اتصال فیبر نوری
براي اتصال قسمت‌هاي مختلف يک سامانه مخابراتي فيبرنوري، لازم است كابل‌هاي فيبرنوري به هم متصل و فرستنده به گيرنده مرتبط شود. جابجايي سريع از روي يك فيبر به فيبر ديگر نيز از ضرورياتي است كه امکان آن بايد فراهم شود. توليد كنندگان عموما كابل را با متراژهاي استاندارد مثل 2 ، 4 و يا 6 كيلومتري توليد می‌كنند و به همين دليل نياز به متصل كردن كابل گريزناپذير است و فقط براي مسافت هاي2 تا 6 كيلومتري استفاده از يک طول كابل امكان‌پذير خواهد بود. مسافت‌هاي طولانی‌تر شامل تعدادي كابل 2 تا 6 كيلومتر است كه بايد با استفاده از روش‌هاي مختلف به هم متصل شوند. روش‌های اتصال به دو گروه تقسيم ميشوند:
اتصال دائم
اتصال از نوع فيوژن كه انتهای فيبرهای نوری ذوب شده و در هم فرو مي‌روند و رايج‌ترين روش اتصال فيبر در شبكه‌هاي با مسافت طولانی است. اتصال مكانيكی كه در ابتدا فقط براي شبكه‌های از پيش ساخته شده و در شبكه‌های محلی مورد استفاده قرار مي‌گرفت.
اتصال نيمه دائم
اين نوع اتصال معمولا در شبكه‌هايی كه احتمال جابجايی تجهيزات توسط مشترک وجود دارد و يا در شبكه‌هايی مثل شبكه‌هاي محلی (LAN) كه به صورت مداوم بازسازی ميشوند كاربرد دارد. در يک شبكه مخابراتی، هرچه به سمت مشترک نزديك شويم ساختار شبكه پيچيده‌تر مي‌شود. در شبكه‌های محلی تعداد بيشماری اتصال دائم و نيمه دائم وجود دارد. برای مسافت‌های طولانی اغلب لازم است سيگنال نوری تقويت شود. اين عمل توسط تقويت كننده‌ها كه تكرار كننده نيز ناميده ميشوند انجام مي‌گيرد. در يک تكراركننده معمولی سيگنال نوری به سيگنال الكتريكی تبديل شده، سيگنال الكتريكی تقويت و مجدداً به سيگنال نوری تبديل مي‌شود. در نوع جديدي از تكراركننده كه تقويت كننده اربيومی ناميده مي‌شود سيگنال نوری با عبور از يک فيبر اربيومي تقويت مي‌شود.
برای استفاده از اين نوع تقويت كننده لازم است توسط اتصال دهنده‌های مناسب كابل فيبرنوري به دو سر تكراركننده (تقويت كننده) كه در هر مركز تلفن در كابينت توزيع قرار داده مي‌شود متصل شوند. اين مقاله به شرح مفصل‌های فيبرنوری، اتصال كابل فيبرنوری به كمک اتصال دهنده‌ها و پاياندهی آنها در يك مركز تلفن، می‌پردازد. در قسمت اول اين مقاله مفصل‌های فيبرنوری و عوامل ايجاد افت توان در آنها مورد بحث قرار می‌گيرد.
مفصل ها و اتصال دهنده ها
همانند يک شبكه كابل مسی، يک شبكه كابل نوری نيز نيازمند استفاده از مفصل و اتصال دهنده است. در مفصل كابل مسی، انتهای كابل‌ها به هم لحيم شده و يا از طريق جوش سرد در هم فرو می‌روند تا اتصال با حداقل مقاومت ممكن شکل گيرد. در هر اتصال معمولا اتلاف بسيار ناچيز است. در كابل‌های با هادی فلزی، اتصال دهنده‌ها همان عمل مفصل را انجام می‌دهند. اين ابزار امكان اتصال و قطع مجدد را به آسانی و دفعات بيشمار فراهم می‌آورد. در يک شبكه فيبر نوری، مفصل کردن فيبر به مفهوم قرار دادن دو فيبر نوری از جنس شيشه و با قطر 125 ميكرون در كنار هم و با انحراف كمتر از چند هزارم ميلی‌متر است.
عمل تطبيق فيبرها را می‌توان توسط فرايند فيوژن (گدازش) انجام داد و يا با دقت زياد انتهای دو فيبر را كنار هم نگه داشت. از سال 1980، اتصال دهنده‌ها و روش‌های مفصل از سطح آزمايشگاهی تا استفاده عملی توسط بيشتر شركت‌های مهندسی شبكه توسعه پيدا كرده است. امروزه عمليات مفصل فيوژنی (جوششی) تقريبا به صورت كامل خودکار بوده و كابل‌های فيبرنوری داراي اتصال دهنده‌ها با استفاده از لوازم ثابت و مواد پيش ساخته پاياندهی ميشوند. نصب شبكه‌های نوری راه دور ابتدا در بيشتر كشورهای اروپايی، ژاپن، آمريكای شمالی و استراليا انجام شده و به ساير نقاط انتقال يافت. با جهت گيری فناوری فيبرنوری در نزديكی هرچه بيشتر به سمت مشترک، شبكه‌های مختلف به شكل مجمع الجزيره (مثال شبكه‌های محلی، شبكه‌های تلويزيونی و ديتا و غيره) توسط شركت‌های مختلف و با استفاده از مواد و ابزار مختلف ساخته می‌شوند.
در چنين سناريويی، بسيار مهم است كه ارتباط بين اين جزيره‌ها از نظر ابعاد فيبر، اتصال‌گرها و ساير تجهيزات به خوبی تعريف شده باشد. اين كار تعويض تجهيزات قديمی را در رابطه با پروژه‌های توسعه و تغيير محل مراكز موجود و يا كنار نهادن قسمت‌های مشخصی از شبكه – كه دلایل متعددی می‌تواند داشته باشد – تسهيل می‌كند.
الزامات مفصل ها و اتصال دهنده ها
امروزه ميليون‌ها مكالمه تلفنی می‌تواند همزمان از يك مفصل فيوژنی (گدازشی) و يا مكانيكی و يا از يك اتصال دهنده عبور كند. برای ايجاد اين امكان، الزامات سختگيرانهای براي مفصل‌ها در يک شبكه مخابراتی فيبر نوری در نظر گرفته شده است:
- سهولت نصب: اتصال كابل فيبرنوری به اتصال‌دهنده و يا پايان‌دهي فيبر بايد با انجام يک فرايند ساده امكان‌پذير باشد تا بتوان فقط با يک دوره آموزشي كوتاه مدت و با ابزار و تجهيزات ارزان قيمت آن را انجام داد.
- اتلاف كم: در يک شبكه نوری، افت فيبرنوری بسيار ناچيز بوده و در مورد مفصل و اتصال دهنده نيز همين قاعده بايستی رعايت شود. بيشتر مفصل‌های از نوع فيوژنی داراي افت كمتر از 08/0 دسيبل است و در مورد اتصال دهنده‌ها اين تضعيف كمتر از 5/0 دسی‌بل است.
- تكرارپذيری مناسب: با وجود دقت در حدود چند هزارم ميلی‌متر، بايد امكان باز و بستن مكرر اتصال‌دهنده‌ها بدون ايجاد افت توان اضافی در آن وجود داشته باشد.
- صرفه اقتصادی: هزينه انجام هر مفصل فيوژنی كمتر از يک دلار بوده ولي برای انجام آن نياز به دستگاه گرانقيمت است. هزينه مفصل مكانيكی و يا اتصال دهنده ده برابر بوده ولي قيمت تجهيزات مورد استفاده كمتر است. با توجه به عوامل فوق، روش استفاده از مفصل فيوژنی، به صورت عمده در شبكه‌های راه دور كه الزامات سختگيرانهای در مورد كيفيت مكانيكی مفصل و اتلاف کمتر دارد بكار گرفته می‌شود. مفصل‌های مكانيکی عموما در داخل ساختمان مثال در شبكه‌های LAN نصب می‌شود. عموما يک مفصل از نوع فيوژنی بهتر از يک مفصل از نوع مكانيكی است و همچنين اتصال دهنده‌های گران‌تر دارای اتلاف كمتری نسبت به اتصال دهنده‌های ارزان قيمت هستند. در اينجا نيز مثل هميشه موازنه‌ای بين قيمت و كيفيت حاكم است. مفصل فيوژنی به دليل ارزان بودن و كيفيت مطلوب، در آينده در بيشتر شبكه‌های نوری سمت مشترک استفاده خواهد شد.
افت توان در اتصال فيبر نوري
در اين مقاله فقط به افت ناشی از مفصل‌ها پرداخته می‌شود. اين افت‌ها به دو رده تقسيم ميشوند:
- افت‌های مربوط به فيبر
- افت‌های مربوط به نوع مواد بكار رفته در اتصال‌دهنده‌ها و مفصل‌ها
افت مربوط به فيبر
در توليد فيبر نوری، انحراف‌های مشخصی از مقادير اسمی، مجاز دانسته شده است، علت آن نيز کاملا روشن است، زيرا توليد دو فيبر کاملا يكسان امكان‌پذير نيست. رواداری‌ها عموما در حدود يک هزارم ميلی‌متر است، اما همين انحراف‌های كوچک نيز منجر به افت در يک مفصل (فيوژنی) فيبر نوری می‌شود. يک فيبر نوری در ايده‌آل‌ترين حالت توليد نيز به دليل تركيب پراكنش رايلی و نيز جذب فرو سرخ دارای تضعیف است. تضعيف فيبر در طول موج 1550 نانومتر از نظر تئوری dB/Km ۰.۱۶ و از نظر عملی حدود 0/2 dB/Km است.
در يک مفصل، افت مربوط به فيبر به علت عوامل زير است:
- تفاوت ميدان مد
- تفاوت در روزنه عددی (NA) دو فيبر
- تفاوت در قطرهای هسته (يا مغزی) دو فيبر
- قطرهای متفاوت غلاف دو فيبر
- خطا در دايروی بودن هسته/ يا غلاف
- خطا در هم مركزی هسته/ غلاف
تفاوت ميدان مد
اگر قطر هسته فيبر طرف فرستنده (كه نور از آن فرستاده می‌شود) با قطر هسته فيبر طرف گيرنده (كه نور به آن وارد می‌شود) متفاوت باشد، ميدان مد آنها يا پهن‌تر و يا باريک‌تر است. اين حالت باعث افت نور در هر دو جهت خواهد شد كه البته هنگام اندازه‌گيری توسط دستگاه OTDR گاهی مطابق شكل زير به صورت تقويت سيگنال مشاهده می‌شود.
تفاوت در روزنه های عددی (NA) فيبرها
افت توان زمانی اتفاق می‌افتد كه فيبر در طرف فرستنده دارای روزنه عددی (Aperture Numerical) بزرگتری نسبت به فيبر طرف گيرنده باشد. در اين حالت قسمتی از نور ارسالی وارد علاف فيبر نوری طرف NAt فيبر فرستنده بيشتر گيرنده شده و تلف می‌شود (شكل 3) وقتی NAr فيبر گيرنده باشد، افت نوری را می‌توان به صورت زير محاسبه از كرد:
قطرهای متفاوت هسته دو فيبر
وقتی قطر هسته ϕt فيبر فرستنده بزرگتر از قطر هسته ϕr فيبر گيرنده باشد، به دليل انتقال قسمتی از نور هسته فيبر فرستنده به داخل غلاف فيبر گيرنده با اتلاف نور مواجه خواهيم بود. اختلاف قطر هسته باعث تفاوت قطر ميدان مد دو فيبر می‌شود. (شكل های 2 و 4)
محاسبه افت مفصل بين دو فيبر با اندازه قطر هسته متفاوت به صورت زير خواهد بود:
تفاوت قطر غلاف دو فيبر
در فرايند توليد فيبر نوری، بر طبق استانداردهای اتحاديه بين المللی ITU(International Telecommunication Union) مخابرات رواداری قطر غلاف 2µm ±است. بنابراين ممكن است فيبری با قطر غلاف 123 ميكرون با فيبری با قطر غلاف 127 ميكرون مفصل شود. در مفصل فيوژنی، ويسكوزيته (گرانروی) مواد شيشه‌ای اين نويد را می‌دهد كه فيبرها تقريبا در يک جهت قرار گيرند، اما در يک مفصل مكانيكی يا اتصال نيمه دائم، اين اختلاف می‌تواند افت‌های قابل ملاحظه‌ای را به ويژه در فيبرهای تک – مد سبب شود (شكل 5) بيشترين افت، زمانی اتفاق می‌افتد که اختلاف قطرهای غلاف در بيشترين حد خود قرار گيرد. برای فيبرهای با قطر غلاف µm 2±125 بيشترين افت ممكن برابر dB 4/1 است. اگر رواداری قطر تا حد µm 1±125 كاهش يابد بيشترين افت مفصل به dB 7/0كاهش می‌يابد.
هنگامی كه كابل‌های با فيبرنوری سينگل مد به اتصال دهنده متصل می‌شوند، فيبرها و كانكتورها بايستی تنظيم (و آزمايش) شوند تا افت ناشی از اختلاف قطر غلاف به حداقل برسد.
خطا در دايروی بودن هسته / يا غلاف
غير دايروی بودن هسته و يا غلاف دارای همان اثری است كه تفاوت قطر آنها ايجاد می‌كند. اين اثر بخصوص در اتصالات نيمه دائم به علت اينكه اتصال دهنده‌ها مثال اتصال دهنده‌های فاقد شيار هدايت‌گر فيبر هستند آشكار می‌شود. غير دايروی بودن هسته و يا غلاف باعث می‌شود هر بار كه اتصال دهنده‌ها باز و بسته شوند مقادير افت توان تغيير كند. (شكل 6).
خطا در هم مركزي هسته / غلاف
هسته فيبر نوری بايستی در مركز آن واقع باشد. عدم هم مركزي هسته و غلاف سبب افت در مفصل‌ها خواهد بود.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
محصولات مرتبط
کابل فیبر نوری
کابل فیبر نوری 12 کور خاکی سیمین فر ، (12*1)، سینگل مود، OFC-Armored، شرکت تهران سیمین فر
کابل فیبر نوری
کابل فیبر نوری 24 کور خاکی رفسنجان ، (6*4)، سینگل مود ، OBUC
