کابل نوری خودنگهدار تمام دی‌الکتریک شبکه ارتباطی حومه شهر با طراحی کم‌هزینه‌تر

کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا نوعی کابل خودنگهدار تمام دی‌الکتریک (ADSS) است که برای محیط‌های پیچیده در فضای باز طراحی شده است. پارامترهای عملکرد آن، دستاوردهای پیشرفته در مکانیک سازه، علم مواد و فناوری انتقال نوری را که به طور گسترده در ارتباطات هوایی، شبکه‌های هوشمند، حمل و نقل ریلی و سایر سناریوها استفاده می‌شود، ادغام می‌کند. موارد زیر به طور سیستماتیک ویژگی‌های پارامترهای اصلی آن را از شش بعد تجزیه و تحلیل می‌کند: پارامترهای ساختاری، عملکرد نوری، خواص مکانیکی، سازگاری با محیط زیست، سازگاری با نصب و سازگاری با کاربرد.

I. پارامترهای ساختاری: طراحی ماژولار و بهینه‌سازی هم‌افزایی مواد کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا از یک ساختار ماژولار متشکل از لوله مرکزی ددد + اعضای با مقاومت متقارن دددد استفاده می‌کند. پارامترهای هر جزء به شدت با هم مطابقت دارند تا تعادلی بین مقاومت، وزن و هزینه دددد حاصل شود.

ساختار کابل هسته ای

لوله شل: ساخته شده از پلی بوتیلن ترفتالات (پی بی تی) با ضخامت دیواره 0.3-0.5 میلی متر. قطر داخلی بر اساس تعداد هسته های فیبر طراحی شده است (2.8 میلی متر برای 2-12 هسته، 3.5 میلی متر برای 12-24 هسته). محدوده دمای کاری آن از -60 درجه سانتیگراد تا +120 درجه سانتیگراد است و می تواند در برابر تغییر شکل ناشی از انبساط و انقباض حرارتی مکرر مقاومت کند. لوله شل با ژل ضد آب تیکسوتروپیک (ویسکوزیته ≥15000 میلی پاسکال بر ثانیه) پر شده است که حتی در دمای -40 درجه سانتیگراد نیز سیال باقی می ماند تا از عدم وجود فشار مکانیکی روی فیبرهای نوری اطمینان حاصل شود.

ظرفیت فیبر: از فیبرهای تک حالته (G.652D/G.657A1) یا فیبرهای چند حالته (او ام۳/OM4) با ۲ تا ۲۴ هسته پشتیبانی می‌کند. افزایش تعداد هسته‌ها با افزایش تعداد لوله‌های شل (تا ۴ لوله شل، با مجموع تعداد هسته‌ها ۹۶) حاصل می‌شود. انحراف هر لوله شل از محور مرکزی ≤۰.۱ میلی‌متر است تا تقارن ساختاری تضمین شود.

سیستم تقویت

اعضای مقاوم: اف آر پی دولایه (پلیمر تقویت‌شده با الیاف) که به صورت متقارن در دو طرف لوله شل توزیع شده‌اند، با قطر ۲.۰-۳.۰ میلی‌متر. لایه بیرونی از جنس کامپوزیت الیاف شیشه/رزین اپوکسی (مقاومت کششی ≥۱۴۰۰ مگاپاسکال) و لایه داخلی از جنس الیاف بازالت/رزین وینیل استر (مدول الاستیک ≥۷۰ گیگاپاسکال) است. این دو ماده از طریق عملیات سطحی، به هم‌افزایی تنش دست می‌یابند و تحت بار طولانی‌مدت، کرنش ≤۰.۳٪ را نشان می‌دهند.

فاصله بین اعضای مقاوم: ۸-۱۲ میلی‌متر (بسته به قطر بیرونی کابل متغیر است)، که تضمین می‌کند در هنگام خم شدن، تنش متعادل در هر دو طرف برقرار باشد تا از شکستگی یک‌طرفه جلوگیری شود.

ساختار لایه محافظ

لایه ضد رطوبت: لوله شل با یک لمینت آلومینیوم-پلاستیک (لیگ برتر فوتبال انگلیس (APL)) به ضخامت 0.12 میلی‌متر پیچیده شده است. یک فرآیند لایه گذاری طولی (عرض لایه گذاری ≥6 میلی‌متر) اتخاذ شده است. لایه آلومینیوم دارای خلوص 99.5٪ و لایه پلاستیکی از پی پی اصلاح شده (نقطه ذوب 165 درجه سانتیگراد) با سرعت انتقال بخار آب ≤0.1 گرم بر (متر مربع · 24 ساعت) است.

غلاف: لایه بیرونی از پلی اتیلن با چگالی بالا (پلی اتیلن سنگین) سیاه با 2٪ عامل مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش کربن سیاه (اندازه ذرات ≤20nm) است. سختی ساحل برابر با D65±3 و ازدیاد طول در نقطه شکست ≥300٪ است. پس از غوطه‌وری در آب گرم 85 درجه سانتیگراد به مدت 168 ساعت، میزان حفظ استحکام کششی ≥90٪ است.

جدول خلاصه پارامترهای ساختاری

استاندارد تست محدوده مقدار شاخص (کمیسیون مستقل انتخابات)

قطر بیرونی کابل ۶.۸-۱۱.۵ میلی‌متر (۲-۹۶ هسته) کمیسیون مستقل انتخابات 60794-1-20

وزن واحد ۹۵-۲۱۰ کیلوگرم بر کیلومتر کمیسیون مستقل انتخابات 60794-1-10

استحکام کششی عضو مقاومتی ≥1400MPa کمیسیون مستقل انتخابات 61156-1

سطح مقاومت غلاف در برابر اشعه ماوراء بنفش: بدون ترک پس از ۱۰۰۰ ساعت فرسودگی تحت اشعه ماوراء بنفش 313nm کمیسیون مستقل انتخابات 60068-2-5

دوم. عملکرد نوری: افت کم و پایداری بالا

عملکرد نوری کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا بر ترکیبی از ویژگی‌های انتقال فیبر و پایداری ساختاری متمرکز است. طراحی پارامترهای آن با هدف تضعیف کم، پراکندگی کم و ضد تداخل بالا انجام می‌شود تا نیازهای انتقال سیگنال در فواصل طولانی و فرکانس بالا را برآورده کند.

ویژگی‌های میرایی

فیبر تک حالته (G.652D): تضعیف ≤0.36dB/کیلومتر در طول موج 1310nm، ≤0.22dB/کیلومتر در طول موج 1550nm و ≤0.24dB/کیلومتر در طول موج 1625nm (باند L)، که همگی بهتر از توصیه آی تی یو-T G.652 (1310nm ≤0.4dB/کیلومتر) هستند.

فیبر چند حالته (OM4): تضعیف ≤2.5dB/کیلومتر در طول موج 850nm، با پهنای باند 500MHz·کیلومتر ≥4700MHz·کیلومتر، پشتیبانی از انتقال سیگنال 10Gbps تا فاصله 550 متر، مطابق با استاندارد IEEE 802.3ae.

تأثیر دما بر میرایی: در محدوده -40℃ تا +70℃، تغییر میرایی در طول موج 1550 نانومتر ≤0.05dB/کیلومتر است که بسیار کمتر از میانگین صنعتی 0.1dB/کیلومتر است که از اثر بافری لوله شل و ژل بهره می‌برد.

کنترل پراکندگی

طول موج پراکندگی صفر: ۱۳۰۰-۱۳۲۴ نانومتر (G.652D)، با شیب پراکندگی صفر ≤۰.۰۹۲ پیکوثانیه بر (نانومتر²·کیلومتر). مقدار پراکندگی در پنجره ۱۵۵۰ نانومتر ۱۷ پیکوثانیه بر (نانومتر·کیلومتر) است که از انتقال سیگنال ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه بدون تکرارکننده برای مسافت ≥۸۰ کیلومتر (با ماژول‌های جبران پراکندگی) پشتیبانی می‌کند.

پراکندگی حالت قطبش (پی ام دی): ضریب پی ام دی لینک کابل ≤0.1ps/√کیلومتر است، با حداکثر مقدار ≤0.5ps، که الزامات آی تی یو-T G.650.2 را برای ارتباطات راه دور برآورده می‌کند و پایداری قطبش سیگنال‌های پرسرعت (400Gbps و بالاتر) را تضمین می‌کند.

عملکرد ضد تداخل

ساختار تمام دی‌الکتریک (بدون اجزای فلزی): تضعیف تداخل الکترومغناطیسی (ام آی) ≥80dB (10kHz-1GHz)، اثربخشی محافظت در برابر تداخل فرکانس رادیویی (آر اف آی) ≥60dB، مناسب برای نصب در نزدیکی شبکه‌های برق ولتاژ بالا (110kV-500kV) بدون لایه‌های محافظ اضافی.

پوشش فیبر: اکریلات دو لایه (لایه داخلی نرم، لایه خارجی سخت) با نیروی سلب 1.5-3.5 نیوتن. مقاومت در برابر اتلاف ناشی از هیدروژن: پس از قرار گرفتن در محیط هیدروژن با فشار 1 اتمسفر به مدت 168 ساعت، افزایش تضعیف در طول موج 1550 نانومتر ≤0.05 دسی‌بل بر کیلومتر است.

سوم. خواص مکانیکی: مقاومت در برابر تنش شدید و پایداری دینامیکی (تقریباً ۶۰۰ کلمه)

خواص مکانیکی کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا، مزیت رقابتی اصلی آن به عنوان یک کابل خودنگهدار است. طراحی پارامتر، تحمل بار استاتیک، تغییر شکل دینامیکی، ضربه خارجی و سایر سناریوها را پوشش می‌دهد تا یکپارچگی ساختاری در محیط‌های پیچیده تضمین شود.

عملکرد کششی

تنش کوتاه‌مدت (در حین نصب): حداکثر تنش مجاز ۱۵۰۰-۶۰۰۰ نیوتن است (بسته به تعداد هسته/مدل متفاوت است). در این تنش، کرنش فیبر ≤۰.۲٪ و تغییر میرایی ≤۰.۱ دسی‌بل (۱۵۵۰ نانومتر) است. روش آزمایش با کمیسیون مستقل انتخابات 60794-1-21 مطابقت دارد (کشش یکنواخت تا زمان شکست، ثبت تنش کابل هنگام شکستن فیبر).

تنش بلند مدت (در حین کار): تنش بلند مدت نامی ۵۰٪ تنش کوتاه مدت است (مثلاً ۳۰۰۰ نیوتن برای دانشگاه ایالتی آریزونا 24 هسته‌ای). تحت این تنش به مدت ۱۰۰۰ ساعت، کابل هیچ تغییر شکل دائمی ندارد و تضعیف فیبر بدون تغییر باقی می‌ماند و الزامات تحمل بار برای دهانه‌های بالای سر ۱۰۰ تا ۱۵۰ متر را برآورده می‌کند (با محاسبه معادله زنجیره‌ای، افتادگی وسط دهانه ۵٪ یا کمتر از دهانه است).

عملکرد خمشی

خمش استاتیک: حداقل شعاع خمش در حین نصب 20 برابر قطر خارجی کابل (مثلاً 200 میلی‌متر برای کابل با قطر خارجی 10 میلی‌متر) و 10 برابر (100 میلی‌متر) پس از نصب است. پس از 100 بار خم شدن در این شعاع (هر بار 1 دقیقه)، تغییر تضعیف فیبر ≤0.1dB است.

خمش دینامیکی: خمش چرخه‌ای با فرکانس ۱ هرتز و زاویه خمش ۹۰ درجه به مدت ۱۰۰۰ بار، فیبر هیچ شکستگی ندارد و افزایش تضعیف ≤۰.۲ دسی‌بل است که برای سناریوهایی که نیاز به تنظیم مکرر مسیر دارند (مانند خطوط حمل و نقل ریلی) مناسب است.

مقاومت در برابر خرد شدن

با تحمل فشار شعاعی ۲۲۰۰ نیوتن بر ۱۰۰ میلی‌متر (معادل غلتاندن با وزن ۵۰۰ کیلوگرم) به مدت ۱ دقیقه، تغییر شکل قطر خارجی کابل ≤۲۰٪ و تغییر میرایی فیبر ≤۰.۱ دسی‌بل است. پس از آزمایش، بدون آسیب ساختاری به شکل اولیه خود باز می‌گردد و الزامات مقاومت فشاری برای نصب مستقیم در زیر خاک را برآورده می‌کند.

عملکرد ضربه و ارتعاش

آزمایش ضربه: یک چکش ۱.۵ کیلوگرمی آزادانه از ارتفاع ۱ متری (انرژی ضربه ۱۵ ژول) رها می‌شود، به طوری که نقطه ضربه ۱ متر از محل اتصال فاصله دارد. پس از آزمایش، فیبر هیچ شکستگی ندارد و تغییر تضعیف ≤۰.۵ دسی‌بل است (مطابق با کمیسیون مستقل انتخابات 60794-1-23).

آزمایش ارتعاش: ارتعاش در محدوده فرکانسی 10-500 هرتز با دامنه 0.75 میلی‌متر به مدت 2 ساعت، تغییر میرایی فیبر ≤0.1dB است که برای محیط‌های با ارتعاش بالا مانند بزرگراه‌ها و خطوط راه‌آهن مناسب است.

عملکرد پیچشی

با تحمل پیچش ±180 درجه بر متر (نیم پیچش در هر متر کابل) به مدت 10 دقیقه، تغییر میرایی فیبر ≤0.2 دسی‌بل است، بدون لایه لایه شدن ساختار، و تنش پیچشی ناشی از شیب زمین در طول نصب در مناطق کوهستانی را برآورده می‌کند.

چهارم. سازگاری با محیط زیست: مقاومت در برابر آب و هوا و قابلیت اطمینان در تمام سناریوها (تقریباً ۶۰۰ کلمه)

پارامترهای محیطی کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا برای شرایط پیچیده فضای باز، شامل دما، خوردگی، آسیب آب، آسیب بیولوژیکی و سایر سناریوها، بهینه شده‌اند و طول عمر طراحی 25 ساله (استاندارد تلکوردیا جی آر-20) را تضمین می‌کنند.

محدوده تحمل دما

دمای عملیاتی: -40℃ تا +70℃ (در کوتاه مدت می‌تواند -55℃ تا +85℃ را تحمل کند). پس از 100 چرخه دمایی (از -40℃ تا +70℃، 2 ساعت در هر چرخه) در این محدوده، غلاف کابل هیچ ترکی ندارد و تغییر تضعیف فیبر ≤0.1dB است.

عملکرد انقباض حرارتی: هنگامی که به مدت 1 ساعت در فر با دمای 100 درجه سانتیگراد قرار می‌گیرد، میزان انقباض طول کابل ≤0.2٪ است و از خمیدگی ریز فیبر ناشی از تغییرات دما جلوگیری می‌کند.

مقاومت در برابر آب و هوا و عملکرد خوردگی

مقاومت در برابر فرسودگی در برابر اشعه ماوراء بنفش: در معرض استاندارد ایزو 4892-2 (آزمایش فرسودگی با لامپ زنون) به مدت ۱۰۰۰ ساعت، میزان حفظ استحکام کششی غلاف ≥۸۰٪ و میزان حفظ ازدیاد طول در نقطه پارگی ≥۷۰٪ است، بدون گچی شدن یا ترک خوردن، مناسب برای مناطق مرتفع (با تابش شدید اشعه ماوراء بنفش).

خوردگی اسپری نمک: با قرار دادن در محفظه اسپری نمک با محلول 5% نمک طعام، دمای 35 درجه سانتیگراد، پی اچ 6.5-7.2 به مدت 1000 ساعت، سطح خوردگی اجزای فلزی (در صورت وجود) ≤5% خواهد بود. کابل دانشگاه ایالتی آریزونا تمام دی الکتریک هیچ خطر خوردگی ندارد و می‌تواند در مناطق ساحلی (در فاصله 5 کیلومتری از خط ساحلی) استفاده شود.

خوردگی شیمیایی: در برابر غوطه‌وری در محلول‌های اسیدی (H₂بنابراین₄) و قلیایی (سود پرک) با غلظت ۵٪ به مدت ۱۶۸ ساعت مقاومت می‌کند، غلاف هیچ تورمی ندارد (تغییر وزن ≤۵٪) و عملکرد فیبر بدون تغییر باقی می‌ماند، مناسب برای محیط‌های آلوده مانند کارخانه‌های شیمیایی و مناطق معدنی.

عملکرد ضد آب و ضد آب

مسدود کردن طولی آب: یک کابل به طول ۱ متر برداشته می‌شود، یک سر آن آب‌بندی می‌شود و فشار آب ۰.۱ مگاپاسکال به سر دیگر آن اعمال می‌شود. در عرض ۳۰ دقیقه هیچ نشت آبی رخ نمی‌دهد. نخ مسدود کننده آب (محتوای رزین فوق جاذب ≥۳۰٪) دارای نسبت انبساط ≥۲۰۰٪ است که یک مانع ژلی تشکیل می‌دهد.

مسدود کردن شعاعی آب: فشار آب 0.3 مگاپاسکال به بیرون از طول 1 متر کابل اعمال می‌شود و در عرض 24 ساعت هیچ نشت شعاعی آب رخ نمی‌دهد. ترکیب محکم نوار آلومینیومی لیگ برتر فوتبال انگلیس (APL) و غلاف، عایق‌بندی کامل آب را فراهم می‌کند که برای نصب در مناطق بارانی مناسب است.

محافظت در برابر آسیب‌های بیولوژیکی و مکانیکی

مقاومت در برابر جوندگان: غلاف حاوی 0.5٪ پرمترین است و میزان دفع آن در برابر جوندگان و خرگوش‌ها ≥90٪ است. در عین حال، غلاف دارای سختی ساحل ≥D65 است و پس از آزمایش جویدن (با استفاده از دندان‌های فلزی که دندان‌های جوندگان را شبیه‌سازی می‌کنند) هیچ آسیب نفوذی ایجاد نمی‌کند، که برای مناطق روستایی با فعالیت‌های مکرر جوندگان مناسب است.

V. سازگاری نصب و برنامه: استقرار انعطاف‌پذیر و تطبیق سناریو (تقریباً ۳۰۰ کلمه)

پارامترهای نصب کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا به گونه‌ای طراحی شده‌اند که سبک، با کاربری آسان و سازگاری با سناریوهای مختلف، دشواری و هزینه ساخت را کاهش دهند.

سازگاری با روش‌های نصب: از سه روش پشتیبانی می‌کند: نصب سربار (خودایستا، قلاب‌دار)، نصب لوله‌ای (با کشش رزوه‌دار لوله) و نصب مستقیم زیر خاک (با لایه زره). در حین نصب سربار، می‌توان آن را با سخت‌افزار مخصوص (گیره‌های کششی، گیره‌های آویز) با گیره‌ای با کشش ≥70٪ از کشش نامی ثابت کرد تا از لغزش جلوگیری شود.

سازگاری اتصال: سازگار با اتصالات استاندارد اس سی/ال سی/اف سی. لوله شل را می‌توان مستقیماً بدون جدا کردن اضافی اعضای مقاوم، در سینی اتصال فیوژن قرار داد. افت اتصال پس از فیوژن ≤0.05dB (1550nm) است که مطابق با استاندارد آی تی یو-T G.650.1 می‌باشد.

تطبیق سناریوی برنامه:

شبکه‌های ارتباطی روستایی: سبک (95 کیلوگرم در کیلومتر) مناسب برای نصب دستی، با مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و سازگار با محیط‌های میدانی؛

شبکه‌های هوشمند: ساختار تمام دی‌الکتریک در برابر تداخل الکترومغناطیسی مقاومت می‌کند و امکان نصب خطوط ۱۱۰ کیلوولت روی یک تیر برق بدون فاصله عایقی را فراهم می‌کند.

حمل و نقل ریلی: مقاومت در برابر لرزش و ضربه با محیط عملکرد قطار مطابقت دارد، با شعاع خمش کوچک مناسب برای نصب در تونل‌ها.

ششم. رعایت استاندارد و کنترل کیفیت

کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا کاملاً با استانداردهای بین‌المللی و داخلی مطابقت دارد: کمیسیون مستقل انتخابات 60794-1 (مشخصات عمومی کابل‌های نوری)، آی تی یو-T G.652/G.657 (ویژگی‌های فیبر)، گیگابایت/T 7424.1 (الزامات عمومی کابل‌های نوری)، وای دی/T 901 (کابل‌های نوری لوله مرکزی) و گواهینامه‌های م. (اتحادیه اروپا)، یو ال (ایالات متحده آمریکا) و تی ال سی (چین مخابرات) را دریافت کرده است.

کنترل کیفیت، بازرسی کامل فرآیند را اتخاذ می‌کند: الیاف پس از ورود به کارخانه از نظر تضعیف و پراکندگی آزمایش می‌شوند (نمونه‌برداری ۱۰۰٪)؛ خواص مکانیکی (کشش، خمش) هر ۱۰۰ کیلومتر در طول تولید کابل نمونه‌برداری و آزمایش می‌شوند؛ آزمایش فشار آب ۲۴ ساعته (۰.۳ مگاپاسکال) و پیش‌آزمون پیری ۱۰۰۰ ساعته (تأیید طول عمر تسریع‌شده) قبل از تحویل انجام می‌شود تا نرخ صلاحیت دسته‌ای ≥۹۹.۵٪ تضمین شود.

به طور خلاصه، کابل نوری دانشگاه ایالتی آریزونا از طریق ساختار مدولار، مواد با کارایی بالا و طراحی پارامتر مبتنی بر سناریو، یک مزیت هم‌افزایی در انتقال نوری، تحمل بار مکانیکی و سازگاری با محیط ایجاد می‌کند و به راهکار ترجیحی برای ارتباط در محیط‌های پیچیده بیرونی تبدیل می‌شود. ویژگی‌های پارامتری آن نه تنها نیازهای ارتباطی 10G/100G فعلی را برآورده می‌کند، بلکه با سازگاری فنی بلندمدت، فضایی را برای ارتقاء 400G/1T نیز ذخیره می‌کند.