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光纤连接器及其应用、性能和终端要求浅析

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作者:时间:2007-06-21来源:EEPW
在本文中我们将介绍用户光纤(SC)、直通式光纤(ST)、固定式光纤(FC)与LC光纤连接器及其应用、性能和终端要求。与A/V行业中所普遍使用的BNC连接器不同,光纤连接器随着光纤技术的不断成熟而逐渐发展。铜线连接器对AV系统信号丢失的影响一般不会很大,而光纤连接则不同,它对传输系统中的每个接口都会起着非常大的影响作用。让我们来看看光纤物理连接中所产生的一些问题,光纤传输设备自身可指令连接,但在有些情况下,大部分或几乎所有的光纤传输连接选择都是人为亲自进行。光纤线缆在信号传输过程中所丢失的信号量主要由所采用的光纤线缆的质量和类型所决定,每个连接端都会产生一定的信号丢失。根据用户选择的光纤连接头类型的不同,连接端信号丢失的总量加起来有可能会超过光纤线缆本身产生的信号丢失量。

信号丢失计算

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/60622.htm

  与电力电源一样,光纤电源通常也是用dB,-3dB来衡量。在铜线电路中,无论是数字信号还是模拟信号,连接器的信号丢失基本上都是“零”,也就是说,与整体线缆产生的信号丢失量相比,由于连接器接触电阻造成的欧姆丢失通常都可以忽略不计。而在大多数的光纤安装系统中,情况则截然相反。在AV应用中,小于1000英尺的光纤线缆信号丢失基本都会小于3dB。在几公里远距离传输情形下,多模光纤色散就变得非常重要,因此,最好采用低信号丢失的单模光纤。但无论是近距离传输还是远距离传输,接触传输信号的每个连接器接口都会产生大量的信号丢失,通常,最大部分的信号丢失都发生在输出端,安装一套好的光纤连接器的关键就是尽量将互相连接的光纤之间的接口信号丢失最小化,保持信号丢失在一定的估算范围之内,为系统的长期运行提供稳定性。连接器接口的信号丢失也是用dB衡量。因为光纤末端连接不恰当,光路的中断会导致一定量的信号丢失,如光纤表面差、非平行端连接等情况也会让信号丢失率远远大于预期信号丢失量。

  高速激光光纤传输的发展为光纤终端端面的设计带来了新的问题。在高传输速率下,端面反光情况变得非常严重,需要进行角度研磨或球形研磨等特殊处理来降低丢失率。从更加精确的信号丢失估算程度上来讲,正常的连接端口信号丢失范围大约为0.1dB到最多1.5dB之间。想一下,从信号源出来经过信号分配机、路由器、工作站,需要多少个连接接点,接点越多,信号丢失估算增加的就越快,而且我们还要把一些意外的情形纳入考虑范围之内。

 

维持系统正常运作

  在光纤系统设计中,系统能够正常运作,就达到了非常好的效果,在系统设计中,我们需要考虑系统可能出现的一些意料之外的问题,并且要让系统达到正常运作效果。在系统设计中,我们要考虑到系统可能出现的最坏的情况,并做出相应的计划,期待更好的运作效果。光纤连接器设计商一定要将这个理念铭记于心。在系统设计中,安全、稳定的系统连接要求光纤末端平滑、方正。端与端之间的连接必须精确无误,精确度甚至要达到微米,百万分之一米。常用的多模光纤的直径从50-62.5微米,而单模光纤的直径仅为8-9微米。将这种直径尺寸与一根头发的直径(17-180微米)相比,可见任何一丝错误就可以带来在灾难性的损失。

  光纤连接对设备的精密度要求非常严格,因此连接头必须非常干净。光纤连接器和配件通常都是装在一个套子里,一个手指印或外部灰尘都可能会严重影响连接器性能,甚至导致传输失败,因此,连接器没有连接时,就应该保存在干净的保护套里。

  在连接时,我们还应该将光纤连接器楔紧,在目前所有的光纤连接器设计中,是通过“套圈”来进行的,保证连接器在搭配时准确无误。光纤终端是通过粘胶或压接紧箍在套圈里面,成为一个永久的元件。插入了内置光纤后,就把套圈端磨光滑,为连接器光纤连接提供光滑的接口。套圈通常都是由比较硬的材料制成如陶瓷,当然,也可以是不锈钢、塑料或者碳化钨材料制成,SC、ST和FC的通用套圈直径为2.5毫米,LC的通用套圈直径为1.25毫米。由于套圈的功能特性可以按照精密度要求进行生产,也就成了光纤连接器的首要重要确定特性。在众多的连接套圈中,弹簧式容器连接套圈保证了光纤和LED或者激光源之间同轴对齐。

  随着技术的发展和应用的扩大,光纤连接器也快速发展。现在市场上使用的光纤连接器大概有12种甚至还多,每一种都是为满足特定的需求而应运而生,当然,也存在着一定的技术限制。 现在市场的走势主要是朝着价位适中、紧凑型的连接器模式发展,能够支持新的传输分配系统要求的更大传输密度。正如用户期望的那样,电信行业的不断发展也推动了光纤的大面积应用,在很大程度上是由于各种类型的通信和娱乐服务对光纤连接迅猛增长的需求所致。

  我第一次使用光纤系统时,用的是AT&T公司在80年代推出的ST连接器。ST在多模LANs和CCTV系统中使用的最为广泛,但仅仅被一个光纤连接标准所接受。ST似乎是一个微型的BNC连接器,在光纤中,它是一个简单的刀式转锁连接器,由于未受到任何保护处理,容易遭受破坏,因此,处理ST连接器要特别留意套圈。ST连接器目前在业界应用中仍然十分广泛,但其应用也在慢慢减少。

  FC连接器是ST连接器的姐妹产品。FC表示固定连接(fixed connection),在电信行业的单模应用中使用最为广泛,在钥控和金属结构上这类连接器与ST比较相似,但采用的却是螺纹连接方式,而不是插销式。我们最常用的连接器是SC连接器,SC是subscriber connector(用户接头)的缩写,是TIA/EIA-568B.3标准中的指定连接器,有单光纤连接和双光纤连接两种,并通过彩色编码来指示光纤类型:米色代表多模、蓝色或绿色代表单模。

  LC连接器也是SC连接器的姐妹产品,是由朗讯公司设计的,LC是第一款真正为增加光纤设备系统的堆积密度而设计的耐用的小型化连接器,LC与小型的SC连接器较为相似,能将堆积密度提高50%,在电信交换环境中,对连接器密度要求非常严格的话,LC将具有很大的优势。LC连接器能非常轻松地配置在加密的双工设置上,并具有与普通RJ45连接头相似的锁定夹。由于其小型化的光传输接收装配的广泛使用,LC连接器非常受用户欢迎。在我们所提到的4种类型的连接器中,LC连接器的接口界面损失最小,深得用户喜欢。

需要什么样的连接器

  无论采用什么类型的连接器,我们的目标都是一样的,那就是寻找对准精度、重复性以及丢失率方面都非常满意的连接器。加密连接器通常能够获得0.2dB的丢失重复精度,在信号传输丢失过程中,连接器的作用非常重要,插入损耗和回波损耗这两个参数在光纤连接器中的作用与其在铜线中的作用一样重要。

  在本文中,我们所说的插入损耗是指由于连接器接口产生的分贝丢失,回波损耗与铜线中的概念一样,是指由终端反射引起的将能量反射回信号源的情况。连接器插入损耗和回波损耗参数的界定由系统所使用的测试设备决定。尽管各个厂家生产的连接器规格各有不同,但大多数都符合TIA/EIA568B.3商用数据网络要求。TIA/EIA568B.3规定,多模和单模光纤的最大插入损耗为0.75dB。多模光纤的回波损耗最小≥20dB,单模光纤的回波损耗≥26dBD。SC连接器通常都只有0.3dB的损耗,而LC连接器则可低达0.1dB。

  这些数据意味着什么?插入损耗的计划非常简单,我们将连接器的接口数相加,乘以每个连接器所期望的损耗量,以dB为单位进行计算。然后加上线缆总损耗量。两种损耗所得的总数就是系统因为传输线缆和连接器损耗而产生的损耗量。插入损耗是非常重要的一个数据,所有的设计师都根据这个数据来判断系统是否能够在信号源传输器和光纤接收器之间正常运行。除此之外,我们还可以根据回波损耗参数得知反馈到信号源的能量多少,反馈能量以延迟信号的形式通过线缆返回。

  在光纤中的多模和光路经在接收端转换成数字系统中的信号抖动的增加量,也就是说,在每个连连接端的回波损耗越差,总体上对接收器的影响就会更大。这种效果就会成为数字信号眼状图退化零点,接收器跟踪和锁定数据的能力就会遭到破坏。相对而言,模拟光纤信号则呈现出退化响应时间,将会导致图像不清楚。例如,每个连接器的回波损耗仅仅为20dB,那么就会有 1%的信号反馈,根据信号运行中采用到的连接器的数量不同,信号反馈所产生的影响就会相应增大。  26dB的回波损耗会产生的信号反馈为0.3%,50dB的回波损耗,信号反馈则为0.001%。

终端考虑

  传统来讲,光纤终端一般比较慢,价格也较高,对设备要求和技术要求也很高。在考虑单模线缆中的光纤终端时,应该考虑到这几方面的因素。有些情况中,我们完全可以选择一些已经根据各种光纤类型设置好了终端的线缆。大多数的短跳线可以归属到以下几类。

  量身安装型应用中,我们只能选择特定的终端,但是,采用了叠接工具后,可以降低单模光纤的现场终端延长的长度,减少了对设备的需求数量和技术的使用。对于多模光纤线缆,新型的叠接方式采用了简单的光纤切割方法后,将线缆组装成预先设计的连接器/线缆。这种方法非常简单,只是光纤到光纤的接头对接,接头处通常都是采用一种特殊的光学凝胶,让光纤终端凝结起来。

  多模光纤线缆终端通常有两种类型的接头:flat-face air gap和接触型(contact type)。Air gap型终端产生的回波损耗可能大于等于14dB,大约3.2%的反射光,当回波损耗大与等于20dB时,最好使用接触型终端。

  控制低插入损耗和回波损耗的单模光纤终端大概有5种,PC(Physical Contact端面为球状), SPC(Super Physical Contact)、UPC(Ultra Physical Contact)以及APC(Angled Physical Contact)。PC和UPC的每种物理连接方式都采用了不同程度的端面精确度,并产生更低的耦合损耗和回波损耗。APC类产生的回波损耗大于等于65dB,信号返回率降低到了0.000032%。单模APC接头的性能最好。

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关键词: 连接器

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