Vše, co potřebujete vědět o kabelech z optických vláken

Co dělá optický kabel?
Optický kabel je komunikační médium, které využívá světelné vlny k přenosu informací v optických vláknech a je široce používáno v moderních komunikačních systémech. Má nejen značné technické výhody, ale také vykazuje velkou hodnotu v praktických aplikacích. Následující text rozvede úlohu optických kabelů z mnoha hledisek.

1. Vysokorychlostní přenos dat
Jednou z hlavních výhod optických kabelů je jejich extrémně vysoká přenosová rychlost. Ve srovnání s tradičními měděnými kabely používají kabely z optických vláken pro přenos dat optické signály místo elektrických signálů, takže mohou dosáhnout šířky pásma na úrovni GHz, což daleko překračuje omezení měděných kabelů. To znamená, že velké množství dat lze současně přenášet na optických kabelech, jako jsou aplikace s vysokou šířkou pásma, jako je HD video, streamování videa 4K/8K, virtuální realita (VR), rozšířená realita (AR) atd.

Přenosová rychlost optických kabelů se navíc blíží rychlosti světla (asi 3×10⁸ m/s), díky čemuž je přenos dat téměř neovlivněn zpožděním, což je velmi vhodné pro aplikační scénáře s extrémně vysokými požadavky v reálném čase, jako jsou online hry, telemedicína, finanční transakce atd.

2. Přenos na dlouhé vzdálenosti
Další pozoruhodná vlastnost kabely z optických vláken je jejich nízká ztrátová charakteristika. Protože ztráta šíření optických signálů v optických vláknech je velmi nízká, mohou být přenášeny na delší vzdálenosti bez častého zesilování signálu. Díky tomu jsou kabely s optickými vlákny velmi vhodné pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti, jako jsou páteřní síťová spojení napříč městy a napříč zeměmi.

Naproti tomu měděné kabely lze obvykle efektivně přenášet pouze v dosahu desítek kilometrů kvůli rychlému útlumu signálu, zatímco optická vlákna mohou snadno dosáhnout přenosové vzdálenosti stovek kilometrů nebo dokonce tisíc kilometrů, což výrazně zlepšuje efektivitu komunikace a pokrytí sítě.

3. Antielektromagnetické rušení
Důležitou vlastností optických kabelů je jejich schopnost odolávat elektromagnetickému rušení. Protože samotná optická vlákna jsou vyrobena ze skla a jsou nevodivá, nejsou ovlivněna elektromagnetickými poli jako měděné kabely. Díky tomu jsou kabely s optickými vlákny stabilnější a spolehlivější v prostředí se silným elektromagnetickým rušením (jako je blízkost vysokonapěťových energetických zařízení, průmyslová řídicí prostředí, nemocnice atd.).

Tato vlastnost je zvláště důležitá pro komunikační systémy, které vyžadují vysokou spolehlivost (jako je vojenská komunikace, přenos lékařských snímků, průmyslová automatizace atd.), zajišťující kontinuitu a přesnost přenosu dat.

4. Vysoká bezpečnost
Fyzikální vlastnosti optických kabelů jim také dávají přirozenou výhodu v informační bezpečnosti. Vzhledem k tomu, že optické vlákno je nevodivé a optické signály nejsou snadno odposlouchávány externími zařízeními, kabely s optickými vlákny je obtížnější nelegálně zachytit nebo monitorovat než kabely měděné. Díky tomu jsou optické kabely široce používány v citlivých oblastech, jako je vláda, finance a armáda, aby byla zajištěna bezpečnost přenosu dat.

Signály optických kabelů jsou navíc neviditelné, takže i když se někdo pokusí pozorovat vnitřek optického vlákna pouhým okem, nemůže získat obsah přenosu, což ještě zvyšuje jeho bezpečnost.

5. Široká škála aplikací
Rozsah použití kabely z optických vláken je velmi široká a pokrývá téměř všechny oblasti moderních komunikací a informačních technologií. Konkrétně včetně:

Síť telekomunikačního operátora: slouží k vybudování celostátní nebo regionální páteřní sítě pro poskytování vysokorychlostního přístupu k internetu.
Poskytovatel internetových služeb (ISP): Poskytujte služby FTTH (Fibre-to-the-home) pro domácnosti a firmy.
Kabelová televize (CATV): Používá se k přenosu video signálů s vysokým rozlišením.
datové centrum: Používá se k připojení serverů, přepínačů a úložných zařízení k dosažení vysokorychlostní výměny dat.
Lékařský průmysl: Používá se pro vzdálenou diagnostiku, chirurgické vedení a přenos lékařského obrazu.
Průmyslová automatizace: Používá se pro vysokorychlostní přenos dat a ovládání v továrně.
Vojenství a obrana: Používá se pro důvěrnou komunikaci a velitelské systémy.
Doprava a energetika: Používá se pro komunikaci v inteligentních sítích, monitorování dopravy a systémy energetického managementu.

6. Podpora více komunikačních technologií
S neustálým rozvojem komunikačních technologií se kabely z optických vláken staly důležitou infrastrukturou pro další generaci komunikačních technologií (jako je 5G, 6G, IoT, kvantová komunikace atd.). Například:

5G síť: Přestože 5G spoléhá hlavně na bezdrátovou komunikaci, její backhaul a fronthaul sítě mezi základnovými stanicemi stále využívají mnoho optických kabelů.

Internet věcí (IoT): Optický kabels poskytují záruku vysokorychlostní komunikace s nízkou latencí mezi masivními zařízeními.

Kvantová komunikace: Kabely z optických vláken jsou základem pro realizaci kvantové distribuce klíčů (QKD), která pokládá základy pro rozvoj budoucího kvantového internetu.

Flexibilita a škálovatelnost optických kabelů jim umožňuje přizpůsobit se neustálému vývoji budoucích komunikačních technologií.

7. Ochrana životního prostředí a úspora energie
Optický kabels mají také určité ekologické výhody během výroby a používání. Za prvé, suroviny pro kabely z optických vláken jsou hlavně křemenné sklo a plastové pláště a jejich výrobní proces má menší dopad na životní prostředí než měděné kabely. Za druhé, nízkoztrátové vlastnosti optických kabelů znamenají, že během přenosu je potřeba méně energie, čímž se snižuje spotřeba energie a emise uhlíku.

Delší životnost optických kabelů navíc snižuje frekvenci výměny, což také pomáhá šetřit zdroje a dlouhodobě chránit životní prostředí.

Jaké části obsahuje struktura optických kabelů? Jak tyto části ovlivňují jeho výkon?
Struktura kabely z optických vláken zahrnuje především tyto části: kabelové jádro, výztužné prvky a plášť. Každá z těchto částí má u optických kabelů různé funkce a mají důležitý vliv na výkon optických kabelů.

1. Jádro kabelu
Jádro kabelu je jádrovou částí kabelu z optických vláken a skládá se z jednoho nebo více optických vláken. Samotné optické vlákno se skládá z jádra, pláště a povlaku.

Vláknité jádro: Je to kanál pro přenos světelného signálu, obvykle vyrobený ze skla nebo plastu s vysokým indexem lomu. Jeho průměr určuje typ optického vlákna (single mode nebo multimode). Průměr jádra jednovidového optického vlákna je malý (asi 8,3 až 10 mikronů) a je vhodný pro přenos na dlouhé vzdálenosti; jádro vícevidového optického vlákna je větší (asi 50 až 62,5 mikronů) a je vhodné pro aplikace na krátkou vzdálenost s velkou šířkou pásma.

Opláštění: Materiál s nízkým indexem lomu obklopující jádro, používaný k omezení optického signálu v jádře prostřednictvím principu úplného vnitřního odrazu, zajišťujícího účinný přenos optického signálu.

Nátěr: Poskytuje mechanickou ochranu, aby se zabránilo ovlivnění jádra a pláště vnějším namáháním nebo opotřebením.

Konstrukční řešení jádra kabelu přímo ovlivňuje přenosový výkon optického vlákna. Například uspořádání optických vláken v jádru kabelu (jako je zkroucení vrstvy, kostra, svazek trubice nebo páska) ovlivní výkon v ohybu a odolnost optického vlákna v bočním tlaku.

2. Výztužné prvky
Výztužné prvky se používají ke zvýšení mechanické pevnosti kabelů z optických vláken tak, aby odolávaly vnějším silám, jako je tah a boční tlak během instalace a pokládky. Mezi běžné výztužné materiály patří ocelový drát, aramidová příze (Kevlar) a plast vyztužený skelnými vlákny (FRP).

Středový výztužný prvek: Obvykle se nachází ve středu jádra kabelu, aby vydržel tah.

Prvek obvodové výztuže: Nachází se v blízkosti pláště pro zvýšení odolnosti proti stlačení a ohybu.

Výběr a uspořádání výztužných prvků přímo ovlivňují mechanické vlastnosti optických kabelů. Například v prostředí se silným elektromagnetickým rušením mohou nekovové výztužné prvky (jako je aramidová příze) zabránit elektromagnetickému rušení a zlepšit stabilitu přenosu signálu.

3. Pochva
Plášť je vnější vrstva optického kabelu, která se používá k ochraně vnitřní struktury před vnějším prostředím. Pochva se obvykle skládá z vnitřního pouzdra a vnějšího pouzdra.

Vnitřní plášť: Obvykle se vyrábí z polyethylenu (PE) nebo polyvinylchloridu (PVC), používá se k zabránění vlhkosti a předběžné mechanické ochraně.

Vnější plášť: Podle prostředí pokládky lze zvolit různé materiály. Například vnější plášť LAP vyrobený z hliníkové pásky a polyetylenu je vhodný pro přímé uložení do hrobu, zatímco pancéř z ocelového drátu se používá ve scénách, které vyžadují vyšší tlakovou odolnost.

Materiál a konstrukční provedení pláště má důležitý vliv na odolnost proti korozi, teplotní odolnost, zpomalení hoření a UV odolnost kabelu s optickými vlákny. Například některé materiály pláště mají dobré vlastnosti zpomalující hoření a jsou vhodné pro místa s vysokými požadavky na požární ochranu.

Vliv každé části na výkon optický kabel
Výkon převodovky: Struktura a materiál jádra kabelu přímo ovlivňují účinnost přenosu optického signálu. Například jednovidové vlákno má menší jádro a je vhodné pro přenos na dlouhé vzdálenosti, zatímco vícevidové vlákno má větší jádro a je vhodné pro aplikace s vysokou šířkou pásma na krátké vzdálenosti.

Mechanické vlastnosti: Konstrukce výztužných prvků a pláště určuje mechanické vlastnosti kabelu z optických vláken, jako je pevnost v tahu, odolnost v tlaku a odolnost v ohybu. Například výběr výztužných prvků ovlivní použitelnost kabelu z optických vláken při pokládce nad hlavou, přímého zakopání nebo pokládání potrubí.

Přizpůsobivost prostředí: Materiál a struktura pláště určují odolnost optického kabelu v různých prostředích. Některé materiály pláště mají například dobrou odolnost proti korozi a UV záření, které jsou vhodné pro venkovní nebo drsná prostředí.

Pohodlí instalace: Konstrukční návrh jádra kabelu (jako je typ s kroucenou vrstvou, typ kostry) a uspořádání výztužných prvků ovlivní obtížnost instalace a flexibilitu kabelu z optických vláken. Například vrstvená kroucená struktura se snadno ohýbá a drátuje, zatímco kostrová struktura je vhodnější pro elektroinstalaci s vysokou hustotou.

Konstrukční provedení optického kabelu je klíčem k jeho výkonu. Jádro kabelu, výztužné prvky a plášť mají každý různé funkce a společně určují přenosový výkon, mechanické vlastnosti a přizpůsobivost optického kabelu prostředí. Správným výběrem a navržením těchto částí je možné zajistit, že kabely s optickými vlákny mohou dosáhnout efektivního a stabilního přenosu dat v různých aplikačních scénářích.

Jak si vybrat a optický kabel pro konkrétní prostředí? Jaký typ by měl být například použit pro nadzemní, podzemní nebo vnitřní instalaci?
Výběr optického kabelu pro konkrétní prostředí je třeba určit na základě instalačního prostředí, scénáře aplikace a konkrétních potřeb. Níže jsou uvedena doporučení pro výběr kabelů z optických vláken pro různá prostředí instalace (například nadzemní, podzemní nebo vnitřní):

1. Stropní instalace
Stropní instalace se obvykle používá venku, zejména ve scénářích, kde je třeba využít stávající sloupy nebo věže. Tento způsob instalace je vhodný pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti mezi venkovskými oblastmi a městy a scénáře, které vyžadují vysokou instalační polohu.

Doporučený typ: samonosný optický kabel (jako ADSS, OPGW).

Vlastnosti:
ADSS (All-Dielectric Self-Supporting Cable): Nekovový samonosný optický kabel, vhodný pro instalaci nad hlavou, s dobrou odolností proti větru, ledu a UV záření.

OPGW (Optical Fiber Composite Ground Wire): Optický kompozitní horní zemnící kabel, obvykle používaný pro elektrická vedení, s funkcí přenosu energie i komunikace.

Při výběru optického kabelu pro konkrétní prostředí je nutné provést přiměřenou konfiguraci na základě skutečného scénáře aplikace a potřeb. Pro montáž nad hlavou se doporučují samonosné optické kabely (např. ADSS nebo OPGW). Výhodou je, že mohou plně využívat stávající elektrické vedení nebo zdroje komunikačních věží bez nutnosti dalších podpůrných konstrukcí, čímž šetří stavební náklady a čas.

Takové optické kabely mají dobrou odolnost proti větru, ledu a UV záření a jsou vhodné pro potřeby komunikace na velké vzdálenosti s velkou šířkou pásma, zejména pro rychlé nasazení ve venkovských oblastech nebo mezi městy.

2. Podzemní instalace
Podzemní instalace je vhodná pro scénáře, kde je vyžadována skrytá kabeláž, jako jsou centra měst, mezi budovami nebo prostředí, kde je třeba se vyhnout vnějšímu rušení. Metody podzemní instalace zahrnují pokládku potrubí, přímé zakopání a výstavbu mikropříkopů.

Doporučené typy:
Pokládka potrubí: Použijte optické kabely typu GYTS nebo GYTA, vhodné pro pokládku potrubí.
Přímé uložení do země: Použijte optické kabely typu GYTA53, vhodné pro přímé zakopání do půdy.
Mikrovýkopová pokládka: Vhodné pro mělkou podzemní instalaci pro snížení dopadu na zemní konstrukci.

Vlastnosti:
Pancéřované optické kabely: Jako GYTS, GYTA atd. mají kovovou pancéřovou vrstvu, která poskytuje dodatečnou mechanickou ochranu.
Vodotěsný výkon: podzemní optické kabely mají obvykle vodotěsný design, aby se zabránilo pronikání vlhkosti.

V podzemních instalacích mají pancéřované optické kabely (jako GYTS, GYTA atd.) lepší schopnosti fyzické ochrany a mohou účinně odolávat tlaku půdy, erozi vlhkosti a vnějšímu fyzickému poškození. Jsou vhodné pro scénáře, které vyžadují vysokou spolehlivost a dlouhodobou stabilitu pro zajištění kontinuity a bezpečnosti komunikačních služeb.

3. Vnitřní instalace
Vnitřní instalace je vhodná pro elektroinstalaci uvnitř budov, jako jsou datová centra, kanceláře, domácnosti atd. Vnitřní optické kabely obvykle nemusí odolávat extrémním podmínkám prostředí, ale musí splňovat bezpečnostní požadavky, jako je požární prevence a zpomalení hoření.

Doporučené typy:
Nepancéřové měkké optické kabely: jako GJYXFCH, GJXFH atd., vhodné pro vnitřní vertikální a horizontální rozvody.
Spirálové pancéřované měkké optické kabely: jako je GJYXFA-50, vhodné pro vnitřní prostředí, která jsou proti ohryzu krysami.

Vlastnosti:
Dobrá flexibilita: snadné připojení v úzkých prostorách.
Konstrukce zpomalující hoření: splňuje normy vnitřní bezpečnosti, aby se zabránilo šíření požáru.

Při vnitřní instalaci se nepancéřové nebo lehké měkké optické kabely (jako GJYXFCH, GJXFH atd.) snadno instalují a jsou vhodné pro rychlé nasazení. Jsou vhodné pro potřeby kabeláže na krátké vzdálenosti s vysokou hustotou, zejména pro kancelářská prostředí, datová centra a další scénáře, které vyžadují vysokou efektivitu a flexibilitu kabeláže.

4. Vyberte typ optického vlákna
Při výběru kabely z optických vláken , musíte také zvážit typ optického vlákna (jednorežimové nebo vícevidové):

Jednovidové vlákno (SMF): Vhodné pro dálkovou komunikaci s velkou šířkou pásma, jako je FTTH, propojení datových center atd.

Multimode vlákno (MMF): Vhodné pro požadavky na krátkou vzdálenost, střední šířku pásma, jako jsou místní sítě, vnitřní rozvody budov atd.

5. Další úvahy
Environmentální faktory: včetně teploty, vlhkosti, ultrafialového záření, chemické koroze atd. a je třeba zvolit optické kabely s odpovídající úrovní ochrany.

Způsob instalace: Různé způsoby instalace (např. nadzemní, potrubí, přímé zakopání) ovlivní výběr optických kabelů a je třeba vybrat vhodnou strukturu podle skutečných podmínek.

Cena a údržba: Stropní instalace má nižší náklady, ale údržba je poměrně složitá; podzemní instalace má vyšší náklady, ale údržba je pohodlnější.

Na co si dát pozor při instalaci optických kabelů?
Instalace optických kabelů vyžaduje pozornost z mnoha aspektů, aby byla zajištěna jejich výkonnost a bezpečnost. Níže jsou uvedena podrobná opatření:

Vyhněte se nadměrnému natahování a ohýbání: Jádro optického kabelu je vyrobeno ze skla a je poměrně křehké, takže během procesu instalace se vyhněte přímému tažení samotného vlákna a tahejte pouze části pevně (jako jsou aramidové příze nebo tyče ze skleněných vláken). Zároveň se vyvarujte překročení minimálního poloměru ohybu kabelu, aby nedošlo k porušení vlákna.

Správně zacházejte s koncem vlákna: Před instalací by měl být konec vlákna zpracován vhodnými nástroji a technikami, aby byla zajištěna jeho hladkost a rovinnost, aby se zabránilo ztrátě signálu způsobené nerovnými konci.

Používejte vhodná maziva: Při instalaci optických kabelů do trubek by se měla používat maziva kompatibilní s materiálem ochranného pláště optického kabelu, aby se snížilo tahové zatížení a zabránilo se poškození optického vlákna v důsledku tření.

Vyhněte se kroucení a křížení: Během instalace by se mělo zabránit kroucení a křížení optického kabelu, zejména při odvíjení z cívky, a zkroucení optického vlákna v důsledku otáčení.

Rezervní marže: Po položení optického kabelu by měl být ponechán vhodný okraj, aby nedošlo k přílišnému utažení optického kabelu a aby byl zajištěn dostatečný provozní prostor při požadavku na spojování.

Podmínky prostředí: Instalační prostředí by mělo splňovat pracovní požadavky zařízení s optickým vláknem a vyhýbat se extrémní teplotě nebo vlhkosti, aby nedošlo k ovlivnění výkonu a životnosti optického vlákna.

Bezpečnostní opatření: Při instalaci optických kabelů na velké ploše se doporučuje nosit brýle s funkcí infračerveného filtrování, aby přímé pozorování laseru v optickém vláknu nezpůsobilo poškození zraku.

Testování a akceptace: Po dokončení instalace by měly být provedeny testy délky optického kabelu, ztráty, připojení uzlů a další testy pomocí zařízení, jako jsou testery optických kabelů a OTDR, a výsledky by měly být zaznamenány a porovnány s konstrukčními požadavky.

Označení a identifikace: Optické kabely a jejich spoje by měly mít identifikační značky a uvádět číslo, model a specifikace optického kabelu atd., aby se usnadnila údržba a správa.

Profesionální provoz: Instalace kabely z optických vláken by měly být prováděny zkušenými techniky, aby byl zajištěn správný provoz a optimální výkon.

Dodržováním těchto opatření můžete zajistit efektivní a hladký provoz optických kabelů, snížit náklady na údržbu a prodloužit jejich životnost.

Jaká je životnost a požadavky na údržbu optických kabelů?
Životnost a požadavky na údržbu optických kabelů jsou klíčovými faktory pro zajištění jejich dlouhodobého stabilního provozu. Životnost kabelů z optických vláken je obecně mezi 20 a 30 lety, nebo i déle, v závislosti na kvalitě výroby, prostředí instalace a postupech údržby. Aby se prodloužila životnost optických kabelů, je třeba dodržovat následující požadavky na údržbu a bezpečnostní opatření:

Vyhněte se nadměrnému natahování a ohýbání: Jádro optického kabelu je vyrobeno ze skla a je poměrně křehké, takže během procesu instalace se vyhněte přímému tažení samotného vlákna a tahejte pouze části pevně (jako je aramidová příze nebo tyče ze skleněných vláken). Zároveň se vyvarujte překročení minimálního poloměru ohybu kabelu, aby nedošlo k porušení vlákna.

Správně manipulujte s koncem vlákna: Před instalací by měl být konec vlákna zpracován vhodnými nástroji a technikami, aby byla zajištěna jeho hladkost a rovinnost, aby se zabránilo ztrátě signálu způsobené nerovnými konci.

Používejte vhodná maziva: Při instalaci optických kabelů do trubek by se měla používat maziva kompatibilní s materiálem ochranného pláště optického kabelu, aby se snížilo tahové zatížení a zabránilo se poškození optického vlákna v důsledku tření.

Vyhněte se kroucení a křížení: Během instalace by se mělo zabránit kroucení a křížení optického kabelu, zejména při odvíjení z cívky, a je třeba se vyvarovat otáčení, které by způsobilo zkroucení optického vlákna.

Rezervní marže: Po položení optického kabelu by měl být ponechán vhodný okraj, aby nedošlo k přílišnému utažení optického kabelu a aby byl zajištěn dostatečný provozní prostor při požadavku na spojování.

Podmínky prostředí: Instalační prostředí by mělo splňovat pracovní požadavky zařízení s optickým vláknem a vyhýbat se extrémní teplotě nebo vlhkosti, aby nedošlo k ovlivnění výkonu a životnosti optického vlákna.

Bezpečnostní opatření: Při instalaci optických kabelů na velké ploše se doporučuje nosit brýle s funkcí infračerveného filtrování, aby přímé pozorování laseru v optickém vláknu nezpůsobilo poškození zraku.

Testování a akceptace: Po dokončení instalace by měly být provedeny testy délky optického kabelu, ztráty, připojení uzlů a další testy pomocí zařízení, jako jsou testery optických kabelů a OTDR, a výsledky by měly být zaznamenány a porovnány s konstrukčními požadavky.

Označení a identifikace: Optické kabely a jejich spojky by měly mít identifikační značky a čísla, modely optických kabelů a specifikace by měly být uvedeny pro snadnou údržbu a správu.

Obsluha profesionály: Instalace optical fiber cables should be carried out by experienced technicians to ensure correct operation and optimal performance.

Dodržováním těchto požadavků na údržbu je efektivní a hladký provoz kabely z optických vláken lze zajistit, snížit náklady na údržbu a prodloužit životnost.