[圖]光纖連接器及其應(yīng)用、性能和終端要求淺析

在本文中我們將介紹用戶光纖連接器(SC)、直通式光纖連接器(ST)、固定式光纖連接器(FC)與LC光纖連接器及其應(yīng)用、性能和終端要求。與A/V行業(yè)中所普遍使用的BNC連接器不同，光纖連接器隨著光纖技術(shù)的不斷成熟而逐漸發(fā)展。銅線連接器對(duì)AV系統(tǒng)信號(hào)丟失的影響一般不會(huì)很大，而光纖連接則不同，它對(duì)傳輸系統(tǒng)中的每個(gè)接口都會(huì)起著非常大的影響作用。讓我們來(lái)看看光纖物理連接中所產(chǎn)生的一些問(wèn)題，光纖傳輸設(shè)備自身可指令連接，但在有些情況下，大部分或幾乎所有的光纖傳輸連接選擇都是人為親自進(jìn)行。光纖線纜在信號(hào)傳輸過(guò)程中所丟失的信號(hào)量主要由所采用的光纖線纜的質(zhì)量和類型所決定，每個(gè)連接端都會(huì)產(chǎn)生一定的信號(hào)丟失。根據(jù)用戶選擇的光纖連接頭類型的不同，連接端信號(hào)丟失的總量加起來(lái)有可能會(huì)超過(guò)光纖線纜本身產(chǎn)生的信號(hào)丟失量。 信號(hào)丟失計(jì)算       與電力電源一樣，光纖電源通常也是用dB,-3dB來(lái)衡量。在銅線電路中，無(wú)論是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)，連接器的信號(hào)丟失基本上都是“零”，也就是說(shuō)，與整體線纜產(chǎn)生的信號(hào)丟失量相比，由于連接器接觸電阻造成的歐姆丟失通常都可以忽略不計(jì)。而在大多數(shù)的光纖安裝系統(tǒng)中，情況則截然相反。在AV應(yīng)用中，小于1000英尺的光纖線纜信號(hào)丟失基本都會(huì)小于3dB。在幾公里遠(yuǎn)距離傳輸情形下，多模光纖色散就變得非常重要，因此，最好采用低信號(hào)丟失的單模光纖。但無(wú)論是近距離傳輸還是遠(yuǎn)距離傳輸，接觸傳輸信號(hào)的每個(gè)連接器接口都會(huì)產(chǎn)生大量的信號(hào)丟失，通常，最大部分的信號(hào)丟失都發(fā)生在輸出端，安裝一套好的光纖連接器的關(guān)鍵就是盡量將互相連接的光纖之間的接口信號(hào)丟失最小化，保持信號(hào)丟失在一定的估算范圍之內(nèi)，為系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行提供穩(wěn)定性。連接器接口的信號(hào)丟失也是用dB衡量。因?yàn)楣饫w末端連接不恰當(dāng)，光路的中斷會(huì)導(dǎo)致一定量的信號(hào)丟失，如光纖表面差、非平行端連接等情況也會(huì)讓信號(hào)丟失率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期信號(hào)丟失量。
高速激光光纖傳輸?shù)陌l(fā)展為光纖終端端面的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的問(wèn)題。在高傳輸速率下，端面反光情況變得非常嚴(yán)重，需要進(jìn)行角度研磨或球形研磨等特殊處理來(lái)降低丟失率。從更加精確的信號(hào)丟失估算程度上來(lái)講，正常的連接端口信號(hào)丟失范圍
大約為0.1dB到最多1.5dB之間。想一下，從信號(hào)源出來(lái)經(jīng)過(guò)信號(hào)分配機(jī)、路由器、工作站，需要多少個(gè)連接接點(diǎn)，接點(diǎn)越多，信號(hào)丟失估算增加的就越快，而且我們還要把一些意外的情形納入考慮范圍之內(nèi)。     維持系統(tǒng)正常運(yùn)作       在光纖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作，就達(dá)到了非常好的效果，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們需要考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的一些意料之外的問(wèn)題，并且要讓系統(tǒng)達(dá)到正常運(yùn)作效果。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們要考慮到系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞的情況，并做出相應(yīng)的計(jì)劃，期待更好的運(yùn)作效果。光纖連接器設(shè)計(jì)商一定要將這個(gè)理念銘記于心。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，安全、穩(wěn)定的系統(tǒng)連接要求光纖末端平滑、方正。端與端之間的連接必須精確無(wú)誤，精確度甚至要達(dá)到微米，百萬(wàn)分之一米。常用的多模光纖的直徑從50-62.5微米，而單模光纖的直徑僅為8-9微米。將這種直徑尺寸與一根頭發(fā)的直徑(17-180微米)相比，可見(jiàn)任何一絲錯(cuò)誤就可以帶來(lái)在災(zāi)難性的損失。       光纖連接對(duì)設(shè)備的精密度要求非常嚴(yán)格，因此連接頭必須非常干凈。光纖連接器和配件通常都是裝在一個(gè)套子里，一個(gè)手指印或外部灰塵都可能會(huì)嚴(yán)重影響連接器性能，甚至導(dǎo)致傳輸失敗，因此，連接器沒(méi)有連接時(shí)，就應(yīng)該保存在干凈的保護(hù)套里。       在連接時(shí)，我們還應(yīng)該將光纖連接器楔緊，在目前所有的光纖連接器設(shè)計(jì)中，是通過(guò)“套圈”來(lái)進(jìn)行的，保證連接器在搭配時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤。光纖終端是通過(guò)粘膠或壓接緊箍在套圈里面，成為一個(gè)永久的元件。插入了內(nèi)置光纖后，就把套圈端磨光滑，為連接器光纖連接提供光滑的接口。套圈通常都是由比較硬的材料制成如陶瓷，當(dāng)然，也可以是不銹鋼、塑料或者碳化鎢材料制成，SC、ST和FC的通用套圈直徑為2.5毫米，LC的通用套圈直徑為1.25毫米。由于套圈的功能特性可以按照精密度要求進(jìn)行生產(chǎn)，也就成了光纖連接器的首要重要確定特性。在眾多的連接套圈中，彈簧式容器連接套圈保證了光纖和LED或者激光源之間同軸對(duì)齊。       隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)大，光纖連接器也快速發(fā)展?，F(xiàn)在市場(chǎng)上使用的光纖連接器大概有12種甚至還多，每一種都是為滿足特定的需求而應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)然，也存在著一定的技術(shù)限制。 現(xiàn)在市場(chǎng)的走勢(shì)主要是朝著價(jià)位適中、緊湊型的連接器模式發(fā)展，能夠支持新的傳輸分配系統(tǒng)要求的更大傳輸密度。正如用戶期望的那樣，電信行業(yè)的不斷發(fā)展也推動(dòng)了光纖的大面積應(yīng)用，在很大程度上是由于各種類型的通信和娛樂(lè)服務(wù)對(duì)光纖連接迅猛增長(zhǎng)的需求所致。       我第一次使用光纖系統(tǒng)時(shí)，用的是AT&T公司在80年代推出的ST連接器。ST在多模LANs和CCTV系統(tǒng)中使用的最為廣泛，但僅僅被一個(gè)光纖連接標(biāo)準(zhǔn)所接受。ST似乎是一個(gè)微型的BNC連接器，在光纖中，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的刀式轉(zhuǎn)鎖連接器，由于未受到任何保護(hù)處理，容易遭受破壞，因此，處理ST連接器要特別留意套圈。ST連接器目前在業(yè)界應(yīng)用中仍然十分廣泛，但其應(yīng)用也在慢慢減少。       FC連接器是ST連接器的姐妹產(chǎn)品。FC表示固定連接(fixed connection)，在電信行業(yè)的單模應(yīng)用中使用最為廣泛，在鑰控和金屬結(jié)構(gòu)上這類連接器與ST比較相似，但采用的卻是螺紋連接方式，而不是插銷式。我們最常用的連接器是SC連接器，SC是subscriber connector（用戶接頭）的縮寫，是TIA/EIA-568B.3標(biāo)準(zhǔn)中的指定連接器，有單光纖連接和雙光纖連接兩種，并通過(guò)彩色編碼來(lái)指示光纖類型：米色代表多模、藍(lán)色或綠色代表單模。       LC連接器也是SC連接器的姐妹產(chǎn)品，是由朗訊公司設(shè)計(jì)的，LC是第一款真正為增加光纖設(shè)備系統(tǒng)的堆積密度而設(shè)計(jì)的耐用的小型化連接器，LC與小型的SC連接器較為相似，能將堆積密度提高50%，在電信交換環(huán)境中，對(duì)連接器密度要求非常嚴(yán)格的話，LC將具有很大的優(yōu)勢(shì)。LC連接器能非常輕松地配置在加密的雙工設(shè)置上，并具有與普通RJ45連接頭相似的鎖定夾。由于其小型化的光傳輸接收裝配的廣泛使用，LC連接器非常受用戶歡迎。在我們所提到的4種類型的連接器中，LC連接器的接口界面損失最小，深得用戶喜歡。       需要什么樣的連接器       無(wú)論采用什么類型的連接器，我們的目標(biāo)都是一樣的，那就是尋找對(duì)準(zhǔn)精度、重復(fù)性以及丟失率方面都非常滿意的連接器。加密連接器通常能夠獲得0.2dB的丟失重復(fù)精度，在信號(hào)傳輸丟失過(guò)程中，連接器的作用非常重要，插入損耗和回波損耗這兩個(gè)參數(shù)在光纖連接器中的作用與其在銅線中的作用一樣重要。       在本文中，我們所說(shuō)的插入損耗是指由于連接器接口產(chǎn)生的分貝丟失，回波損耗與銅線中的概念一樣，是指由終端反射引起的將能量反射回信號(hào)源的情況。連接器插入損耗和回波損耗參數(shù)的界定由系統(tǒng)所使用的測(cè)試設(shè)備決定。盡管各個(gè)廠家生產(chǎn)的連接器規(guī)格各有不同，但大多數(shù)都符合TIA/EIA568B.3商用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求。TIA/EIA568B.3規(guī)定，多模和單模光纖的最大插入損耗為0.75dB。多模光纖的回波損耗最小≥20dB,單模光纖的回波損耗≥26dBD。SC連接器通常都只有0.3dB的損耗，而LC連接器則可低達(dá)0.1dB。       這些數(shù)據(jù)意味著什么?插入損耗的計(jì)劃非常簡(jiǎn)單，我們將連接器的接口數(shù)相加，乘以每個(gè)連接器所期望的損耗量，以dB為單位進(jìn)行計(jì)算。然后加上線纜總損耗量。兩種損耗所得的總數(shù)就是系統(tǒng)因?yàn)閭鬏斁€纜和連接器損耗而產(chǎn)生的損耗量。插入損耗是非常重要的一個(gè)數(shù)據(jù)，所有的設(shè)計(jì)師都根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)判斷系統(tǒng)是否能夠在信號(hào)源傳輸器和光纖接收器之間正常運(yùn)行。除此之外，我們還可以根據(jù)回波損耗參數(shù)得知反饋到信號(hào)源的能量多少，反饋能量以延遲信號(hào)的形式通過(guò)線纜返回。       在光纖中的多模和光路經(jīng)在接收端轉(zhuǎn)換成數(shù)字系統(tǒng)中的信號(hào)抖動(dòng)的增加量，也就是說(shuō)，在每個(gè)連連接端的回波損耗越差，總體上對(duì)接收器的影響就會(huì)更大。這種效果就會(huì)成為數(shù)字信號(hào)眼狀圖退化零點(diǎn)，接收器跟蹤和鎖定數(shù)據(jù)的能力就會(huì)遭到破壞。相對(duì)而言，模擬光纖信號(hào)則呈現(xiàn)出退化響應(yīng)時(shí)間，將會(huì)導(dǎo)致圖像不清楚。例如，每個(gè)連接器的回波損耗僅僅為20dB，那么就會(huì)有 1%的信號(hào)反饋，根據(jù)信號(hào)運(yùn)行中采用到的連接器的數(shù)量不同，信號(hào)反饋所產(chǎn)生的影響就會(huì)相應(yīng)增大。  26dB的回波損耗會(huì)產(chǎn)生的信號(hào)反饋為0.3%，50dB的回波損耗，信號(hào)反饋則為0.001%。       終端考慮       傳統(tǒng)來(lái)講，光纖終端一般比較慢，價(jià)格也較高，對(duì)設(shè)備要求和技術(shù)要求也很高。在考慮單模線纜中的光纖終端時(shí)，應(yīng)該考慮到這幾方面的因素。有些情況中，我們完全可以選擇一些已經(jīng)根據(jù)各種光纖類型設(shè)置好了終端的線纜。大多數(shù)的短跳線可以歸屬到以下幾類。       量身安裝型應(yīng)用中，我們只能選擇特定的終端，但是，采用了疊接工具后，可以降低單模光纖的現(xiàn)場(chǎng)終端延長(zhǎng)的長(zhǎng)度，減少了對(duì)設(shè)備的需求數(shù)量和技術(shù)的使用。對(duì)于多模光纖線纜，新型的疊接方式采用了簡(jiǎn)單的光纖切割方法后，將線纜組裝成預(yù)先設(shè)計(jì)的連接器/線纜。這種方法非常簡(jiǎn)單，只是光纖到光纖的接頭對(duì)接，接頭處通常都是采用一種特殊的光學(xué)凝膠，讓光纖終端凝結(jié)起來(lái)。       多模光纖線纜終端通常有兩種類型的接頭：flat-face air gap和接觸型(contact type)。Air gap型終端產(chǎn)生的回波損耗可能大于等于14dB，大約3.2%的反射光，當(dāng)回波損耗大與等于20dB時(shí),最好使用接觸型終端。       控制低插入損耗和回波損耗的單模光纖終端大概有5種，PC(Physical Contact端面為球狀)， SPC(Super Physical Contact)、UPC(Ultra Physical Contact)以及APC(Angled Physical Contact)。PC和UPC的每種物理連接方式都采用了不同程度的端面精確度，并產(chǎn)生更低的耦合損耗和回波損耗。APC類產(chǎn)生的回波損耗大于等于65dB，信號(hào)返回率降低到了0.000032%。單模APC接頭的性能最好。   來(lái)源：電子產(chǎn)品世界