Муфты и кроссовое оборудование являются неотъемлемыми составными элементами волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП).
Конструктивное исполнение этих компонентов, используемых на конкретной ВОЛП, зависит от ее особенностей (назначения, топологии, характера трассы, типа используемого кабеля, бюджета мощности и др.) и определяется проектом
Муфты для монтажа оптических кабелей
Так же, как и при сооружении линий передачи с медно-жильными кабелями связи, основное назначение оптических муфт - обеспечение монтаж строительных длин оптических кабелей (ОК), величины строительных длин ОК составляют 4 - 6 км в настоящее время. Это означает, что для монтажа регенерационного участка средней длины в 100 км достаточно использовать всего лишь порядка 25-30 муфт (примерно втрое меньше, чем для линии такой же протяженности с медно-жильным кабелем). Производимые в настоящее время конструкции оптических муфт, как правило, унифицированы и предназначены для использования в различных условиях их размещения - в грунте, в кабельной канализации, на открытом воздухе, в помещениях ввода кабелей (кабельных шахтах) объектов связи.
Муфты для монтажа ОК обеспечивают ввод в них не менее трех кабелей, что позволяет использовать их в качестве как соединительных, так и разветвительных муфт, а также облегчает проведение в ходе эксплуатации ВОЛП проведение аварийно-восстановительных работ при повреждении ОК. Современные оптических муфт имеют тупиковую конструкцию (ввод ОК производится в корпус муфты с одной стороны, с другой стороны корпус заглушен) или же универсальную, обеспечивающую возможность использования ее как в качестве тупиковой, так и в качестве проходной за счет установки на одной стороне корпуса соответственно или заглушек, или кабельных вводов. Для обеспечения вывода из муфты проводов от металлических бронепокровов к контрольно-измерительным пунктам (КИП), используемым для целей поиска трассы ОК и для измерения целостности наружной пластмассовой оболочки путем контроля сопротивления изоляции "бронепокров - земля" муфта должна иметь соответствующие дополнительные вводы.
Основные требования, которым должны удовлетворять муфты для монтажа ОК:
" удобство монтажа,
" ремонтопригодность, отсутствие необходимости применения расходных материалов при вскрытии и последующей герметизации муфты,
" обеспечение защиты соединений ОВ и конструктивных элементов ОК от внешних воздействий,
" монтаж ОК различных конструкций (как не бронированных, так и с бронепокровами различных исполнений),
" монтаж ОК различных конструктивных размеров,
" монтаж ОК, прокладываемых в различных условиях (кабельной канализации, грунте, на открытом воздухе).
Муфты, применяемые для монтажа ОК на сети ВСС России, должны иметь сертификат соответствия Минсвязи России. Основные характеристики, которым должны удовлетворять муфты для монтажа ОК, приведены в табл.1.
Таблица 1. Основные характеристики оптических муфт для применения на ВСС России
В настоящее время для монтажа ОК на отечественном телекоммуникационном рынке имеется весьма широкий ассортимент оптических муфт как зарубежного, так и отечественного производства. Соединение ОВ при монтаже муфт производится сваркой, что обеспечивает наиболее высокую надежность соединения и низкие вносимые потери, в связи с чем кассеты муфт рассчитаны на фиксацию термоусаживаемых защитных гильз сростков ОВ. В большинстве конструкций муфт обеспечивается также возможность размещаться механические соединители, используемые при аварийно-восстановительных работах, а в некоторых - и стандартные разъемные соединители, при оснащении кассет соответствующими элементами фиксации или же при установке специализированных кассет. Герметизация вводов ОК в муфты обеспечивается преимущественно термоусаживаемыми трубками с сополимерным клеем-расплавом на внутренней поверхности, имеющим высокие адгезионные характеристики, сальниковыми устройствами с резиновыми прокладками или же герметиками. Современные конструкции муфт обеспечивают возможность их размещения в различных условиях - в кабельной канализации, грунте, на открытом воздухе и не требуют применения дополнительных устройств защиты (защитных муфт).
Кроссовое оборудование
Так же, как и оконечное кабельное оборудование медно-жильных кабелей связи, оптическое кроссовое оборудование предназначено для концевой заделки многоволоконных оптических кабелей, с целью дальнейшего подключения их оптических волокон к аппаратуре оптических систем передачи и обеспечения контроля характеристик оптических кабелей в процессе эксплуатации.
Основные требования к такому оборудованию для применения на сети связи Минсвязи России определены РД 45.064-99 "Оборудование кабельное оконечное. Общие технические требования"
Современное оптическое кроссовое оборудование (в англоязычной литературе часто именуемое ODF - Optical Distribution Frame - оптическое распределительное устройство) имеет в основном блочное, шкафное или стоечное исполнение. Оно предназначено преимущественно для эксплуатации в помещениях, поскольку оборудование оптических систем передачи размещается в основном в помещениях объектов связи, и только в некоторых случаях размещается вместе с оборудованием оптических систем передачи в помещениях контейнеров необслуживаемых регенерационных пунктов оптических (контейнерах НРП-О), устанавливаемых непосредственно в грунт.
Такое оборудование в общем случае представляет собой конструктив, в состав которого входят элементы ввода и крепления ОК, элементы фиксации сварных соединений ОВ линейного ОК с ОВ одноволоконных станционных оптических шнуров, армированных оптическими соединителями на одном конце, адаптеры (соединительные розетки) для подключения одноволоконных станционных оптических шнуров, армированных оптическими соединителями на обоих концах.
Оборудование должно обеспечивать ряд функциональных требований, в том числе:
" концевую заделку ОК, не вызывающую снижения его характеристик передачи и надежности, а также крепление силовых элементов его сердечника,
" укладку запасов длин ОВ с радиусом изгиба не менее 30 мм,
" фиксацию защитных гильз соединений ОВ,
" идентификацию ОВ и их перезаделку,
" возможность выполнения монтажа и перемонтажа оборудования при доступе к нему только с одной (фронтальной) стороны,
" размещение адаптеров (соединительных розеток) оптических соединителей на панелях или стенках оборудования с возможностью доступа к ним с обеих сторон,
" возможность идентификации и перезаделки оптических соединителей,
" возможность установки оптических соединителей основных типов (FC, ST, SC и др.) и армированных оптических станционных кабелей,
" механическую защиту и идентификацию оптических соединителей и подключаемых к ним оптических станционных кабелей,
" выполнение внутренних коммутаций (шлейфов) подключаемых к кроссовому оборудованию ОК,
" возможность установки кроссового оборудования шкафного и стоечного исполнений в ряд "стенка к стенке".
Блочное и стоечное исполнение кроссового оборудования используется в основном на крупных объектах связи или же при концевой заделки ОК большой емкости. Кроссовое оборудование стоечного исполнения при этом представляет собой обеспечивающий концевую заделку ОК емкостью от 12 до 96 ОВ блок (этаж стойки), устанавливаемый в стандартный каркас стойки шириной 600 мм или же 19 . В качестве каркаса стойки, в которую устанавливается блок кроссового оборудования, используется или стойка, в которой размещается оборудование оптической системы передачи, или же отдельная стойка, используемая исключительно для ввода и концевой заделки оптических кабелей связи. В ряде случаев используются стойки "узкой" конструкции (шириной 120 или 240 мм), не имеющие разделения на этажи, лицевая сторона которых оснащается панелями с адаптерами оптических соединителей.
Шкафное исполнение кроссового оборудования (в виде малогабаритных шкафчиков или коробок, оснащенных запорными устройствами и предназначенных для установки на стенах помещений) используется на небольших объектах связи или в офисных помещениях, преимущественно для концевой заделки кабелей небольшой емкости.
В ряде случаев кроссовое оборудование может иметь влагозащитное исполнение, быть предварительно полностью смонтированным на заводе-изготовителе, комплектоваться многоволоконным стабкабелем для муфтового соединения с линейным кабелем и т.п.
Независимо от конструктивного исполнения кроссового оборудования оно содержит:
" элементы ввода многоволоконного ОК,
" кассеты для укладки сварных соединений ОВ (в ряде случаев аналогичные используемые в конструкциях оптических муфт),
" одноволоконные оптические шнуры, армированные с одного конца оптическими соединителями (шнур типа "pigtail"), свариваемые с волокнами линейной стороны ОК,
" панель коммутации с устанавливаемыми на ней адаптерами оптических соединителей для стыка оптических шнуров типа "pigtail" и типа "patchcord",
" одноволоконные оптические шнуры, армированные с обоих концов оптическими соединителями (шнур типа "patchcord").
Производство кроссового оборудования осуществляют многие как отечественные, так и зарубежные предприятия, специализирующиеся в области оптических технологий.
Среди производителей кроссового оборудования, присутствующих на российском телекоммуникационном рынке, имеются как российские, так и зарубежные предприятия-изготовители: "Волоконно-оптическая техника" (Москва), "Лентелефонстрой" (С.-Петербург), "Оптические телекоммуникации" (Москва), "СвязьАвтоматикаМонтаж" (Самара), "ССКТБ-Томасс" (Москва), "Перспективные технологии" (С.-Петербург), "Перспективные технологии плюс" (С.-Петербург), "Поиск ТР" (Москва), "Телекомкомплектсервис" (Москва), "ЭЗАН" (п. Черноголовка Моск. обл.), "Corning Inc" (США), "Ericsson"(Швеция), "NEC"(Япония), Tico Electronics Raychem" (США) и др.
Несмотря на многообразие изготовителей и конструктивные отличия кроссового оборудования различных изготовителей, все его выпускаемые виды могут быть выделены в две основных группы: традиционной конструкции (не предназначенное для частых изменений конфигурации соединений в ходе эксплуатации) и с доступом к отдельному волокну (обеспечивающих возможность частых изменений конфигурации в ходе эксплуатации).
Наиболее широко на оптических сетях передачи России в настоящее время применяется кроссовое оборудование первой группы, оборудование второй группы применяются в основном на оптических сетях большой емкости, дополнительным требованием которых является необходимость работы с отдельными оптическими волокнами без влияния на другие волокна.
Соединительные шнуры.
В оптических линиях передачи используются два основных типа оптических шнуров - армированные оптическими соединителями на обоих концах (в англоязычной литературе именуются "patchcord" - дословно "соединительный шнур") и армированные оптическим соединителем на одном конце (в англоязычной литературе именуются "pigtail" - дословно "поросячий хвостик").
Соединительные оптические шнуры, армированные соединителями на обоих концах, применяются для стыка оптического оконечного оборудования с аппаратурой оптических систем передачи, для коммутации оптических волокон, а также для измерительных целей.
Соединительные оптические шнуры, армированные соединителем на одном конце, применяются преимущественно для концевой заделки ОВ линейных ОК. Имеется тенденция увеличения объема применения шнуров типа "pigtail", выполненных на основе волокна с дополнительным защитным буферным покрытием (диаметром 900 мкм), что обеспечивает снижение занимаемого шнурами "pigtail" объема в оконечном оптическом оборудовании при концевой заделке ОВ линейных ОК. В то же время качестве шнуров "pigtail" могут быть использованы и коммутационные оптические соединительные шнуры типа "patchcord", разрезаемые на две части.
Оптические шнуры различаются типом и количеством используемого в них ОВ, типами соединителей и видом их полировки, диаметром и длиной кабеля. Как правило, шнуры различаются и цветом оболочки кабеля: желтый - с одномодовым оптическим волокном, красный или серый - с многомодовым оптическим волокном. Для изготовления оптических шнуров используются в основном одноволоконные оптические кабели диаметром 0,9 мм, 2,4 мм и 3 мм, используются также и многоволоконные оптические кабели, а для применения в локальных оптических сетях и дуплексные (сдвоенные) кабели.
Для армирования оптических шнуров используются различные типы разъемных оптических соединителей, позволяющих производить многократную расстыковку/стыковку (до 500 - 1000 раз) соединителей без заметного ухудшения их оптических характеристик. Наиболее широко используемые типы оптических соединителей - FC, SC, ST, менее распространены соединители FDDI, DIN, E2000 и др.
Основой конструкции разъемных оптических соединителей является система "втулка - гильза", в которой две втулки с заделанными в них ОВ стыкуются в гильзе, выполняющей функции центрирующего устройства, размещаемой в корпусе соединительной розетке (адаптере). Диаметр втулки составляет 2,499 мм, что позволяет обеспечить совместимость (за счет применения соответствующих адаптеров) оптических соединителей различного конструктивного исполнения.
Цилиндрическая прецизионная втулка, в которой заделывается ОВ, используется преимущественно керамическая (из окиси циркония), имеющая близкий к кварцевому стеклу коэффициент теплового расширения, что обеспечивает стабильность характеристик соединения в широком диапазоне температур, а также высокую износостойкость. В ряде случаев с целью снижения стоимости соединителя (преимущественно для соединителей, используемых в локальных сетях передачи данных), могут использоваться втулки из пластмассы или нержавеющей стали (характеристики соединителя, в том числе надежность и износоустойчивость в этом случае, разумеется, существенно ниже).
Заделка ОВ во втулке обеспечивается преимущественно с помощью эпоксидного клея, после отверждения которого выходящее из клея ОВ скалывается и шлифуется.
Оптические характеристики разъемного оптического соединителя, принципиально представляющего собой неоднородность в оптической линии передачи, определяются величиной вносимого затухания и затухания обратного отражения, поскольку соединителем вносятся оптические потери за счет рассеяния, поглощения и отражения. Вносимые соединителем потери целым рядом причин - погрешностями геометрии ОВ, разницей коэффициентов преломления ОВ, загрязнением торцевых поверхностей сочленяемых ОВ, неточной юстировкой ОВ друг относительно друга, наличием воздушного зазора между стыкуемыми ОВ. Учитывая заметное улучшение геометрических характеристик ОВ в последние годы, вносимые соединителями потери в основном определяются прецизионностью составных частей соединителя (преимущественно втулки и соединительной гильзы) и качеством торцевой поверхности стыкуемых оптических втулок.
Вносимое затухание соединителя - потери в месте соединения, определяемые как соотношение оптической мощности в ОВ до и после соединения. Типичные величины потерь современных оптических разъемных соединителей не превышают 0,5 дБ и, как правило, определяются эксцентриситетом сердцевины ОВ относительно наружного диаметра втулки. Эксцентриситет может иметь место в результате несовпадения оси отверстия втулки с осью самой втулки, в результате смещения ОВ в отверстии втулки, а также в результате несовпадения осей сердцевины и оболочки ОВ. Особое значение это имеет в случае соединения одномодовых ОВ, диаметр сердцевины которых не превышает 10 мкм, в связи с чем при изготовлении оптических одномодовых шнуров улучшенного качества применяют технологию калибровки втулок относительно корпусов соединителей, в результате которой сердцевина ОВ фиксируется в заданном квадранте торцевой поверхности соединителя. При этом заметно улучшаются статистические значения вносимых потерь калиброванных соединителей при соединениях оптических шнуров типа "каждый с каждым", что имеет место на практике, поскольку потери соединителя, указываемые изготовителем в сопроводительной документации на армированный оптический шнур, измеряются относительно эталонного соединителя (мастер - соединителя). В связи с этим эффективным методом снижения вносимых в ВОЛП оптических потерь является применение оптических шнуров, армированных калиброванными оптическими соединителями.
Другой оптический параметр, который характеризует качество соединителя - обратное отражение, величина оптического сигнала, отражаемого в месте соединения в направлении источника сигнала. Величина затухания обратного отражения измеряется в децибелах, чем выше значение, тем меньше величина отражения. Наличие в оптической линии передачи отраженного сигнала может привести к сбоям в работе аналоговых и высокоскоростных цифровых систем передачи, в связи с чем этот параметр нормируется для одномодовых оптических соединителей и должен учитываться при выборе типа соединителя для конкретных условий их применения. Величина обратного отражения соединителя в основном обуславливается видом его шлифовки.
При армировании оптических шнуров (волокон) оптическими соединителями используются следующие виды шлифовок, указываемые в исполнении соединителя соответствующей аббревиатурой:
" плоская шлифовка (без аббревиатуры),
" шлифовка "РС" (от слов "Physical Contact", физический контакт), с разновидностями "SРС" (от слов "Super Physical Contact", физический контакт) и "UРС" (от слов "Ultra Physical Contact", физический контакт),
" шлифовка "АРС" (от слов "Angle Physical Contact", угловой физический контакт).
Плоская шлифовка не обеспечивает непосредственного контакта ОВ в соединении из-за микронеровностей поверхностей стыкуемых втулок, в связи с чем имеет место воздушный зазор между торцами ОВ. При прохождении оптического сигнала через такую границу величина затухания отражения составляет около 15 дБ, в связи с чем такой вид шлифовки практическое применение находит только при сооружении локальных оптических сетей на основе многомодовых ОВ, когда армирование оптических волокон производится непосредственно на месте, с использованием ручной шлифовки.
Шлифовка вида "РС" предусматривает шлифовку торцевой поверхности оптических втулок с вклеенными в них ОВ с приданием ей формы в виде части сферы, что исключает наличие между стыкуемыми поверхностями втулок воздушного зазора, то есть обеспечивается непосредственный физический контакт вклеенных во втулки ОВ. В зависимости от качества шлифовки поверхности может быть получена стандартная шлифовка "РС" (затухание отражения не хуже 40 дБ), или же улучшенная шлифовка "SРС", "UРС" (затухание отражения порядка 50 - 55 дБ). Следует отметить, что при неоднократном расчленении/сочленении соединителей с улучшенной шлифовкой из-за появления микроцарапин на поверхности величина их обратного отражения может ухудшиться до значения, обычного для шлифовки типа "РС".
Шлифовка вида "АРС" обеспечивает наиболее лучшие характеристики обратного отражения (не хуже 60 дБ) за счет наклона контактной поверхности порядка 8 от перпендикуляра к оси ОВ. Имеющие место отражения оптического сигнала выводятся при этом из сердцевины ОВ во внешнюю среду, в связи с чем соединители со шлифовкой вида "АРС" наиболее целесообразно использовать в ВОЛП, по которым предусматривается работа аналоговых и высокоскоростных цифровых систем передачи.
В зависимости от исполнения корпуса соединителя на основе такой втулки диаметром 2,499 мм образуются ставшие де-факто стандартными соединители типов FC (Fiber Connector), SC (Subscriber Connector), ST(Straigth Tip), FDDI (Fiber Distributed Date Interface), DIN (Digital Interface Network) и др. В состоянии поставки на оптических вилках шнуров в обязательном порядке установлены защитные колпачки, которые следует удалять только при подключении соединителей..
Резкое увеличение в последнее время объема применения оптических кабелей в локальных и абонентских сетях привело к потребности повышения плотности размещения оптических соединителей в кроссовом оборудовании, что привело к разработке и продвижению на телекоммуникационный рынок миниатюрных оптических соединителей типа SFF (Small Form Factor). Основой таких оптических соединителей является, как правило, втулка уменьшенного размера - диаметром 1,249 мм и корпус, идентичный корпусу соединителя RJ45, являющегося стандартным в структурированных кабельных системах (СКС). Рядом как зарубежных, так и отечественных изготовителей оптических шнуров производится ряд таких миниатюрных соединителей, в частности типов LC, MT-RJ, VF-45, Opti-Jack, MU. В то же время еще нельзя определить, какой из новых типов миниатюрных оптических соединителей может стать наиболее популярным (де-факто стандартным) и насколько миниатюрные соединители смогут потеснить позиции широко применяемых сегодня оптических соединителей, открытым также является вопрос совместимости "новых" и "старых" типов оптических соединителей.
Основными отечественными изготовителями оптических шнуров являются предприятия г.г. Москвы и С.-Петербурга: "Телеком комплект сервис" (Москва), "Волоконно-оптическая техника" (Москва), "Лентелефонстрой" (С.-Петербург), "Оптические телекоммуникации" (Москва), "Перспективные технологии" (С.-Петербург), "Перспективные технологии плюс" (С.-Петербург), "ССКТБ-ТОМАСС".