliggande installation rekommenderas självbärande optiska kablar (som ADSS eller OPGW). Fördelen är att de kan utnyttja befintliga kraftledningar eller kommunikationstornsresurser till fullo utan behov av ytterligare bärande strukturer, vilket sparar byggkostnader och tid.

Sådana optiska kablar har bra vind-, is- och UV-beständighet och är lämpliga för långdistanskommunikationsbehov med hög bandbredd, särskilt för snabb utbyggnad på landsbygden eller mellan städer.

2. Underjordisk installation
Underjordisk installation är lämplig för scenarier där dolda ledningar krävs, såsom stadskärnor, mellan byggnader eller miljöer som behöver undvika yttre störningar. Underjordiska installationsmetoder inkluderar rörledningsläggning, direkt nedgrävning och konstruktion av mikrogravar.

Rekommenderade typer:
Rörläggning: Använd optiska kablar av GYTS- eller GYTA-typ, lämpliga för rörläggning.
Direkt nedgrävning: Använd optiska kablar av typ GYTA53, lämpliga för direkt nedgrävning i marken.
Utläggning av mikrogravar: Lämplig för grund underjordisk installation för att minska påverkan på markstrukturen.

Funktioner:
Pansrade optiska kablar: Som GYTS, GYTA, etc., har ett metallpansarskikt för att ge ytterligare mekaniskt skydd.
Vattentät prestanda: optiska underjordiska kablar har vanligtvis en vattentät design för att förhindra fuktinträngning.

I underjordiska installationer har bepansrade optiska kablar (som GYTS, GYTA, etc.) bättre fysiska skyddsförmåga och kan effektivt motstå marktryck, fukterosion och yttre fysiska skador. De är lämpliga för scenarier som kräver hög tillförlitlighet och långsiktig stabilitet för att säkerställa kontinuiteten och säkerheten för kommunikationstjänster.

3. Installation inomhus
Inomhusinstallation lämpar sig för kabeldragning inne i byggnader, såsom datacenter, kontor, bostäder etc. Optiska kablar inomhus behöver vanligtvis inte tåla extrema miljöförhållanden, utan måste uppfylla säkerhetskrav som brandförebyggande och flamskydd.

Rekommenderade typer:
Opansrade mjuka optiska kablar: såsom GJYXFCH, GJXFH, etc., lämpliga för inomhus vertikala och horisontella ledningar.
Spiralbepansrade mjuka optiska kablar: som GJYXFA-50, lämplig för inomhusmiljöer som är anti-råttbett.

Funktioner:
Bra flexibilitet: lätt att koppla i trånga utrymmen.
Flamskyddande design: uppfyller säkerhetsstandarder inomhus för att förhindra spridning av brand.

Vid inomhusinstallation är icke-pansrade eller lätta mjuka optiska kablar (såsom GJYXFCH, GJXFH, etc.) enkla att installera och lämpliga för snabb installation. De är lämpliga för korta avstånd, högdensitetsledningsbehov, särskilt för kontorsmiljöer, datacenter och andra scenarier som kräver hög ledningseffektivitet och flexibilitet.

4. Välj typ av optisk fiber
När man väljer optiska fiberkablar , måste du också överväga typen av optisk fiber (single mode eller multimode):

Single-mode fiber (SMF): Lämplig för långdistanskommunikation med hög bandbredd, såsom FTTH, sammankoppling av datacenter, etc.

Multimode fiber (MMF): Lämplig för krav på korta avstånd, medellång bandbredd, såsom lokala nätverk, inbyggda ledningar etc.

5. Andra överväganden
Miljöfaktorer: inklusive temperatur, luftfuktighet, ultraviolett strålning, kemisk korrosion, etc. och optiska kablar med motsvarande skyddsnivåer måste väljas.

Installationsmetod: Olika installationsmetoder (såsom overhead, pipeline, direkt nedgrävning) kommer att påverka valet av optiska kablar, och lämplig struktur måste väljas enligt faktiska förhållanden.

Kostnad och underhåll: Overheadinstallation har en lägre kostnad, men underhållet är relativt komplicerat; underjordisk installation har en högre kostnad, men underhåll är bekvämare.

Vad bör man vara uppmärksam på vid installation av fiberoptiska kablar?
Installationen av fiberoptiska kablar kräver uppmärksamhet på flera aspekter för att säkerställa deras prestanda och säkerhet. Följande är detaljerade försiktighetsåtgärder:

Undvik överdriven stretching och böjning: Kärnan i den fiberoptiska kabeln är gjord av glas och är relativt ömtålig, så undvik att dra i själva fibern direkt under installationsprocessen och dra bara delarna med styrka (som aramidgarn eller glasfiberstavar). Undvik samtidigt att överskrida kabelns minsta böjradie för att undvika att fibern går sönder.

Hantera fiberänden på rätt sätt: Före installationen bör fiberänden bearbetas med lämpliga verktyg och tekniker för att säkerställa dess jämnhet och planhet för att undvika signalförlust orsakad av ojämna ändar.

Använd lämpliga smörjmedel: Vid installation av optiska kablar i ledningar bör smörjmedel som är kompatibla med skyddsmantelmaterialet på den optiska kabeln användas för att minska dragbelastningar och förhindra skador på den optiska fibern på grund av friktion.

Undvik att vrida och korsa: Under installationen bör vridning och korsning av den fiberoptiska kabeln undvikas, särskilt när den rullar bort från spolen, och vridning av den optiska fibern bör undvikas på grund av rotation.

Reservmarginal: Efter att den optiska kabeln har lagts bör en lämplig marginal lämnas för att förhindra att den optiska kabeln blir för tät och för att ge tillräckligt med arbetsutrymme när skarvning krävs.

Miljöförhållanden: Installationsmiljön bör uppfylla arbetskraven för den optiska fiberutrustningen och undvika extrem temperatur eller fuktighet för att undvika att påverka den optiska fiberns prestanda och livslängd.

Säkerhetsföreskrifter: Vid installation av optiska kablar i ett stort område rekommenderas det att bära glasögon med infraröd filtreringsfunktion för att förhindra att direkt syn på lasern i den optiska fibern orsakar skador på ögonen.

Testning och acceptans: Efter att installationen är klar bör den optiska kabelns längd, förlust, nodanslutning och andra tester utföras med hjälp av utrustning som optiska kabeltestare och OTDR, och resultaten ska registreras och jämföras med designkraven.

Märkning och identifiering: Optiska kablar och deras skarvar bör ha identifieringsmärken och ange nummer, optisk kabelmodell och specifikationer etc. för enkelt underhåll och hantering.

Professionell drift: Installationen av optiska fiberkablar bör utföras av erfarna tekniker för att säkerställa korrekt drift och optimal prestanda.

Genom att följa dessa försiktighetsåtgärder kan du säkerställa effektiv och smidig drift av optiska fiberkablar, minska underhållskostnaderna och förlänga deras livslängd.

Vad är livslängden och underhållskraven för optiska fiberkablar?
Livslängden och underhållskraven för fiberoptiska kablar är nyckelfaktorer för att säkerställa deras långsiktiga stabila drift. Livslängden för fiberoptiska kablar är vanligtvis mellan 20 och 30 år, eller till och med längre, beroende på tillverkningskvalitet, installationsmiljö och underhållspraxis. För att förlänga livslängden för fiberoptiska kablar måste följande underhållskrav och försiktighetsåtgärder följas:

Undvik överdriven stretching och böjning: Kärnan i den fiberoptiska kabeln är gjord av glas och är relativt ömtålig, så under installationsprocessen, undvik att dra själva fibern direkt, och dra bara delarna med styrka (som aramidgarn eller glasfiberstavar). Undvik samtidigt att överskrida kabelns minsta böjradie för att undvika att fibern går sönder.

Hantera fiberänden på rätt sätt: Före installationen bör fiberänden bearbetas med lämpliga verktyg och tekniker för att säkerställa dess jämnhet och planhet för att undvika signalförlust orsakad av ojämna ändar.

Använd lämpliga smörjmedel: Vid installation av optiska kablar i ledningar bör smörjmedel som är kompatibla med skyddsmantelmaterialet på den optiska kabeln användas för att minska dragbelastningar och förhindra skador på den optiska fibern på grund av friktion.

Undvik att vrida och korsa: Under installationen bör vridning och korsning av den fiberoptiska kabeln undvikas, särskilt när den rullas av spolen, och rotation bör undvikas för att orsaka vridning av den optiska fibern.

Reservmarginal: Efter att den optiska kabeln har lagts bör en lämplig marginal lämnas för att förhindra att den optiska kabeln blir för tät och för att ge tillräckligt med arbetsutrymme när skarvning krävs.

Miljöförhållanden: Installationsmiljön bör uppfylla arbetskraven för den optiska fiberutrustningen och undvika extrem temperatur eller fuktighet för att undvika att påverka den optiska fiberns prestanda och livslängd.

Säkerhetsföreskrifter: Vid installation av optiska kablar över en stor yta rekommenderas det att bära glasögon med infraröd filtreringsfunktion för att förhindra att direkt syn på lasern i den optiska fibern orsakar skador på ögonen.

Testning och acceptans: Efter att installationen är klar bör den optiska kabelns längd, förlust, nodanslutning och andra tester utföras med hjälp av utrustning som optiska kabeltestare och OTDR, och resultaten ska registreras och jämföras med designkraven.

Märkning och identifiering: Optiska kablar och deras skarvar bör ha identifieringsmärken, och numren, optiska kabelmodeller och specifikationer bör anges för enkelt underhåll och hantering.

Drift av proffs: Installationen av optical fiber cables should be carried out by experienced technicians to ensure correct operation and optimal performance.

Genom att följa dessa underhållskrav, effektiv och smidig drift av optiska fiberkablar kan säkerställas, underhållskostnaderna kan minskas och livslängden kan förlängas.