Оптический кабель: типы волокон, марки, монтаж и измерения

Оптический кабель: конструкция, типы волокон, марки, монтаж и измерения

Оптический кабель — фундамент современных высокоскоростных сетей передачи данных, телевидения и телефонии. Передача сигнала по кварцевым нитям, невосприимчивым к электромагнитным помехам, позволила увеличить дальность и пропускную способность линий в сотни раз по сравнению с медными проводниками. В этой статье разберём, из каких компонентов состоит волоконно-оптическая линия, чем отличаются одномод и многомод, какие бывают конструкции по условиям прокладки, как организовать надёжный монтаж и провести измерения. Промышленный выпуск оптики с различным числом волокон и типами оболочек представлен в разделе производство оптического кабеля.

1. История, развитие и для чего нужен оптический кабель

Идея передачи света по прозрачным волокнам возникла ещё в середине XX века, а первый промышленный оптический кабель с затуханием менее 20 дБ/км был выпущен в 1970-х годах. Сегодня оптоволоконная линия способна передавать световые импульсы на расстояние от нескольких метров до тысяч километров без регенерации. Такая связь лежит в основе магистральных сетей провайдеров, городских колец, структурированных кабельных сетей предприятий, систем видеонаблюдения, центров обработки данных. Абонентский дроп-кабель доводит сигнал до квартиры или офиса по технологии FTTx. Оптический кабель для интернета, телевизора и IP-телефонии способен обслуживать одновременно сотни абонентов. Отдельно выпускают гибридные марки, содержащие медные жилы для питания, — так называемый комбинированный или гибридный кабель. Всё это делает волоконно-оптические системы незаменимым элементом цифровой экономики.

2. Конструкция и ключевые элементы

Любой оптический кабель содержит один или несколько оптических модулей с волокнами, центральный силовой элемент, гидрофобный заполнитель или водоблокирующие ленты, а также наружную оболочку. Рассмотрим устройство подробнее.

Сердцевина и оболочка волокна. Стеклянное волокно состоит из сердцевины диаметром 8–10 мкм для одномодового и 50 или 62,5 мкм для многомодового волокна. Сердцевину окружает кварцевая оболочка внешнего диаметра 125 мкм. Разница показателей преломления удерживает свет внутри сердцевины за счёт полного внутреннего отражения. Распространённые размеры — 9/125 (одномод OS2), 50/125 (многомод OM2–OM4), 10/125 (для некоторых специальных типов с расширенным окном).

Буферные покрытия и оптические модули. Волокно покрывают первичным акрилатным буфером до диаметра 250 или 900 мкм, который защищает от микроизгибов. Несколько волокон объединяют в трубчатый модуль из полибутилентерефталата, заполненный гидрофобным гелем. Модульная конструкция позволяет компактно уложить от 2 до 144 волокон и более. В одном кабеле может быть от одного до нескольких десятков модулей, скрученных вокруг центрального элемента.

Силовые элементы. Центральный стержень из стеклопластика или стали воспринимает растягивающие нагрузки. Диэлектрические версии, не содержащие металла, предпочтительны для подвеса на опорах ЛЭП и исключения контуров заземления. Дополнительно в повив могут вводиться арамидные нити, придающие гибкость и стойкость к рывкам. В самонесущих кабелях силовые элементы располагаются по периферии, обеспечивая выдерживаемое усилие до 7 кН и более.

Оболочки и защитные покровы. Внутреннюю оболочку из полиэтилена или LSZH-композиции накладывают поверх сердечника. Для наружных трасс добавляют броню из стальной ленты или проволок, а поверх неё — внешнюю оболочку. Огнестойкие кабели для прокладки внутри зданий выпускают с индексом нг(А)-HF, LSZH или FRHF. Для грунта предназначены бронированные конструкции с выдерживаемым усилием до 7 кН и более, а для прокладки в канализации — усиленные полиэтиленовые оболочки. Для подводных переходов применяют многобарьерные структуры с медным или алюминиевым ламинатом.

3. Типы волокон и стандарты (G.652, G.657, OM2–OM4)

Волокна классифицируют по числу пропускаемых мод. Одномодовое волокно передаёт одну моду, обеспечивает малые потери и широкую полосу на длинах волн 1310 и 1550 нм. Основной стандарт — G.652.D, подходит для большинства магистралей. G.657.A1 отличается увеличенной стойкостью к изгибам, что важно для абонентской разводки и компактных муфт. Существуют также волокна G.655 (NZDSF) для DWDM-систем с ненулевой смещённой дисперсией. Многомодовое волокно пропускает несколько мод, дешевле в активном оборудовании, но ограничено по дальности до 550 м для 10 Гбит/с. Популярны категории OM2 (50/125), OM3 и OM4 (лазерно-оптимизированные).

Отличие одномодового и многомодового волокна — в диметре сердцевины, полосе пропускания и длине сегмента. Одномод применяют на километровых магистралях, многомод — в ЦОД и локальных сетях. Внешне одномодовый кабель часто маркируется жёлтым цветом, многомодовый — оранжевым или аквамариновым, однако решающим фактором служит документация и надписи на оболочке. Цвета волокон в модуле стандартизированы: синий, оранжевый, зелёный, коричневый и т.д. по коду IEC 60304.

4. Классификация кабелей по условиям прокладки и исполнению

Оптический кабель для внешней прокладки должен противостоять ультрафиолету, влаге, ветровым и гололёдным нагрузкам. Для воздушных линий на опорах и по столбам выпускают подвесной самонесущий оптический кабель, в котором силовой элемент выдерживает растяжение до 7–12 кН. Самонесущий диэлектрический вариант с LSZH-оболочкой не боится наведённых токов. Для прокладки в грунте берут бронированный стальной лентой или проволокой кабель, устойчивый к сдавливанию и грызунам. В канализацию и трубы укладывают модели с усиленной полиэтиленовой оболочкой. Подземные бронированные кабели имеют дополнительную защиту от влаги в виде алюминиевого ламината или медной трубки.

Для внутренней прокладки служат гибкие шнуры с LSZH-оболочкой, не распространяющей горение. Их часто называют patch-кордами; они имеют на концах разъёмы SC, LC, FC. Внутренний 4 волокна кабель удобен для прокладки от этажного распределительного шкафа до квартир. Плоский дроп-кабель с двумя волокнами — типовое решение для абонентского ввода. Для распределительных сетей предприятия применяют модульные кабели с числом волокон от 8 до 48. Для морских переходов разработаны специальные усиленные конструкции с двойной бронёй и герметизацией медной трубой.

5. Маркировка и популярные марки оптических кабелей

Условное обозначение оптического кабеля содержит информацию о типе волокна, числе модулей, количестве волокон, материале оболочки и допустимом растяжении. Рассмотрим несколько примеров.

• ОКСН 8 А-2,7 — оптический кабель самонесущий, 8 одномодовых волокон, с периферийным силовым элементом, допустимое растяжение 2,7 кН.
• ОКМБ 16 G.652D — кабель магистральный бронированный, 16 одномодовых волокон по стандарту G.652D.
• ДПО 2 G.657A — дроп-кабель плоский, 2 волокна, стандарта G.657.A1.
• ОКБ-8нг(А)-HF — бронированный, 8 волокон, оболочка безгалогенная, не распространяющая горение, для внутренней прокладки.

Распространены также ёмкости 4, 8, 16, 24, 48, 144 волокна. Для магистралей заказывают 24 волоконный или 40 волокон. 2 волоконный используют в абонентских дропах, 4 волокна — для подключения домов, 8 волокон — для распределительных точек. В маркировке LSZH, HF, FRHF указывают пожарную безопасность оболочки. Модели для грунта обозначают буквой «Б» (броня), например, ОКБ-16. Для воздушных линий применяют марки ОКСН, ОКМС, ДПО. Подробнее о производстве различных марок — на странице производство оптического кабеля.

6. Таблица популярных исполнений по числу волокон и назначению

7. Сравнение с медными кабелями и гибридные решения

Оптический кабель принципиально отличается от медного способом передачи. Витая пара UTP передаёт электрические сигналы, подвержена наводкам и ограничена 100 метрами. Коаксиальный кабель сохраняет сигнал на большей дистанции, но проигрывает оптике по полосе. Оптоволоконный кабель не излучает вовне, не боится гроз и обеспечивает скорость до 400 Гбит/с по одному волокну с DWDM-уплотнением. Сетевой оптический кабель для роутера или терминала подключают через SFP-модули, а для телевизора — через медиаконвертер или непосредственно приёмник с оптическим входом. В отличие от медного, оптический кабель не передаёт питание, поэтому иногда выпускают гибридный, совмещающий медь и оптику в одной оболочке. Такой кабель содержит одномодовые волокна и медные жилы для питания удалённых узлов, например, камер видеонаблюдения или базовых станций 5G.

8. Монтаж оптического кабеля: от барабана до муфты

Прокладка оптического кабеля требует аккуратности и специальной квалификации. Минимальный радиус изгиба при монтаже составляет 20 диаметров кабеля, при эксплуатации — 10 диаметров. Превышение этих значений вызывает затухание и может сломать волокно. Для протяжки в кабельную канализацию или трубы используют стальную протяжку и чулок. Зажимы для подвеса и натяжное крепление фиксируют самонесущие линии на опорах. При вводе в здание оставляют технологический запас 5–10 м, укладываемый в муфту или шкаф.

Разделку выполняют специальным инструментом — стриппером, снимая оболочку послойно. Сначала удаляют внешнюю оболочку, затем броню, если она есть, и внутреннюю оболочку. Модули очищают от гидрофоба, волокна освобождают от буфера. Сварка волокон производится автоматическим аппаратом, который юстирует волокна по сердцевине и выполняет термическое сращивание. Место сварки защищают гильзой КДЗС и укладывают в сплайс-пластину муфты. Для оперативного соединения без сварки применяют механические соединители. Муфта для оптического кабеля герметизирует место стыка и обеспечивает запас волокон на перемонтаж. Адаптер для оптического кабеля позволяет стыковать коннекторы разных типов, например SC и LC. В распределительных шкафах и кроссах устанавливают патч-панели с портами для оптических разъёмов.

9. Пассивные компоненты: коннекторы, адаптеры, розетки

Для оконцевания оптических волокон применяют разъёмы типа SC, LC, FC, ST. Разъём LC отличается компактностью, SC — надёжностью фиксации. Полировка контакта бывает UPC синего цвета, APC — зелёного с наклонным торцом для снижения обратных отражений. Пигтейлом называют отрезок волокна с коннектором на одном конце, предназначенный для приварки к магистральному волокну в муфте или кроссе. Патч-корд — соединительный шнур с разъёмами на обоих концах, его длина варьируется от 0,5 до 100 м. Оптическая розетка в квартире или офисе закрывает стенной ввод и защищает волокно от излома. Адаптеры, или проходные розетки, служат для стыковки двух коннекторов одинакового или разного типа.

10. Параметры, измерения и контроль качества

Перед сдачей линии проводят входной контроль на барабане рефлектометром OTDR. Прибор измеряет длину, затухание, коэффициенты отражения и выявляет неоднородности. Мощность передатчика и приёмника контролируют измерителем оптической мощности и стабилизированным источником света. Эталонные значения для одномодового волокна по G.652D: затухание на 1310 нм — не более 0,35 дБ/км, на 1550 нм — 0,22 дБ/км. Для многомода на 850 нм допускается до 3,0 дБ/км. Допустимые потери в сварном соединении — не более 0,1 дБ, в разъёмном — до 0,5 дБ. Суммарное затухание линии вместе с разъёмами не должно превышать бюджета, рассчитанного по паспорту активного оборудования. Результаты измерений оформляют протоколом, а на линию составляют паспорт с монтажной схемой и картой рефлектограмм.

11. Нормативная база и сертификаты

Производство и эксплуатация оптических кабелей в России регламентируются ГОСТ Р 52266-2004, ГОСТ Р МЭК 60793-1-2018, а также техническими условиями предприятий-изготовителей. Для внутренней прокладки обязательны сертификаты пожарной безопасности: нг(А)-LS, нг(А)-HF, FRLS. Каждая партия сопровождается паспортом с указанием типа волокна, коэффициента затухания, геометрических параметров. При приёмо-сдаточных испытаниях проверяют целостность волокон, затухание в строительных длинах и на смонтированных переходах.

12. Заключение

Оптический кабель — это сложное техническое устройство, сочетающее хрупкость стекла и высокую механическую прочность, достигаемую многослойной конструкцией. Понимание различий между одномодом и многомодом, стандартами G.652 и G.657, бронированными и самонесущими исполнениями, а также правил разделки и сварки позволяет строить сети, которые служат десятилетиями без деградации параметров. Для заказа кабеля нужной ёмкости и конструкции обращайтесь в раздел производство оптического кабеля.