康宁：带状光缆设计师

北京康宁光缆有限公司 许人东

　　城域网及接入网的高速发展将增加对光纤的需求，带状光缆由于其光纤集成度高且铺设费用低将得到广泛使用，那中心束管式带状光缆是如何设计的，制造过程中工艺参数对带状光缆性能有哪些影响？

　　目前光纤网络的建设逐渐由国家骨干网转向区域网及城域接入网，在光纤城域网及接入网中，由于连接的节点较多，往往需要铺设大芯数的光缆，而采用带状光缆有很多优点：带状光缆其光缆的集成度，即相同的光纤芯可以将光缆结构做得较小，占用路由资源较少;降低光缆熔接费用，提高安装效率;由于光纤成本的下降，带状光缆的成本降低;光纤带及光缆制造技术的进步，使得带状光缆与普通的散纤光缆的光纤损耗基本相近;光纤带比光纤具有更好的机械性能。
 
　　在国外，光缆长途干线上亦大量采用带状光缆，而在国内大中城市的城域网中多采用带状光缆。带状光缆按其结构有中心束管式，层绞式，骨架式结构。中心束管式带状光缆由于其具有良好的抗侧压及弯曲性能，单位面积其光纤芯数最大，即相同大小的外形尺寸其光纤芯数最大，开剥及接入效率高等特点在国内外得到广泛使用。

　　中心束管式带状光缆设计

　　带状光缆的设计主要根据光纤带芯数的多少及应用环境特点来进行光缆结构设计及材料选择，使光缆在生命周期内具有良好的机械性能及环境性能。保证光纤的传输性能在其铺设及运营过程中保持不变。光缆设计包括光纤缆芯设计，光缆加强单元设计，光缆结构设计及光缆材料选择，由于带状光缆多于城域网及接入网，因此应尽可能缩少光缆尺寸来弥补城市光缆路由资源(管道或架空)的限制，即优化的光缆设计应使光缆单位截面积的光纤芯数应最大但同时又能保证光缆具有良好的机械及环境性能。

　　光缆缆芯设计

　　中心束管式带状光缆缆芯在整个光缆设计中是基础，主要起到保护光纤的作用，在套管与光纤带之间填充光纤油膏，在光纤带受到侧压时能起到很好的缓冲作用。设计主要是根据光纤带尺寸及芯数来确定缆芯尺寸即缆芯的内径、厚度、外径及根据生产中光纤带的制造节距和控制余长来验证光纤的曲率半径不能引起光纤损耗增加其设计主要原则：

　　((W2+(nT)2)/Di(0.8--(1)

　　其中：W-光纤带的宽度，n-光纤带数量，T-光纤带厚度，Di-光缆缆芯管内径

　　其光缆的缆芯芯管厚度根据光纤带数量的多少可选择在0.7mm～1.5mm左右。因此芯管外径：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纤带填充度最大，其光纤带排列(W*nT)的宽度及重叠厚度应相等，据此可对芯管内的光纤带类型进行选择，一般常用的光纤带芯数为6芯，12芯或24芯。

　　光缆加强单元设计

　　光缆的加强单元可据光缆的不同应用环境分为金属加强及非金属加强。光缆在铺设及应用过程中所经受的机械张力主要由加强单元来承担，因此加强单元的设计计算及加强材料的选择显得十分重要。

　　其光纤在光缆中的余长，光缆应变及光纤应变的关系图可参考下图。一般来说，光缆应变0.3%～0.4%之间，光纤应变在0.05%～0.25%是合理区间，而中心束管式带状光缆的余长控制在0.15%之下较合理。

　　光缆结构设计

　　在确定光缆芯管及加强单元后，即可进行光缆结构设计，包括阻水材料，铠装层、护套材料的选择及尺寸确定。中心束管式带状光缆常用的光缆结构有以下两种：一种是以两根平行加强单元，比较适合于216芯以下带状光缆，包括金属加强及非金属加强;另一种是采用加强单元绞合结构，包括金属及非金属加强绞合结构，在216芯以上的光缆多采用此种结构，特别是非金属绞合结构层既对光缆主要起抗张作用，又增强了对光缆缆芯的抗侧压能力，对光纤带及芯管起很好的保护作用。外加阻燃护套可在城域网中与电力管道同沟铺设，具有很广阔的应用前景。

　　与层绞式带状光缆结构比较

　　光缆结构设计最重要的任务是在外力及环境变化时能保证光纤的传输性能基本不变，即所有的光缆结构设计均是围绕如何更好地保护光纤。对于带状光缆来说，最容易受外力及环境变化引起光纤性能变化的是光纤带排列矩阵中的边角光纤(corner fiber of ribbon stack)，对于中心束管式而言，不论其光纤芯数多少，光纤带的边角光纤总是4根，而层绞式光缆中每一套管中便有4根边角光纤，随着其光纤芯数增大，其边角光纤随之增多。因此层绞式带状光缆在套管绞合工序或在光缆铺设过程中，对这些边角光纤造成压应力而产生微弯损耗的可能性增大。

　　相对于层绞式光缆结构来说，中心束管式的带状光缆由于光纤带位于光缆中心位置，因而具有较好的抗侧压及弯曲性能，同时其单位面积的光纤芯数最多，即光纤集成度高，重量轻，结构尺寸较小，容量开剥，可以节约路由资源及便于施工。

　　带状光缆工艺及性能优化

　　带状光缆制造工艺是光缆设计的具体实现，良好的制造设备及工艺工装设计必须达到以下主要目的：光纤带的制造过程中的过程增加损耗最小；纤带有合适的余长使光缆具有良好的机械性能；缆具有良好的温度特性即高低温性能。

　　光缆的质量来自于过程的制造质量而非检验出来的，因此必须通过工艺优化设计来达到光缆的综合性能，即具有良好的过程附加损耗、机械性能及温度特性。在带缆制造工艺中，光纤带的放线张力及绞入节距，填充油膏温度，光纤带余长控制都是关键工艺参数，特别是当以机械牵引方式产生余长的生产线上必须严格优化其张力大小来控制其光纤余长。在实际中可通过正交试验设计方法来进行工艺参数优化，从而达到光缆性能优化的目的。

　　中心束管式带状光缆具有光纤集成度高及其良好的综合机械性能，特别是抗侧压及弯曲性能，在城域网及接入网中得到广泛使用，在中心束管式带状设计中，其缆芯结构设计及加强单元的设计与选择至关重要，中心束管式带状光缆主要有两种结构，其结构的选择可依据应用环境及光纤带数量的多少而定;光缆的制造工艺对光缆的性能产生很大影响，当光缆设计确定后，必须对光缆制造工艺进行总体优化，才能使带状光缆具有良好的传输性能、机械性能及环境性能，即优化的光缆设计必须通过优化的制造工艺去实现。

来源：通信产业报