第一章通信傳輸線路基礎(chǔ).ppt

第一章通信傳輸線路基礎(chǔ) 1 1 1通信電纜的分類及用途1 1 2全色譜全塑雙絞通信電纜的結(jié)構(gòu)與類型1 1 3同軸電纜及數(shù)據(jù)通信中的對絞電纜 1 1通信電纜的結(jié)構(gòu) 類型及特性 1 1通信電纜的結(jié)構(gòu) 類型及特性 1 1 1通信電纜的分類及用途 1 根據(jù)敷設(shè)和運(yùn)行條件可分為 架空電纜 直埋電纜 管道電纜及水底電纜等 2 根據(jù)傳輸頻譜可分為 低頻電纜 10KHz以下 和高頻電纜 12KHz以上 等 3 根據(jù)電纜芯線結(jié)構(gòu)可分為 對稱電纜和不對稱電纜兩大類 對稱電纜指構(gòu)成通信回路的兩根導(dǎo)線的對地分布參數(shù) 主要指對地分布電容 相同的電纜 如對絞電纜 不對稱電纜是指構(gòu)成通信回路的兩根導(dǎo)線的對地分布參數(shù)不同 如同軸電纜 4 根據(jù)電纜的絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)分為 實(shí)心聚乙烯電纜 泡沫聚乙烯電纜 泡沫 實(shí)心皮聚乙烯絕緣電纜以及聚乙烯墊片絕緣電纜等 5 根據(jù)電纜護(hù)層的種類可以分為 塑套電纜 鋼絲鋼帶鎧裝電纜 組合護(hù)套電纜等 1 1 2全色譜全塑雙絞通信電纜的結(jié)構(gòu)與類型 全色譜全塑雙絞通信電纜是現(xiàn)在本地網(wǎng)中廣泛使用的電纜 所謂 全塑 電纜是指 凡是電纜的芯線絕緣層 纜芯包帶層和護(hù)套均采用高分子聚合物 塑料制成的電纜 全塑市話電纜屬于寬頻帶對稱電纜 現(xiàn)已廣泛用來傳送電話 電報(bào)和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)電信號 由于全塑電纜具有電氣特性優(yōu)良 傳輸質(zhì)量好 重量輕 運(yùn)輸和施工方便 抗腐蝕 故障少 維護(hù)方便 造價(jià)低 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 效率高及使用壽命長等特點(diǎn) 使它得到了很快的發(fā)展和推廣 與之相配套的線路技術(shù) 如電纜的布放 接續(xù) 各種成端技術(shù) 新的線路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配線制式 傳輸技術(shù)和維護(hù)測試技術(shù)等也得到了飛速的發(fā)展 由純電解銅制成 一般為軟銅線 標(biāo)稱線徑有 0 32mm 0 4mm 0 5mm 0 6mm和0 8mm等5種 1 芯線材料及線徑 1 絕緣材料 高密度聚乙烯 聚丙烯或乙烯一丙烯共聚物等高分子聚合物塑料 稱為聚烯烴塑料 2 絕緣形式 全塑電纜的芯線絕緣形式分為實(shí)心絕緣 泡沫絕緣 泡沫 實(shí)心皮絕緣 2 芯線的絕緣 全色譜全塑雙絞通信電纜的結(jié)構(gòu) a 實(shí)心絕緣 b 泡沫絕緣 c 泡沫 實(shí)心皮絕緣1 金屬導(dǎo)線2 實(shí)心聚烯烴絕緣層3 泡沫聚烯烴絕緣層4 泡沫 實(shí)心皮聚烯烴絕緣層 圖1 1全塑電纜芯線絕緣形式 表1 1全色譜線對編號與色譜 絕緣好了以后的芯線大都采用對絞形式進(jìn)行扭絞 即由a b兩線構(gòu)成一個(gè)線組 線組內(nèi)絕緣芯線的顏色分為普通色譜和全色譜兩種 1 普通色譜 標(biāo)志線對為藍(lán) 白 普通線對為紅 白 這種電纜現(xiàn)在已使用不多 這里不作介紹 2 全色譜 由十種顏色兩兩組合成25個(gè)組合 a線 白 紅 黑 黃 紫 b線 藍(lán) 桔 綠 棕 灰 3 芯線的扭絞 1 同心式纜芯 其結(jié)構(gòu)方式是由線對構(gòu)成的一系列同心圓 當(dāng)層數(shù)較多時(shí)這種成纜方式多有不便 故只用于部分小對數(shù) 50對以下 的全塑電纜中 2 單位式纜芯 這是全塑電纜形成纜芯的主要方式 它主要由基本單位和超單位絞合而成 根據(jù)纜芯中芯線線對和單位扎帶顏色的不同 單位式纜芯也有普通色譜和全色譜之分 我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是全色譜單位式纜芯 4 全塑電纜的纜芯 1 屏蔽層屏蔽層的主要作用是防止外界電磁場的干擾 全塑電纜的金屬屏蔽層介于塑料護(hù)套與纜芯包帶之間 其結(jié)構(gòu)有縱包和繞包兩種a 裸鋁帶 b 雙面涂塑鋁帶 c 銅帶 少用 d 鋼包不銹鋼帶 e 高強(qiáng)度硬性鋼帶 f 裸鋁 裸鋼雙層金屬帶 g 雙面涂塑鋁 裸鋼雙層金屬帶 5 纜芯包帶層 6 屏蔽護(hù)套和外護(hù)套 2 護(hù)套全塑電纜的護(hù)套包在屏蔽層外面 材料是高分子聚合物塑料 全塑電纜的護(hù)套主要有 單 雙層護(hù)套 綜合護(hù)套 粘接護(hù)套 層 和特殊護(hù)套 層 等 a 單層護(hù)套b 雙層護(hù)套c 綜合護(hù)套d 粘接護(hù)套e 特殊護(hù)層 圖1 2雙層塑料護(hù)套結(jié)構(gòu) 圖1 3鋁 塑粘接護(hù)套 層 結(jié)構(gòu) 3 外護(hù)層全塑電纜的外護(hù)層由內(nèi)襯層 鎧裝層和外被層三層構(gòu)成 a 內(nèi)襯層b 鎧裝層c 外被層 圖1 4電纜外護(hù)層 全塑電纜分為普通型和特殊型兩大類 而特殊型又包括填充型 自承式和室內(nèi)電纜等 1 全塑電纜的類型 全色譜全塑雙絞通信電纜的類型 端別和選用原則 a 同心式 b 葫蘆形 行標(biāo)形 圖1 5自承式電纜結(jié)構(gòu) 2 全塑市話電纜的規(guī)格 表1 2電纜規(guī)格 3 全塑電纜的端別 同心式全塑電纜一般不分端別 100對以下的單位式全塑電纜也不分端別 100對以上單位式全塑電纜施工布放時(shí)要按規(guī)定區(qū)分A B端并按要求布放 4 全塑電纜的選用 表1 3各種類型全塑電纜的使用場合 1 1 3同軸電纜及數(shù)據(jù)通信中的對絞電纜 1 1 3 1同軸電纜典型的同軸電纜中心有一根單芯銅導(dǎo)線 銅導(dǎo)線外面是絕緣層 絕緣層的外面有一層導(dǎo)電金屬層 金屬層可以是密集型的 也可以是網(wǎng)狀形的 金屬層用來屏蔽電磁干擾和防止輻射 電纜的最外層又包了一層絕緣材料 圖1 6同軸電纜的結(jié)構(gòu) 1 1 3 2數(shù)據(jù)通信中的對絞電纜常用的雙絞電纜是由4對雙絞線按一定密度反時(shí)鐘互相扭絞在一起 其外部包裹金屬層或塑橡外皮而組成 銅導(dǎo)線的直徑為0 4mm 1mm 其扭絞方向?yàn)榉磿r(shí)鐘 絞距為3 81cm 14cm 相鄰雙絞線的扭絞長度差約為1 27cm 雙絞線的纏繞密度和扭絞方向以及絕緣材料 直接影響它的特性阻抗 衰減和近端串?dāng)_ 1 雙絞電纜的分類雙絞電纜按其外部包纏的是金屬層還是塑橡外皮 可分為屏蔽雙絞電纜和非屏蔽雙絞電纜 它們即可以傳輸模擬信號 也可以傳輸數(shù)字信號 如圖1 7所示 1 非屏蔽雙絞 UTP 電纜非屏蔽雙絞電纜是由多對雙絞線外包纏一層塑橡護(hù)套構(gòu)成 2 屏蔽雙絞電纜屏蔽雙絞電纜與非屏蔽雙絞電纜一樣 芯線為銅雙絞線 護(hù)套層是塑橡皮 只不過在護(hù)套層內(nèi)增加了金屬層 按增加的金屬屏蔽層數(shù)量和金屬屏蔽層繞包方式 又可分為金屬箔雙絞電纜 FTP 屏蔽金屬箔雙絞電纜 SFTP 和屏蔽雙絞電纜 STP 三種 2 常用雙絞電纜常用雙絞電纜分100歐和150歐兩類 100歐電纜又分為3類 4類 5類及6類 E級幾種 150歐雙絞電纜 目前只有5類一種 1 2 1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1 2 2光纖的結(jié)構(gòu)和分類1 2 3光纖的光學(xué)特性1 2 4光纖的傳輸特性 1 2光纖的結(jié)構(gòu) 類型及特性 1 2 1光纖通信的優(yōu)點(diǎn) 光纖 光導(dǎo)纖維的簡稱 光纖通信 是以激光為信號載體 以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信方式 傳輸頻帶寬 通信容量大 傳輸損耗低 傳輸距離長 不受電磁干擾 安全保密 線徑細(xì) 重量輕 資源豐富 SiO2石英 不怕潮濕 耐腐蝕 1 2 2光纖的結(jié)構(gòu)和分類 1 光纖的結(jié)構(gòu) 普通光纖的典型結(jié)構(gòu)是多層同軸圓柱體 自內(nèi)向外為纖芯 包層和涂覆層 纖芯折射率n1 包層折射率n2 如圖1 8所示 圖1 8光纖的機(jī)構(gòu)示意圖 2 光纖的分類 按光在光纖中的傳輸模式可分為 單模光纖和多模光纖多模光纖 一般適用于低 中速和短 中距離傳輸 單模光纖 一般用于高速 大容量 長距離傳輸 按最佳傳輸頻率窗口分 常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖按折射率分布情況分 突變型和漸變型光纖 1 2 3光纖的光學(xué)特性 光纖的導(dǎo)光理論比較復(fù)雜 涉及電磁場理論 波動(dòng)光學(xué)理論 甚至量子場論方面的知識 僅從基本的幾何光學(xué)的角度來看 光纖通信是應(yīng)用了光的全反射原理 光的全反射 光線在同一種均勻介質(zhì)中是直線傳播的 當(dāng)?shù)竭_(dá)兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí) 會(huì)發(fā)生反射與折射現(xiàn)象 如圖1 9所示 圖1 9光纖的反射與折射現(xiàn)象 1 2 3光纖的光學(xué)特性 根據(jù)光的反射原理 入射角 反射角 根據(jù)折射定律 當(dāng) 纖芯光密媒質(zhì)折射率 包層光疏媒質(zhì)折射率 當(dāng) 90 即 1時(shí) 存在臨界角 當(dāng) 時(shí) 將僅保留反射光線 即出現(xiàn)全反射現(xiàn)象 如圖1 10所示 圖1 10光的全反射現(xiàn)象 1 光在階躍型光纖中的傳播 圖1 12光纖傳輸中的 漏光 現(xiàn)象 圖1 11光在階躍型光纖中的傳播示意圖 2 光梯度型光纖中的傳播 圖1 13光線在梯度折射率光纖中的折射 3 光在單模光纖中的傳播 圖1 14光在單模光纖中的傳播軌跡 光在單模光纖中的傳播軌跡 簡單地講是以平行于光纖軸線的形式以直線方式傳播 如圖1 14所示 1 2 4光纖的傳輸特性 主要傳輸特性參數(shù)指標(biāo) 損耗和色散 光纖通信中光源發(fā)光器件為LD 半導(dǎo)體激光器 為近紅外區(qū)激光信號 G 652A B標(biāo)準(zhǔn)光纖傳輸特性曲線如圖1 15所示 C D為無 水峰 光纖 由圖1 15標(biāo)準(zhǔn)光纖傳輸特性曲線我們可以看到 標(biāo)準(zhǔn)光纖在部分波長區(qū)域具較小的損耗和色散 這就定義了通常我們所說的光纖通信的3個(gè)工作窗口 即850nm 1310nm 1550nm窗口 在1310nm位置色散最小 損耗并不小 約為0 34dB Km 1550nm位置損耗最小 0 25dB Km 故1310窗口又俗稱零色散窗口 1550窗口又俗稱零損耗窗口 目前我們光纜網(wǎng)絡(luò)中通常用的就是該類G 652標(biāo)準(zhǔn)光纖 圖1 15G 652A B標(biāo)準(zhǔn)光纖傳輸特性曲線 1 損耗 光信號經(jīng)光纖進(jìn)行傳輸后 光信號的強(qiáng)度變?nèi)?或者說光脈沖的脈幅發(fā)生降低畸變 從而影響光纖傳輸?shù)木嚯x 1 色散 當(dāng)一個(gè)光脈沖從光纖輸入 經(jīng)過一段長度的光纖傳輸之后 其輸出端的光脈沖會(huì)變寬 甚至有了明顯的失真 可以理解為光信號的不同模式或頻率分量在經(jīng)光纖傳輸過程中產(chǎn)生了時(shí)延 接收端光脈沖信號出現(xiàn)了展寬 從而影響光纖傳輸?shù)木嚯x和帶寬 容量 需要指出的是 在大容量 高速率 長距離的長途光纜傳輸中 特別是集成光學(xué) 光纖放大器以及超高帶寬的G655光纖的廣泛應(yīng)用 光纖的非線性效應(yīng)和偏振模色散 PMD 影響將越來越成為制約長距離傳輸?shù)闹匾蛩?1 3 1光纜的種類1 3 2光纜特性1 3 3光纜的端別1 3 4光纖的纖序色譜1 3 5光纜型號和應(yīng)用1 3 6光纜傳輸器實(shí)物的了解 1 3光纜的結(jié)構(gòu) 類型及特性 光纜一般由纜芯 護(hù)層 加強(qiáng)構(gòu)件等部分組成 如圖1 16所示 圖1 16光纜的基本結(jié)構(gòu) 1 3 1光纜的種類 光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成 有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝 1 纜芯 纜芯通常包括被覆光纖 或稱芯線 和加強(qiáng)件兩部分 被覆光纖是光纜的核心 決定著光纜的傳輸特性 加強(qiáng)件起著承受光纜拉力的作用 通常處在纜芯中心 有時(shí)配置在護(hù)套中 加強(qiáng)件通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維 Kevlar 做成 光纜類型多種多樣 根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 光纜可分為以下四種基本型式 1 層絞式 把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成 這種結(jié)構(gòu)的纜芯制造設(shè)備簡單 工藝相當(dāng)成熟 得到廣泛應(yīng)用 采用松套光纖的纜芯可以增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度 改善溫度特性 層絞式光纜如圖1 17所示 圖1 17層絞式光纜示意圖 圖1 17層絞式光纜示意圖 2 骨架式 把緊套光纜或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成 這種結(jié)構(gòu)的纜芯抗側(cè)壓力性能好 有利于對光纖的保護(hù) 骨架式光纜如圖1 18所示 圖1 17層絞式光纜示意圖 圖1 18骨架式光纜示意圖 3 中心束管式 把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中 加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成 這種結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件同時(shí)起著護(hù)套的部分作用 有利于減輕光纜的重量 中心束管式光纜如圖1 19所示 圖1 19中心束管式光纜示意圖 4 帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi) 形成中心束管式結(jié)構(gòu) 也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi) 形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu) 帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜 這種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng) 帶狀式光纜如圖1 20所示 圖1 20帶狀式光纜示意圖 2 護(hù)套 護(hù)套起著對纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用 要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力 護(hù)套通常由聚乙烯或聚氯乙烯 PE或PVC 和鋁帶或鋼帶構(gòu)成 不同使用環(huán)境和敷設(shè)方式對護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)有不同的要求 1 3 2光纜特性 光纜的傳輸特性取決于被覆光纖 對光纜機(jī)械特性和環(huán)境特性的要求由使用條件確定 光纜生產(chǎn)出來后 對這些特性的主要項(xiàng)目 例如拉力 壓力 扭轉(zhuǎn) 彎曲 沖擊 振動(dòng)和溫度等 要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定做例行試驗(yàn) 成品光纜一般要求給出下述特性 這些特性的參數(shù)都可以用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行分析計(jì)算 這里我們只作簡要的定性說明 1 拉力特性 光纜能承受的最大拉力取決于加強(qiáng)件的材料和橫截面積 一般要求大于1km光纜的重量 多數(shù)光纜在100 400kg范圍 2 壓力特性 光纜能承受的最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu) 多數(shù)光纜能承受的最大側(cè)壓力在100 400kg 10cm 3 彎曲特性 彎曲特性主要取決于纖芯與包層的相對折射率差 以及光纜的材料和結(jié)構(gòu) 實(shí)用光纖最小彎曲半徑一般為20 50mm 光纜最小彎曲半徑一般為200 500mm 等于或大于光纖最小彎曲半徑 在以上條件下 光輻射引起的光纖附加損耗可以忽略 若小于最小彎曲半徑 附加損耗則急劇增加 4 溫度特性 光纖本身具有良好的溫度特性 光纜溫度特性主要取決于光纜材料的選擇及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 采用松套管二次被覆光纖的光纜溫度特性較好 溫度變化時(shí) 光纖損耗增加 主要是由于光纜材料 塑料 的熱膨脹系數(shù)比光纖材料 石英 大2 3個(gè)數(shù)量級 在冷縮或熱脹過程中 光纖受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生的 在我國 對光纜使用溫度的要求 一般在低溫地區(qū)為 40 40 在高溫地區(qū)為 5 60 1 3 3光纜的端別 端別 就是端頭 一根光纜 有兩個(gè)頭 一個(gè)是里頭 端 一個(gè)是外頭 端 也叫A端 B端 光纜的品種 型號和結(jié)構(gòu)種類較多 各廠家產(chǎn)品并不完全統(tǒng)一 一般來說 各生產(chǎn)廠家與運(yùn)營商的要求是 里頭是A端 一般用紅色表示 外端是B端 一般用藍(lán)色表示 1 3 4光纖的纖序色譜 表1 9光纜內(nèi)松套管色譜識別表 注 1 纜芯內(nèi)含有填充繩和套管時(shí) 套管色譜將從1號起依次截取 填充繩為色 2 纜芯內(nèi)沒有填充繩時(shí) 套管色譜將從1號起依次截取 表1 10套管內(nèi)光纖色譜識別表 注 當(dāng)套管內(nèi)光纖不足12芯時(shí) 光纖的色譜從1號起依次截取 1 3 5光纜型號和應(yīng)用 1 型號的組成 1 型號組成的內(nèi)容型號由型式和規(guī)格兩大部分組成 2 型號組成的格式光纜型號組成的格式 如圖1 21所示 圖1 21型號組成的格式圖1 22光纜型式的構(gòu)成 2 型號的組成內(nèi)容 代號及意義 型式由5個(gè)部分構(gòu)成 各部分均用代號表示 如圖1 22所示 其中結(jié)構(gòu)特征指纜芯結(jié)構(gòu)和光纜派生結(jié)構(gòu) 分類的代號加強(qiáng)件的代號纜芯和光纜的派生結(jié)構(gòu)特征的代號護(hù)套的代號外護(hù)層的代號 3 規(guī)格 光纜的規(guī)格是由光纖和導(dǎo)電芯線的有關(guān)規(guī)格組成 規(guī)格組成的格式 見圖1 23所示 光纖的規(guī)格與導(dǎo)電芯線的規(guī)格之間用 號隔開 圖1 23光纜規(guī)格的構(gòu)成 4 實(shí)例 例1 金屬加強(qiáng)構(gòu)件 松套層絞 填充式 鋁 聚乙烯粘結(jié)護(hù)套 皺紋鋼帶鎧裝 聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜 包含12根50 125 m二氧化硅系列漸變型多模光纖和5根用于遠(yuǎn)供電及監(jiān)測的銅線徑為0 9mm的4線組 光纜的型號應(yīng)表示為 GYTA5312Ala 4 0 9 例2 金屬加強(qiáng)構(gòu)件 光纖帶 松套層絞 填充式 鋁 聚乙烯粘護(hù)套通信用室外光纜 包含24根 非零色散位移型 類單模光纖 光纜的型號應(yīng)表示為GYDTA24B4 例3 非金屬加強(qiáng)構(gòu)件 光纖帶 扁平型 無鹵阻燃聚乙烯烴護(hù)層通信用室內(nèi)光纜 包含12根常規(guī)或 非色散位移型 類單模光纖 光纜的型號應(yīng)表示為 GJDBZY12B1 5 光纜主要型式 5 光纜主要型式 1 3 6光纜傳輸器實(shí)物的了解 1 光纜的類型 光纖的類型分為帶狀光纖與單芯光纖 如圖1 24 圖1 25所示 帶狀常見的有288芯 144芯 72芯 常見的單芯光纖芯數(shù)為72 48 24 12 8 4 圖1 24帶狀光纜 圖1 25單芯光纜 2 連接器件類型 光纖連接器 又稱跳線 是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸 活動(dòng) 連接的器件 它是把光纖的兩個(gè)端面精密對接起來 以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去 并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小 這是光纖連接器的基本要求 在一定程度上 光纖連接器也影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能 光纖連接