康寧：帶狀光纜設(shè)計(jì)師

北京康寧光纜有限公司 許人東

　　城域網(wǎng)及接入網(wǎng)的高速發(fā)展將增加對(duì)光纖的需求，帶狀光纜由于其光纖集成度高且鋪設(shè)費(fèi)用低將得到廣泛使用，那中心束管式帶狀光纜是如何設(shè)計(jì)的，制造過(guò)程中工藝參數(shù)對(duì)帶狀光纜性能有哪些影響？

　　目前光纖網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)逐漸由國(guó)家骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)向區(qū)域網(wǎng)及城域接入網(wǎng)，在光纖城域網(wǎng)及接入網(wǎng)中，由于連接的節(jié)點(diǎn)較多，往往需要鋪設(shè)大芯數(shù)的光纜，而采用帶狀光纜有很多優(yōu)點(diǎn)：帶狀光纜其光纜的集成度，即相同的光纖芯可以將光纜結(jié)構(gòu)做得較小，占用路由資源較少;降低光纜熔接費(fèi)用，提高安裝效率;由于光纖成本的下降，帶狀光纜的成本降低;光纖帶及光纜制造技術(shù)的進(jìn)步，使得帶狀光纜與普通的散纖光纜的光纖損耗基本相近;光纖帶比光纖具有更好的機(jī)械性能。
 
　　在國(guó)外，光纜長(zhǎng)途干線上亦大量采用帶狀光纜，而在國(guó)內(nèi)大中城市的城域網(wǎng)中多采用帶狀光纜。帶狀光纜按其結(jié)構(gòu)有中心束管式，層絞式，骨架式結(jié)構(gòu)。中心束管式帶狀光纜由于其具有良好的抗側(cè)壓及彎曲性能，單位面積其光纖芯數(shù)最大，即相同大小的外形尺寸其光纖芯數(shù)最大，開(kāi)剝及接入效率高等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛使用。

　　中心束管式帶狀光纜設(shè)計(jì)

　　帶狀光纜的設(shè)計(jì)主要根據(jù)光纖帶芯數(shù)的多少及應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇，使光纜在生命周期內(nèi)具有良好的機(jī)械性能及環(huán)境性能。保證光纖的傳輸性能在其鋪設(shè)及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中保持不變。光纜設(shè)計(jì)包括光纖纜芯設(shè)計(jì)，光纜加強(qiáng)單元設(shè)計(jì)，光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及光纜材料選擇，由于帶狀光纜多于城域網(wǎng)及接入網(wǎng)，因此應(yīng)盡可能縮少光纜尺寸來(lái)彌補(bǔ)城市光纜路由資源(管道或架空)的限制，即優(yōu)化的光纜設(shè)計(jì)應(yīng)使光纜單位截面積的光纖芯數(shù)應(yīng)最大但同時(shí)又能保證光纜具有良好的機(jī)械及環(huán)境性能。

　　光纜纜芯設(shè)計(jì)

　　中心束管式帶狀光纜纜芯在整個(gè)光纜設(shè)計(jì)中是基礎(chǔ)，主要起到保護(hù)光纖的作用，在套管與光纖帶之間填充光纖油膏，在光纖帶受到側(cè)壓時(shí)能起到很好的緩沖作用。設(shè)計(jì)主要是根據(jù)光纖帶尺寸及芯數(shù)來(lái)確定纜芯尺寸即纜芯的內(nèi)徑、厚度、外徑及根據(jù)生產(chǎn)中光纖帶的制造節(jié)距和控制余長(zhǎng)來(lái)驗(yàn)證光纖的曲率半徑不能引起光纖損耗增加其設(shè)計(jì)主要原則：

　　((W2+(nT)2)/Di(0.8--(1)

　　其中：W-光纖帶的寬度，n-光纖帶數(shù)量，T-光纖帶厚度，Di-光纜纜芯管內(nèi)徑

　　其光纜的纜芯芯管厚度根據(jù)光纖帶數(shù)量的多少可選擇在0.7mm～1.5mm左右。因此芯管外徑：Do(2*(0.7～1.5)+((W2+(nT)2)/0.8---(2)

　　由(1)，(2)式可知：要使芯管尺寸最小且光纖帶填充度最大，其光纖帶排列(W*nT)的寬度及重疊厚度應(yīng)相等，據(jù)此可對(duì)芯管內(nèi)的光纖帶類型進(jìn)行選擇，一般常用的光纖帶芯數(shù)為6芯，12芯或24芯。

　　光纜加強(qiáng)單元設(shè)計(jì)

　　光纜的加強(qiáng)單元可據(jù)光纜的不同應(yīng)用環(huán)境分為金屬加強(qiáng)及非金屬加強(qiáng)。光纜在鋪設(shè)及應(yīng)用過(guò)程中所經(jīng)受的機(jī)械張力主要由加強(qiáng)單元來(lái)承擔(dān)，因此加強(qiáng)單元的設(shè)計(jì)計(jì)算及加強(qiáng)材料的選擇顯得十分重要。

　　其光纖在光纜中的余長(zhǎng)，光纜應(yīng)變及光纖應(yīng)變的關(guān)系圖可參考下圖。一般來(lái)說(shuō)，光纜應(yīng)變0.3%～0.4%之間，光纖應(yīng)變?cè)?.05%～0.25%是合理區(qū)間，而中心束管式帶狀光纜的余長(zhǎng)控制在0.15%之下較合理。

　　光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在確定光纜芯管及加強(qiáng)單元后，即可進(jìn)行光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括阻水材料，鎧裝層、護(hù)套材料的選擇及尺寸確定。中心束管式帶狀光纜常用的光纜結(jié)構(gòu)有以下兩種：一種是以兩根平行加強(qiáng)單元，比較適合于216芯以下帶狀光纜，包括金屬加強(qiáng)及非金屬加強(qiáng);另一種是采用加強(qiáng)單元絞合結(jié)構(gòu)，包括金屬及非金屬加強(qiáng)絞合結(jié)構(gòu)，在216芯以上的光纜多采用此種結(jié)構(gòu)，特別是非金屬絞合結(jié)構(gòu)層既對(duì)光纜主要起抗張作用，又增強(qiáng)了對(duì)光纜纜芯的抗側(cè)壓能力，對(duì)光纖帶及芯管起很好的保護(hù)作用。外加阻燃護(hù)套可在城域網(wǎng)中與電力管道同溝鋪設(shè)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

　　與層絞式帶狀光纜結(jié)構(gòu)比較

　　光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的任務(wù)是在外力及環(huán)境變化時(shí)能保證光纖的傳輸性能基本不變，即所有的光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均是圍繞如何更好地保護(hù)光纖。對(duì)于帶狀光纜來(lái)說(shuō)，最容易受外力及環(huán)境變化引起光纖性能變化的是光纖帶排列矩陣中的邊角光纖(corner fiber of ribbon stack)，對(duì)于中心束管式而言，不論其光纖芯數(shù)多少，光纖帶的邊角光纖總是4根，而層絞式光纜中每一套管中便有4根邊角光纖，隨著其光纖芯數(shù)增大，其邊角光纖隨之增多。因此層絞式帶狀光纜在套管絞合工序或在光纜鋪設(shè)過(guò)程中，對(duì)這些邊角光纖造成壓應(yīng)力而產(chǎn)生微彎損耗的可能性增大。

　　相對(duì)于層絞式光纜結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，中心束管式的帶狀光纜由于光纖帶位于光纜中心位置，因而具有較好的抗側(cè)壓及彎曲性能，同時(shí)其單位面積的光纖芯數(shù)最多，即光纖集成度高，重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸較小，容量開(kāi)剝，可以節(jié)約路由資源及便于施工。

　　帶狀光纜工藝及性能優(yōu)化

　　帶狀光纜制造工藝是光纜設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)，良好的制造設(shè)備及工藝工裝設(shè)計(jì)必須達(dá)到以下主要目的：光纖帶的制造過(guò)程中的過(guò)程增加損耗最小；纖帶有合適的余長(zhǎng)使光纜具有良好的機(jī)械性能；纜具有良好的溫度特性即高低溫性能。

　　光纜的質(zhì)量來(lái)自于過(guò)程的制造質(zhì)量而非檢驗(yàn)出來(lái)的，因此必須通過(guò)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到光纜的綜合性能，即具有良好的過(guò)程附加損耗、機(jī)械性能及溫度特性。在帶纜制造工藝中，光纖帶的放線張力及絞入節(jié)距，填充油膏溫度，光纖帶余長(zhǎng)控制都是關(guān)鍵工藝參數(shù)，特別是當(dāng)以機(jī)械牽引方式產(chǎn)生余長(zhǎng)的生產(chǎn)線上必須嚴(yán)格優(yōu)化其張力大小來(lái)控制其光纖余長(zhǎng)。在實(shí)際中可通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，從而達(dá)到光纜性能優(yōu)化的目的。

　　中心束管式帶狀光纜具有光纖集成度高及其良好的綜合機(jī)械性能，特別是抗側(cè)壓及彎曲性能，在城域網(wǎng)及接入網(wǎng)中得到廣泛使用，在中心束管式帶狀設(shè)計(jì)中，其纜芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加強(qiáng)單元的設(shè)計(jì)與選擇至關(guān)重要，中心束管式帶狀光纜主要有兩種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的選擇可依據(jù)應(yīng)用環(huán)境及光纖帶數(shù)量的多少而定;光纜的制造工藝對(duì)光纜的性能產(chǎn)生很大影響，當(dāng)光纜設(shè)計(jì)確定后，必須對(duì)光纜制造工藝進(jìn)行總體優(yōu)化，才能使帶狀光纜具有良好的傳輸性能、機(jī)械性能及環(huán)境性能，即優(yōu)化的光纜設(shè)計(jì)必須通過(guò)優(yōu)化的制造工藝去實(shí)現(xiàn)。

來(lái)源：通信產(chǎn)業(yè)報(bào)