光纤通信传输损耗

光纤通信传输损耗（共9篇）

光纤通信传输损耗 篇1

一、光纤通信简介

光纤的全称是光导纤维。它是一种以光波为载体,以光纤做传输媒介的通信方式。理论上说,光纤、光源和光检测器是构成光纤的最基本物质。光纤有着很多种类,同时它的分类方式也有多种。首先它可以按照物理学方面的制造工艺、材料组成还有光学性质等等来进行分类;其次光导纤维还能够按用途进行分类,有传感用光纤和通信用光纤两种;此外,它还有通用和专用之分,例如其中专用光纤中有一种功能器件光纤,它是一种用于完成光波的分频、倍频、放大、光振荡、调制以及整形等功能的光纤,而且它的出现形式经常是一种特定的功能器件。随着科技的发展,如今光纤通信的主要应用领域是信息的控制和传输方面。例如,在以往的传输工具中,主要以电缆为主,这是传统互联网的主要应用方式,这种方式劣势便是速度极其之慢。而现在,光纤则成了通信传输的不可替代的主体。

二、光纤传输损耗分析

接续损耗和非接续损耗是光纤传输损耗中最基本的分类。其中接续损耗指的是由于光纤自身特性引起的固有损耗和非自身因素引起的熔接损耗和活动接头损耗;而非接续损耗则包括光纤自身的弯曲损耗和各种外因造成的损耗,除此之外,非接续损耗还包括光纤具体的应用环境对光纤传输带来的损耗。

2.1吸收损耗分析

光波通过光纤材料时,部分光能会自动转变成热能,造成光功率的损失,这就是吸收损耗。光是含有能量,并且在传输过程它必然会与介质发生作用,这便使得光在传输过程中会有部分能量被介质所吸收,转化为介质自身的能量。如太阳是以光的形式向地球传递能量,它在经过大气层时,因为大气层也会吸收一部分光的能量,这就了造成不同海拔,空气含量也会不同,同时温度也会随之变化。这是吸收损耗中最典型的一个例子。同样光纤自身的材料也会对吸收部分光能,这是光纤的主要吸收损耗。如加工光纤是,一般以石英为原料,而石英中就含有各种金属元素,而且这些金属元素在各自的状态下都会对光粒子有吸收作用。此外在加工过程中,光纤中还会有许多不同的杂质。

2.2散射损耗分析

散射损耗区别于吸收损耗。是因为它是由于光纤的形状和材料不同,致使折射率分布不均,导致光纤传导中的微小粒子与光相互碰撞而产生散射,由此引起损耗。散射这种光学现象在我们的日常生活中很是常见。如早上我们还看不到太阳是,天空就已经大亮,这便是因为空气中所含杂质对光的散射所造成的。反射是散射的本质,即由于物体内部结构的分布不均或不同物体构成结构不同,同时还因为物体表面的光滑度不够,导致大部分物体的表面并非是光滑的表明,因此光照射到物体表面时,物体对光的反射便是朝着不同的方向且毫无规则的反射,因此产生散射。而光纤的散射损耗和其是同样的道理,光纤的内部界面同样是凹凸不平的,因此才会对传输中的光进行散射,造成能量散失。同时各种现象表明,光纤在长波区的损耗要比短波区的损耗低很多。

2.3其他损耗分析

因光纤弯曲造成的损耗以及连续损耗成为其他损耗或附加损耗。光纤的弯曲损耗是因为光纤本身就比较柔软,而且可弯曲,但当弯曲到一定程度时,虽然依然能对光进行反射,但它已经改变了光波的传输路径,因此其中就有部分光能渗透到包层中甚至穿过包层向外泄漏,导致产生损耗。因此该损耗与光纤弯曲曲率有着很大关联。光纤的连续损耗是因为光纤在连接时因各方面的原因对之后的光波传输带来的损耗,这种损耗中以接头损耗最多。而光纤自身各方面的物理性质都对其损耗有着很大的影响,这些物理性质包括光纤直径、光纤椭圆度、光纤弯曲度、模场直径以及光纤的纤芯与包层同心率等等。大量的实验和生活经验表明,对接头损耗影响最大的便是光纤的纤芯与包层同心率,然后才是光纤弯曲度。

总结:现今,随着光纤通信的问世,大大满足的人们对信息的需求,它对人们生活所带来的影响越来越大,因此它的发展也更加迅速,同时它也是人类科技发展的重要基础之一,但随之而来的便是其自身损耗所带来的信息流失,而对光纤通信传输损耗的分析和研究有助于改善光纤通信传输的维护工作,同时竭力思考如何减少光纤通信中的损耗也将是下一步所需要做的工作,是系统能够正常运行的保障,只有这样才能为人类提供最优质的服务,同时也只有这样光纤通信传输技术才能展现出更加美好的前景。

摘要：随着世界的发展,光纤通信传输已经代替了传统的通信系统,同时它还因具有传统通信系统所没有的优势而被广泛利用。但同时,光纤通信在传输过程中有着较大的传输损耗,想要将光纤通信广泛利用,如何降低传输损耗是其中的首要问题。在光纤通信传输中,光纤起着不可替代的作用,它是整个通信系统中的主要传输媒介。因此,通过分析引起光纤传输损耗的因素来降低损耗便成了重中之重。

关键词：光纤通信技术,传输损耗,损耗分析

参考文献

[1]陈晓鹏.浅谈光纤通信传输损耗[J].数字技术与应用,2012,02:54

[2]孙妍.浅析光纤的弯曲损耗对通信传输的影响[J].无线互联科技,2012,08:47.

光纤通信传输损耗 篇2

光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。具体细分如下：

固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。

附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。

其中，附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要将光纤一根接一根地接起来，光纤连接会产生损耗。光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。这些都是光纤使用条件引起的损耗。究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化。附加损耗是可以尽量避免的。

光缆的传输损耗规律 篇3

【关键词】施工 损耗大 断芯 解决方案

一、概述

光缆线路是通信的高速路，它施工方便、重量轻、传输容量大、抗干扰等优点，它可架空、直埋、管道、海底等方式施工，光缆可传输图像、文字及各种形形色色数据信息，光缆施工和熔接的好坏就显的尤为重要，一旦损耗过大，就直接影响通信传输，给通信造成不必要的人力和物力损失，投入运行中的设备，出现断芯等故障，将会给通讯造成巨大的损失，光缆的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一，最值得关注是光纤使用引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗，避免断芯产生，这里主要讲架空施工光缆、熔接导致的损耗大的原因及解决方案。

二、施工损耗及解决方案

（一）施工损耗原因：1.在光缆施工中，光缆打小圈、弯曲、扭曲及打背扣、车辆碾压，受力不匀，受金属划伤，造成氢损以及非专业施工队等因素导致光缆内部纤芯受损。2.挂勾方向不一致也会出现蛇行弯，间隔过于稀疏，光缆因垂度过大而受力。3.预留架上的光缆未固定牢固，光缆长期受外力的冲击而遭到损伤。4.布放时光缆太紧，没有考虑光缆的自然伸缩率。5.施工中造成光缆破损而进水，造成氢损。6.光缆接头盒不规范，质量差，安装不规范，因外界作用造成接头盒受损导致进水而受损。7.固定光缆时，接头盒卡扣压的太紧，熔接后热套管卡压过紧而受损。8.机房设备内尾纤与光缆跳线绑扎时，盘绕不规范，出现交叉缠绕等现象造成受损。

（二）解决方案。施工前，须进行开盘测试，看是否与厂家测试数据相符，并进行科学合理配盘。1.选择一支高素质专业的施工队伍，保证施工质量，这一点至关重要，任何施工中的疏忽都有可能造成光缆损耗。2.设计、施工中积极采取切实有效的光缆线路“四害”措施（防雷、防电、防蚀、防机械损伤），加强防护工作。3.要使用支架托起缆盘布放光缆，光缆要从缆盘上方放出，千万不要将缆盘放倒放线，这样会使光缆产生扭力，光缆布放时，应统一指挥，加强联络，确保通信畅通，要采取科学、合理、有序的牵引方法，布线速度要均匀，以10m/min左右，光缆弯曲半径≧20D（D为光缆直径 ），速度不宜过快，连续布放长度不宜过长，必要时可采取用倒“8”字方法进行敷设，也可从中间分别向两端敷设，遇有拐角等处要做好防护措施。4.光缆布放时，必须注意允许的额定拉力和弯曲半径的限制，在光缆施工中严防打小圈及弯曲、扭曲、打背扣和涌浪现象，牵引力不超过允许的80﹪，瞬间最大牵引力不超过100﹪，牵引力应加在光缆的加强件上，特别注意千万不要突然猛拉。5.固定光缆盒时用力不要过紧，进入机房的光缆与跳纤绑扎时，用力要得当，严禁互相交叉捆绑。

三、接续损耗及解决方案

（一）接续损耗。光纤的接续损耗主要包括：光纤本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗二种。1.光纤本征因素造成的固有损耗。光纤固有的损耗主要源于光纤模场直径不一致，光纤芯径不匹配，纤芯载面不圆，纤芯与包层同心度不佳，其中影响最大的是模场直径不一致。2.非本征因素造成的熔接损耗熔接损耗非本征因素的熔接损耗主要由轴向错位，轴心（折角）倾斜，端面分离，光纤端面不完整，折射率差，光纤端面不清洁以及接续人员操作水平、操作步骤、熔接机电极清洁程度、熔接参数设置等。

（二）解决接续损耗方案。1.工程设计、施工中应选用特性一致的优质光缆，一条线路上尽可能采用一批的优质名牌光缆，以求光纤的特性尽量匹配，使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最底点。2.挑选经验丰富训练有素的接续人员进行熔接，接续人员的熔接水平直接关系到接续损耗大小，接续人员应严格按照工艺流程进行接续，严格控制接头损耗，条件允许可使用光域反射仪（OTDR）进行监测，（接头损耗≤0.4db/个），不达标应重新熔接。3.保证接续环境符合要求，严禁在多尘潮湿的环境中露天操作，接续现场及工具、材料应保持清洁，不得让光缆受潮，准备切割的光缆必须用酒精清洁，切割后的光纤不得在空气中暴露时间过长，要尽快进行熔接，否则受潮会导致损耗增大。4.制备完善的光纤端面，光纤端面的制备是光纤接续最关键的工序，端面好坏直接关系到损耗大小，优质的端面应平整，无毛刺、无缺损且与轴线垂直，呈现一个光滑平整的模面，移动光纤时，要轻拿轻放，小心翼翼，防止在移动时将光纤擦伤、污染。5.正确使用熔接机，正确使用熔接机是降低损耗的重要保证和关键环节。①应严格按照熔接机的操作说明书和流程进行操作。②熔接机放置要水平，稳当牢固、不得倾斜。③根据光缆类型正确设置参数。④在使用过程中和使用后应及时清理熔接机上的浮灰和油污（特别是夹具、各镜面、V型槽内的异物）。⑤熔接机的电极使用寿命一般约在2000次后会有一定的氧化物，要及时保养或更换。

四、非接续损耗及其解决方案

（一）非接续损耗。光纤使用中引起的非接续主要有弯曲损耗，弯曲造成的辐射损耗，有宏弯曲损耗和微弯曲损耗两种①宏弯光纤的曲率半径比光纤直径大的弯曲（宏弯），引起的附加损耗。②微弯损耗光纤轴产生um级的弯曲（微弯）引起的附加损耗。

（二）解决方案。在施工中要严格按照光缆敷设标准规范去认真执行，防止各类不利于光缆的思想和行为出现，要做到防微杜渐，避免微小的举动和侥幸心理，导致光缆内部微创和降低光缆使用寿命。

五、断纤的原因和预防

（一）断纤原因。1.在运输和搬运过程中导致。2.在施工中导致。3.在熔接和盘纤过程中导致。4.熔接热缩管质量差，长期受外界因素的影响导致。5.熔接人员做工工艺水平低导致。

（二）预防措施。1.在运输和搬运过程中，一定要采取保护措施，防止此类现象发生。2.在施工中严格按照光缆敷设标准规范去认真执行，防止各类不利于光缆的思想和行为出现，要做到防微杜渐，避免微小的举动和侥幸心理，导致光缆内部微创和降低光缆使用寿命。3.熔接好的光纤在盘纤过程中一定要小心翼翼，防止在盘纤过程中损伤。4.不合格的套管和已经变形或以污染的坚决不用。5.提高熔接人员的业务技术水平，选心细，有耐心、负责人的人。

六、结束语

光纤通信传输损耗 篇4

光信号经光纤传输后, 由于吸收、散射等原因引起光功率的减小, 故光纤损耗是光纤传输的重要指标。实现光纤通信, 一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。引起光纤传输损耗的主要原因可分为两类, 即接续损耗和非接续损耗。而光纤的接续损耗则主要包括光纤材料的本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗两种。

1.1固有损耗

1.1.1吸收损耗

吸收损耗是光波通过光纤材料时, 一部分的光能转化成热能, 造成光功率的损失。造成吸收损耗的主要原因是光纤材料的本征吸收和制作光纤时光纤材料不纯净所产生的杂质吸收。

(1) 本征吸收指光纤的基础材料二氧化硅固有的吸收, 不是杂质或者材料缺陷所引起的。

(2) 杂质吸收指由于光纤材料的不钝净和晶体缺陷所产生的附加的吸收损耗, 主要是材料中的金属过渡离子和生产过程中的氢氧根离子使光的传输产生损耗。

1.1.2散射损耗

散射是指光通过密度或折射率不均匀的透明物质时, 除了在光的传播方向以外, 在其它方向也能看到光, 这种现象称为光的散射。在光纤中光的传输由于散射的作用而产生散射损耗, 散射损耗主要由瑞利散射和结构缺陷散射两部分组成。

1.2熔接损耗

熔接损耗是由接续方式、接续工艺、和接续设备的不完善引起的, 包括光纤模场直径不同、光纤轴向错位、光纤端面不完整或者端面不干净、待熔接光纤的间隙不当、轴心 (折角) 倾斜以及工作人员操作水平、熔接参数的设置等可以人为避免的因素造成。

2非接续损耗的成因分析

光纤传输中的非接续损耗主要包括弯曲损耗、其他施工因素与应用环境造成的损耗。

2.1弯曲造成的损耗

光纤传输在整个系统处于线性状态时, 其传输阻力最小。为了减少对光纤的传输损耗, 光纤都会保持水平状态。而光纤处于弯曲状态时, 就会影响光纤的传输特性。由于光纤弯曲的程度不同, 故将其产生的耗损分为宏弯曲损耗以及微弯曲损耗。

宏弯曲损耗指由于光缆的弯曲半径没有控制在施工建设技术要求以内, 使得弯曲半径大于光缆允许的动态弯曲半径, 导致传输信号失真。

微弯曲损耗产生的原因种类较多, 总的来说, 在光纤系统中, 由于光纤表面的不规则、不平整部分受力不均, 从而出现了光缆被覆、扭曲而形成的随机性微弯损耗, 以及受温度影响而产生的热胀冷缩微弯损耗。

2.2应用环境或施工因素产生的损耗

热熔保护热缩问题产生的损耗。一部分是由于热熔保护管的质量问题导致的;另一部分是由于熔接机加热时所设置的加热参数不符合技术标准, 导致热熔保护管变形或者有气泡产生, 并且热缩管的不干净也会使光纤在热熔时损伤接续点。

光纤的不规范上架引起的损耗。在其上架进行松管管绑过程中, 容易出现急弯问题, 导致错位现象, 也将增大光纤传输损耗。

直埋光缆不规范引起的损耗。在施工前, 施工人员对预埋的深度缺乏科学的计算, 当光缆填埋太浅会使光缆在重物碾压下受损。

3减少光纤传输损耗的措施

3.1减少接续损耗的措施

3.1.1选择特性一致的优质光纤

在同一条线路中使用的裸纤需要统一化, 保证光纤的特性匹配, 使模场直径产生的传输损耗降到最低。

3.1.2光纤线路应整盘配置敷设

在配盘时应整盘配置, 并注意接头的数量。在敷设过程中, 应严格按照缆盘的端别和编号顺序放置, 减少损耗值。

3.1.3遵循光纤熔接技术标准进行接续

相关人员在熔接过程中应科学操作, 并使用光时域反射仪对光纤熔接进行监控和测量, 对于熔接测量结果超出误差范围的地方应重新熔接, 保证光纤的熔接质量。

3.1.4制备优质的光纤端面

优质光纤端面应当平整、无缺损、无毛刺并且端面与轴线的倾角应小于0.3度;在光纤端面制备的工序中应当使用优质切割刀, 正确切割。

3.1.5保证适宜的接续环境

在切割时保持接续部位、材料和工具的清洁;避免在潮湿和多尘的环境中作业, 切割后光纤不可以长时间暴露在空气中, 防止光纤的接头受潮。

3.1.6保证活动连接器的清洁

在施工和维护的过程中要注意适配器与插头的清洁度, 避免适配器与插头由于灰尘和污物产生的散射损耗。

3.1.7选用优质的活动连接器

所选连接器的性能应符合要求, 即插入损耗在0.3d B/个以下, 附加损耗应小于0.2d B/个。

3.2减少非接续损耗的措施

(1) 在光纤电缆敷设施工和运维工作时, 通过采取光纤电缆的防护措施 (防雷, 防电, 防腐蚀, 防机械损伤等) , 加强光缆的防护。

(2) 禁止使用劣质, 弯曲变形的热缩套管, 避免在热缩的过程中产生内部应力, 导致损耗增加。

(3) 当光纤电缆敷设时, 速度不应过快, 光纤电缆敷设距离不宜过长, 光纤电缆敷设过程中应选择最佳路线敷设布置方案, 尽量避免让光缆受到各种外力侵扰。

(4) 当光纤电缆敷设时应控制计算好布放长度, 且预留长度合理。使光纤保持合理的弯曲半径, 减少整个线路的附加损耗。

(5) 光纤通信工程施工完毕后, 应总结施工经验, 加强维护工作, 提高光纤通信工程质量。

4结语

在分析了光纤传输产生的损耗机理的基础上, 定性地分析各种因素引起的损耗类型的不同点。因此在保证系统的安全性、可靠性和稳定性的前提下, 积极改善和优化光纤通信网络传输性能, 降低光纤线路传输损耗, 提高其传输质量, 对光纤通信传输系统的常见问题进行有效的分析和解决, 是光纤通信传输网络的重要工作且具有重要的意义。

参考文献

[1]顾婉仪.光纤通信系统[M].北京邮电出版社, 2013.

[2]王红梅.光纤传输损耗的成因与解决措施分析[J].中国新通信, 2014.

[3]唐保兰.引起光纤传输损耗的原因及解决方案[J].中国西部科技, 2010.

光纤通信传输损耗 篇5

一、光纤传输损耗的成因

1.1持续损耗的成因

(1) 光纤的固有损耗。固有损耗源于光纤的模场直径不同, 光纤的芯径失配, 纤芯的截面不圆, 包层的同心度和纤芯不佳, 其中模场直径不同所产生的影响最大。 (2) 活动接头损耗。活动接头损耗产生的主要原因是由于活动连接器的接触不良、质量差、轴向错位、不清洁等。 (3) 熔接损耗。熔接损耗产生的主要原因是轴向错位、轴心倾斜、断面分离、光纤端面不完整以及工作人员的操作步骤、操作水平、工作环境的清洁度、熔接参数等因素造成。

1.2非持续损耗的成因

(1) 弯曲产生的损耗。光纤由于弯曲所产生的损耗又分为微弯曲损耗和宏弯曲损耗两种。微弯曲损耗产生的主要原因是:光纤成缆的过程中, 支承表面的不规则所引发的应力不均匀形成的随机微弯;敷设光缆时, 各处的张力不均匀所形成的微弯;包层和纤芯的分界面由于不光滑所产生的微弯;光纤受温度的影响热胀冷缩所形成的微弯。宏弯曲损耗产生的主要原因是:敷设与路由转弯中的弯曲:各种预留 (自然弯曲、拿弯、预留圈等) 所造成的弯曲。 (2) 应用环境或施工因素产生的损耗。光缆上架不规范产生的损耗。光缆的上架处多根松套管扭绞;使用扎带把松套管绑到接头盒时容易出现急弯;光缆上架时, 由于金属加强构件和光纤松套管出现错位。热熔保护热缩不良产生的损耗。产生的主要原因是:热熔保护管的质量问题, 出现扭曲之后产生气泡;熔接机加热时所设置的加热参数不当, 导致热熔保护管产生气泡或者变形;热缩管不干净, 在热熔时损伤接续点。直埋光缆不规范产生的损耗。产生的主要原因是:光缆的埋深太浅, 受到碾压之后受损:光缆路由的选择不当, 受地形与环境的影响导致光缆承受外力:光缆的底沟不平, 导致光缆挂起、拱起:由于其它原因受损之后进水, 产生氢损。

二、光纤传输损耗的解决措施

2.1持续损耗的解决措施

(1) 在工程的设计、施工与维护中选用特性相同的优质光纤, 在一条线路中尽量使用同一批次的裸纤, 尽量使光纤的特性匹配, 将模场直径产生的损耗降到最低。 (2) 在光缆的施工中严格按照施工要求和规程进行, 尽量整盘匹配, 减少接头的数量。在敷设时, 按照缆盘的端别和编号顺序布放, 减少损耗值。 (3) 选择经验丰富的连续人员连续与测试。由于连续人员的专业水平直接影响到连续损耗, 连续人员只有严格按照光纤熔接的工艺流程接续, 控制接头的损耗, 在熔接的过程中使用光时域反射仪时刻监测, 不符合的需要重新熔接。 (4) 制备光纤端面是光纤接续最关键的工序, 制备水平是决定接续损耗重要的原因之一。优质端面应当垂直于轴线、平整、无缺损、无毛刺。 (5) 在潮湿和多尘的环境中避免露天作业, 应当保持连续部位、材料和工具的清洁, 保护光纤的接头不受潮, 在切割时必须保持清洁。切割之后的光纤在空气中不可以长时间暴露, 特别是在潮湿和多尘的环境中。如果连续环境的温度过低则需采取升温措施。 (6) 保证活动接头的耦合紧密和接插良好, 防止出现漏光的现象。 (7) 选用合格优质的活动连接器, 要保证连接器的性能符合规定, 插入损耗在0.3d B/个以下, 附加损耗小于0.2d B/个。 (8) 保证活动连接器的清洁, 在施工和维护的过程中要注意清洁适配器与插头, 并且保证设备环境与机房的清洁, 减少适配器与插头由于灰尘和污物产生的散射损耗。

2.2非持续损耗的解决措施

(1) 在工程的查勘、设计和施工中, 选择最佳的路由与线路敷设的方式。 (2) 在施工中任何的疏忽都会导致光纤的损耗增加, 通过选择、组建高素质的施工队, 使施工质量得到进一步的保证。 (3) 在设计、施工与维护中, 通过采取防电、防雷、防腐蚀、防机械损伤的措施加强光缆的防护工作。 (4) 使用支架支撑缆盘布放光缆, 不能使用放倒缆盘后从线轴上放的方法布放, 避免光缆受到扭力。 (5) 在光缆的布放中, 注意允许的弯曲半径与额定拉力的限制, 在敷设施工的过程中禁止光缆扭曲、弯折、打小圈, 防止浪涌与打背扣现象。 (6) 不得使用劣质、特别是已经变形的热缩套管, 如果使用则会在热缩的过程中产生内部应力, 导致损耗增加。在套管的携带和存放中要保持清洁。 (7) 机房要尽量保持整洁, 尾纤使用圈绕带进行保护, 或者单独使用一个线, 使其它连线或者尾纤之间不产生缠绕, 尽量将尾纤放在不宜被踩踏的地方。光纤终端时避免在跳线在走线的过程中产生直角, 在布放中保证跳线不受压、不受力, 在光纤的成端操作时要注意尾纤的捆扎不宜过紧。 (8) 加强光缆日常维护与技术维修。

三、结语

矿井电磁波传输路径损耗改进模型 篇6

我国煤矿事故多发,矿井移动通信系统是矿井安全生产的重要保障和应急救援的必要手段,对提高生产效率、保障井下人员的安全、灾后及时施救与自救具有十分重要的意义。煤矿专用设备标准化技术委员会煤矿通信监控设备分会受国家安全生产监督管理总局委托,研究制定了中华人民共和国煤炭行业标准MT/T 1115—2011 《多基站矿井移动通信系统通用技术条件》[1]。作为煤矿通信监控设备分会秘书长,笔者是该项行业标准的第2完成人。该标准的制定过程中,多基站通信系统的小区半径、通信系统的发射功率和接收灵敏度等是关键技术指标,具体地说,对于工作在煤矿井下巷道的通信系统,如何根据发射和接收功率来确定无线通信距离是该标准在制定过程中首先要解决的问题。煤矿井下受巷道结构、围岩介质等因素的影响,电磁波传输衰减特性与在地面时有很大的差异[2,3,4,5]。地面自由空间的电磁波传播衰减模型中,使用较为普遍的是基于接收信号指示强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)的基本路径损耗模型[6,7],该模型将接收信号功率强度转换为接收机与发射机间的距离,其基本原理:接收信号功率强度的变化反映发射功率在传输路径上的损耗,而损耗的大小是由电磁波传输距离的长短决定的。基于RSSI的基本路径损耗模型的建立是以实测数据为依据的,是经验公式,基本路径损耗模型只有1个待定参数(衰减因子),该参数以实测数据为依据,通过数据拟合而得到。确定了该参数就建立了基本路径损耗模型。但是基本路径损耗模型没有考虑煤矿井下多径传输的影响,因此需要建立一个适合煤矿井下电磁波传输特点的、带有多径衰减系数的基于RSSI的路径损耗改进模型。

1 基于RSSI的基本路径损耗模型

RSSI测距的基本原理:根据发射机的发射功率和接收机的接收功率确定传输损耗,将传输损耗转换为发射机和接收机间的距离[8,9]。路径损耗模型常被称作测距模型和测距算法,其表达式为

$\frac{{\rm P}}{{\rm P}{}_0}=\left(\frac{d{}_0}{d}\right){}^{\alpha }(1)$

式中:P为未知点接收到的功率;P0为与发射机距离为d0的已知参考点接收到的已知功率;d为未知点与发射机的距离;α为电磁波传输衰减因子。

由式(1)得接收功率为

${\rm P}={\rm P}{}_0\left(\frac{d{}_0}{d}\right){}^{\alpha }(2)$

式(2)称为RSSI基本路径损耗模型。确定α的方法有很多,基本思路都是依据井下实际测量得到P和d,采用不同的算法得到经验值α。常用的算法有最小二乘法[10]、最小均方差法(MMSE)等。不同的计算方法会出现不同的误差,要根据不同的电磁波传输环境特点来确定计算方法。最小二乘法是最常用的计算传输衰减因子的方法,其基本思想是依据实测数据来找到使实测值和计算值偏差平方和最小的衰减因子α,其具体步骤如下所述。

对式(2)两边取对数,得

$\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})=\alpha \ln \left(\frac{d{}_0}{d}\right)+\ln ({\rm P}{}_0/\text{m}\text{W})(3)$

为了计算方便,令$\ln \left(\frac{d{}_0}{d}\right)=x‚\ln ({\rm P}{}_0/\text{m}\text{W}$)=b,则式(3)变为

$\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})=\alpha x+b(4)$

设P′为实际测量值,令

${\rm M}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}(}{{\rm P}}^{\prime }-{\rm P}){}^2(5)$

式中:N为测量接收功率的次数。

为了计算简单,令

${\rm M}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}[}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})-\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})]{}^2(6)$

只要α使式(6)达到最小,误差即可以达到最小,从而得

$\frac{\partial {\rm M}}{\partial \alpha }=0(7)$

即

$\frac{\partial {\rm M}}{\partial \alpha }=-2{\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}[}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})-(\alpha x+b)]x=0(8)$

经过整理合并,可得

$\alpha {\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}{}^2+b{\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})(9)$

MT/T 1115—2011 《多基站矿井移动通信系统通用技术条件》起草工作组在山西华美奥能源集团有限公司兴陶煤矿井下巷道进行实际测量。该巷道形状为长方形带状,固定射频发射天线,工作频率为2.4 GHz,使发射天线以不同的功率发射信号,巷道侧壁每隔一定距离进行一次接收测量,每个接收功率值都是取10次测试的平均值,实测数据见表1。

令(1,63)为参考点,将数据代入式(9)可得α=0.19,RSSI模型中的接收功率表达式为

${\rm P}={\rm P}{}_0\left(\frac{d{}_0}{d}\right){}^{0.19}(10)$

将距离数据代入式(10),得到接收功率的计算值,见表2。

2 基于RSSI的路径损耗改进模型

基于RSSI的基本路径损耗模型是建立在接收节点和发射节点之间无视距传输条件下的,但在煤矿井下多径传输的影响较为严重。为了反映巷道多径传输对电磁波传输的影响,本文提出增加多径衰减系数对基本路径损耗模型进行改进。式(2)增加多径衰减系数k后变为

${\rm P}=k{\rm P}{}_0\left(\frac{d{}_0}{d}\right){}^{\alpha }(11)$

对式(11)两边取对数得

$\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})=\alpha \ln \left(\frac{d{}_0}{d}\right)+\ln (k{\rm P}{}_0/\text{m}\text{W})(12)$

令$\ln \left(\frac{d{}_0}{d}\right)=x‚\ln (k{\rm P}{}_0/\text{m}\text{W}$)=b,式(12)变为

$\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})=\alpha x+b(13)$

设P′为实际测量值,令

${\rm M}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}(}{{\rm P}}^{\prime }-{\rm P}){}^2(14)$

为了计算简单,令

${\rm M}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}[}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})-\ln ({\rm P}/\text{m}\text{W})]{}^2(15)$

只要α和b使式(15)达到最小,误差就可以达到最小,从而得到

$\begin{array}{l}\frac{\partial {\rm M}}{\partial \alpha }=0(16)\\ \frac{\partial {\rm M}}{\partial b}=0(17)\end{array}$

即

$\begin{array}{l}\frac{\partial {\rm M}}{\partial \alpha }=-2{\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}[}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})-(\alpha x+b)]x=0(18)\\ \frac{\partial {\rm M}}{\partial b}=-2{\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}[}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})-(\alpha x+b)]=0(19)\end{array}$

经过整理合并,可得

$\begin{array}{l}\alpha {\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}{}^2+b{\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}\ln ({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})(20)\\ \alpha {\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}x}+{\rm N}b={\displaystyle \sum _1^{{\rm N}}\text{l}}\text{n}({{\rm P}}^{\prime }/\text{m}\text{W})(21)\end{array}$

将测量数据代入式(21),可得α=0.22,k=1.07,式(11)表示为

${\rm P}=1.07{\rm P}{}_0\left(\frac{d{}_0}{d}\right){}^{0.22}(22)$

将数据代入式(22),得到改进后的接收功率计算值,见表3。

3 仿真分析

采用Matlab软件对2种基于RSSI的路径损耗模型进行仿真,数据依然采用在煤矿井下实测的数据,仿真结果如图1所示。从图1可看出,路径损耗改进模型利用最小二乘法计算得到的接收功率值比基本路径损耗模型更接近实测数据,误差更小,接收功率随着距离的增加而减小,在距离发射机较近的地方衰减比较严重,衰减性随着距离的增加而逐渐减小。

4 结语

基于RSSI的基本路径损耗模型是建立在视距条件下的,只有1个衰减因子α。而煤矿井下是限定空间电磁波传输。针对煤矿井下巷道形状、围岩介质影响电磁传输的特点,提出了基于RSSI的路径损耗改进模型,在衰减因子α的基础上,引入了多径衰减系数k,再利用最小二乘法计算α和k。仿真结果表明,改进模型的计算结果更接近实测值,提高了计算精度;同时可以针对煤矿井下的实际情况修正改进模型中的α或k,使模型准确反映煤矿井下巷道影响电磁波传输的因素。本文对于研究电磁波在煤矿井下巷道中的传输衰减具有指导意义。

摘要：针对基于接收信号指示强度的基本路径损耗模型建立在发射节点与接收节点为视距基础上,不符合矿井电磁波传输特点的问题,提出了一种矿井电磁波传输路径损耗改进模型。该改进模型在基本模型只有衰减因子参数的基础上,增加了多径参数系数,并采用最小二乘法计算这2个参数。计算及Matlab仿真结果表明,采用该改进模型得到的结果更接近实测值,误差更小,且接收功率和传输衰减性随着节点间距的增加而减小。

关键词：矿井移动通信,电磁波,传输路径,基本路径损耗模型,接收信号指示强度,衰减因子,多径参数系数,最小二乘法

参考文献

[1]MT/T 1115—2011多基站矿井移动通信系统通用技术条件[S].

[2]孙继平,石庆冬.UHF频段在空矩形巷道中的无线传输特性[J].工矿自动化,2002,28(2):7-9.

[3]孙继平,张宏炜.矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析[J].工矿自动化,2007,33(4):4-6.

[4]孙继平,张长森.梯形隧道中电磁波的传播特性[J].中国矿业大学学报,2003,32(1):64-67.

[5]孙继平,张长森.圆形隧道中电磁波的传输特性[J].电波科学学报,2003,18(4):408-412.

[6]武丹琛,丁青青,刘志高,等.基于RSSI方法的井下人员定位系统原理与设计[J].工矿自动化,2010,36(12):76-79.

[7]姚渔平.基于RSSI的无线定位数据处理与实现[D].昆明:云南大学,2012.

[8]王缓缓,胡爱娜.RSSI和距离区间映射的测距方法[J].电子科技大学学报,2012,41(4):522-526.

[9]任维政,徐连明,邓中亮,等.基于RSSI的测距差分修正定位算法[J].传感技术学报,2008,21(7):1247-1250.

光纤通信传输损耗 篇7

对流层散射通信过去多用于中、远距离, 通信距离通常都在100 km以上[1,2]。但在许多应用场合, 如在一些局域网中, 其通信区域在100 km的范围内, 节点之间的通信距离小于100 km。因此, 对于在50 ~100 km距离上的通信, 在这一通信距离上使用散射能很好地解决这一问题, 是应用领域的扩展。散射近距离通信具有相当大的优势: 散射一跳就能够达到这个距离, 无需接力, 这就给使用带来了很大的便利; 对于散射而言, 通信距离的缩短可以使得传输速率[3]提高, 设备的发射功率下降, 功耗减小, 成本降低。因此, 研究散射近距离通信是很有意义和广阔发展前景的。

1 实验系统

目前在快速预计散射近距离传输损耗方面, 国外在此范围内尚无测试数据。过去散射通信设备的设计是基于远距离传输条件, 工程中[4]经常采用的传输损耗的计算方法有ITU-R P.617-1建议的中国方法[5]、美国的NBS方法[6]和CCIR方法等[7]。但近距离条件下的电波传播模式及传输损耗与现有计算方法是否吻合, 需要通过实验验证。

国内外散射设备大多是C波段 ( 4 400 ~5 000 MHz) , 这里重点研究C波段对流层散射通信信号近距离传输特性[8]。试验系统主要包括: 天线、发射机、接收机和多功能测试终端, 如图1所示。系统由一面天线发射、两面天线接收, 天线口径为2. 4 m, 可测试信道电平衰落特性、频率相关特性、多径时延和空间相关特性等[9,10,11]。

2 实验线路

实验区域在华北地区, 选择较为平坦的地形环境, 无近距离遮挡。通信距离为5 ~183 km, 并选择一条183 km的远距离线路作为参考, 以便与近距离线路的测试数据进行比较。共有7条线路, 各线路基本处于一条直线上, 具体线路如表1所示。

典型线路剖面图如图2所示。

由图2路径剖面图可看出, 近距离散射通信典型应用环境是无近端遮挡, 基本上处于平坦地理环境。

典型的远距离对流层通信路径剖面图如图3所示, 此线路的测试结果可用来与近距离线路条件对比。

3 实验结果及数据分析

3. 1 传播损耗

在华北地区不同距离的线路上测试的中值对流层散射传播损耗如表2所示。

通过表2的测试数据, 可画出传输损耗与距离的关系如图4所示。图中实线为测试曲线, 虚线为拟合曲线。

根据图4可得到一种简便的散射传输损耗的工程预计方法:

式中, d为通信距离 ( km) 。

可以看出, 在70 km以内传播损耗L ( dB) 与距离d呈线性变化趋势, 大于75 km时传输损耗与距离的5次方成正比。

由于散射传输损耗与气候条件有关, 国际上通常分为7个气候区类型: 1—赤道, 2—大陆性亚热带, 3—海洋性亚热带, 4—沙漠, 6—大陆性温带, 7a—海洋性温带 ( 陆上) , 7b—海洋性温带 ( 海上) 。分别对应于不同的气候区损耗值M =[39. 60, 29.73, 19. 30, 38. 50, 29. 73, 33. 20, 26. 00]。上述测试结果是在大陆温带区, 因此, 上述方法用于其他气候区时应加上与大陆温带区损耗的差值。

目前常用的3种散射传输损耗算法与本文中简便算法的对比如表3所示, 可以看出其间的误差很小。

表3中气候区为: “6”—大陆性温带; 大气折射指数Ns取310。

3. 2 近距离散射线路传输损耗分析

由图4可知, 近距离对流层散射通信线路传输损耗随距离的变化规律与远距离线路有较大不同。近距离时有可能是绕射、对流层散射以及地面反射等信号分量共同的作用。

3. 2. 1 地波绕射损耗

光滑球面的绕射损耗 ( 相对于自由空间损耗) 可由式 ( 2) 近似计算[2]。

d为通信距离 ( km) ; ae为等效地球半径 ( km) ; f为工作频率 ( MHz) ; dt, dr为收发天线到无线地平线的距离 ( km) 。

3. 2. 2 树木遮挡损耗

绕射损耗的计算是在理想条件下进行的。实际上, 在C波段的微波频率地形地貌对绕射的影响很大, 实测线路中主要有树木的影响。

根据ITU-R P.833 -2建议, 穿入树林的附加损耗可以表为[12]:

式中, Am为穿入树林传播的最大衰减量 ( dB) ; γ为树林中的短程衰减率 ( dB/m) , 对于4 800 MHz的频率, γ1 dB/m; d为电波在树林中穿行的距离 ( m) 。

关于最大衰减量, 现在仅有900 ~1 800 MHz频率范围的测量统计结果 ( 热带林情况) :

式中, 频率f以MHz计。

若以此作为参考计算, 则50 m的树林附加损耗近40 dB。

3. 2. 3 绕射传播和散射传播损耗

在近距离通信时, 应是绕射传播和散射传播共同作用, 其结果使得传播损耗小于单纯的散射损耗。

光滑球面的绕射损耗计算值以及对流层散射传输损耗计算值与实测值的比较曲线如图5所示。绕射损耗曲线由式 ( 2) 得到, 对流层散射损耗的计算采用ITU-R P.617 -1算法。

从图5中可以看出, 70 km以上的传输损耗实测值与计算值十分吻合, 即在远距离条件下, 简便计算方法是适用的。在小于70 km距离范围内, 绕射传输损耗或对流层散射传输损耗的计算值均与测试值有较大偏差。总体来看, 在50 km以内的范围内, 绕射损耗小于散射损耗, 起主要作用。绕射损耗的计算值小于实测值主要是由于计算是基于比较理想的条件, 实际线路上存在树木和建筑物的遮挡, 会增加绕射传输损耗; 而在50 ~70 km范围内, 是绕射传播与散射传播共同起作用; 大于70 km时主要是对流层散射传播。图中在小于20 km时实测损耗较大, 是由于实际线路上由于通信前方树木的影响, 使得散射角增大, 会造成20 dB以上的损耗。

由上述实测数据与计算结果比较可知, 近距离条件下, 散射信道传输损耗与远距离相比有一定变化, 远距离散射下所建立的模型应用于近距离时应做修正。

4 结束语

近距离散射传播在一定的条件和距离下, 存在1种或几种传播模式, 主要是散射和地波绕射。其线路损耗主要是对流层散射损耗、地波绕射损耗以及由于树木遮挡造成的损耗。远距离则以散射为主。上述给出的散射传输损耗的简便算法适用于远距离线路, 为在工程设计和应用中快速预计散射损耗提供了便利的方法。而近距离线路上由于绕射传播与地形环境、树木或建筑物等的遮挡、地质结构以及地面植被等多种因素有关, 传输损耗模型的建立较为复杂, 需要大量数据的支持, 简便算法准确性需做进一步验证。

摘要：通信距离小于100 km的对流层散射线路关于信道特性的测量数据较少, 现有的算法不能快速预计传输损耗。为了解决这个问题, 试验通过对多条不同距离下散射信道的实测, 分析了电波传播的几种模式, 与现有算法进行了对比, 提出了对流层散射传输损耗的一种简便工程算法。试验结果表明, 提出的算法可以快速预计传输损耗。

关键词：近距离散射传输,散射损耗简便算法,快速预计,散射、绕射混合传播

参考文献

[1]中国人民解放军总参谋部通信部.对流层散射远距离通信[M].北京:中国人民解放军战士出版社, 1982:41-56, 186-195.

[2]刘圣民, 熊兆飞.对流层散射通信技术[M].北京:国防工业出版社, 1982:34-37, 51-67.

[3]周现国, 殷素杰.一种基于散射信道极低速率检测技术研究[J].无线电通信技术, 2012, 42 (4) :60-62.

[4]穆维新.现代通信工程设计[M].北京:人民邮电出版社, 2007:11-18.

[5]Rec.ITU-R P.617-1.Propagation Prediction Techniques and Data Equired for The Design of Trans-Horizon RadioRelay Systems[S], 1992.

[6]张明高.对流层散射传播[M].北京:电子工业出版社, 2004:36-64.

[7]Rec.ITU-R P.833-6.Attenation in Vegetation[S], 2007.

[8]甘国田.迅速发展的对流层散射通信[J].计算机与网络, 1997 (3) :15-20..

[9]刘丽哲.新型散射信道测试机的设计与实现[J].无线电工程, 2012, 42 (11) :48-50.

[10]甘启光, 李文明.基于USB接口的对流层散射信道测试设备[J].无线电工程, 2009, 39 (10) :58-61.

[11]徐松毅.散射信道测量方法研究[J].无线电通信技术, 2003, 29 (3) :5-7.

光纤通信中机械误差损耗的研究 篇8

当前,最为先进的第五代光纤通信系统———光孤子通信系统已经进入研究和开发阶段,在研究过程中,光纤的两个指标需要密切关注[1]:一是衰减,只有衰减小到一定程度才可能实现长距离通信;二是色散,色散小则脉冲展宽小,因而要求光纤有更小的色散,这样才可能以高速率传输信号或者有较大的通信容量[2]。在实际使用中,光纤之间的连接损耗不可避免,而影响光纤连接损耗的因素主要有光纤的数值孔径差异、纤芯差异和光纤内部的介质区别。应基于以上问题对影响光纤连接损耗的各种因素进行归类,找准研究重点和突破口。本课题组以机械对准误差为突破口来研究光纤连接插入损耗的改进问题。

1光纤传播模式的特性分析

光纤的传输特性及模式可用其固有的本征方程表示。假定纤芯折射率n1、包层折射率n2为已知量,则公式(1)中参数W及U的取值由传播常数β决定。其模式本征方程可以利用位于纤芯-包层界面中的电磁场切向分量的连续条件及各区域中的电磁场表达式求得:

由Jm(U)的振荡特性可以得出,当m值固定不变时,本征方程解的个数为n。以m =0为前提条件,如果A =0,B≠0(A、B分别为电磁Ez、磁场Hz的本征解常数),即Ez=0,Hz ≠0,那么仅仅存在磁场的纵向分量:

以m =0作为前提条件,如果A≠0,B=0,即Ez≠0,Hz=0,那么仅仅存在磁场纵向分量:

若m>0,则会出现HE模和EH模的混合模式。

式中,

在了解β随光纤归一化频率V变化规律的前提下,完成对波导模传输特性的分析。β随V的变化情况能够通过求解式(4)得出:

式中,

式(5)是超越方程。一般情况下,直接求解式(1)就能够完成传输特性的分析;而如果是在截止或者远离截止的情况下,则需要将其转化成简单的求解形式,得到远离截止情况下的U值及其所有模式下的截止频率Vc,然后就可以分析其传输特性。基于上述分析,利用MATLAB软件得出了TE01模、EH11模和HE11模这三种模式的模式图,如图1所示。

由图1可以看出,机械对准误差可认为是产生光纤连接损耗的主要原因。进一步研究发现,实际的机械对准引起连接损耗的因素有横向错位、端面之间有间隙和光纤角度错位三类。下文将用MATLAB软件对这三种因素进行仿真分析。

2损耗仿真分析

2.1横向错位

图2所示为用MATLAB软件得到的单模光纤横向错位导致的耦合效率和连接损耗,d/w为相对横向错位偏移,d/a为相对横向纤芯偏移。若光斑尺寸定为4μm,则错位的最大极限为1.9μm。从图2能够得出d/w=0.48时,连接损耗为1dB。可得已知横向偏移量d、光斑尺寸ω,纤芯半径a,光波波长λ,光纤归一化频率V,在不同波长下,d/a对连接损耗的影响如图3所示。

由图3可以得出,1.55μm的单模光纤连接损耗比1.3μm的低,这是因为长波长时的光斑尺寸较大,从而使损耗对光纤轴轻微错位有较低的灵敏度。在下文中,假定所采用的光纤为均匀折射率分布,也就是说其截面上的光功率、光强的角分布及其偏振都是均匀的,即光只有在发送和接收光纤的纤芯重合的情况下才能传播。表1为单模光纤与多模光纤横向对准误差比较。

由表1可知,d =0.75μm是一个分界点,在d <0.75μm时,单模和多模光纤的连接损耗的增加都比较缓慢,而且单模光纤的损耗增加幅度还略小于多模光纤;而在d>0.75μm时,单模光纤的损耗增加趋势发生了变化,出现了激增现象,此时多模光纤的损耗增加趋势仍然十分缓慢。此外,在耦合损耗相同的情况下,多模光纤d的允许误差要比单模光纤的小,即高阶模比低阶模有更严重的衰减。

2.2端面之间有间隙

图4给出了a=4μm时,针对单模阶跃光纤的端面间隙损耗进行的数值分析。从图中可以看出,在相对端面间隙x/a为2.4时,此时端面间隙实际为9.6μm,只会产生0.4dB的损耗,由于实际应用端面间隙不会更大,故此时认为端面间隙并不是关键的损耗因素。

图4波长为0.8μm,w/a=1时单模阶跃光纤的端面间隙损耗

图5进一步分析了相同匹配液(折射率为1)条件下,数值孔径NA分别为0.48、0.41、0.24、0.12时端面间隙产生的连接损耗。

从图5可以看到:关于端面间隙产生的连接损耗,如果在不同的光纤中选用同样的匹配液,即在折射率相同的情况下,NA越大,连接损耗也会越大,这是由于NA的大小直接影响了光束发散的速度。

2.3光纤角度错位

图6所示为单 模阶跃光 纤中,包层折射 率为1.46,V为2.4时,光纤的连 接损耗和 耦合效率。从图中可以看出:随着错位角度的增大,耦合效率降低,连接损耗增大。在光纤的NA不同时,我们又对其耦合过程中产生的连接损耗与角度错位的关系进行了计算,结果如图7所示。

从图6、图7可以看到:(1)在角度错位相对较小的范围内,耦合过程产生的连接损耗随着角度的增大而增加。(2)在角度误差较小的情况下,连接损耗随着角度错位的增大呈线性趋势的变化。(3)在NA相对较大的情况下,角度错位只会产生更低的连接损耗。(4)对于相同的NA,其填充物的折射率直接影响着耦合效率(连接损耗增大),折射率的增大会导致耦合效率的降低。(5)在NA =0.12的情况下,随着角度错位的增大,连接损耗会逐渐加大,当角度错位超过某一特殊值后,连接损耗会随着角度错位的增大而迅速减小,这说明传统的计算公式已经不再适合。另外,匹配液折射率和NA使角度错位对连接损耗的影响正好与端面间隙的情况相反。

3三种机械误差的连接损耗对比

图8所示为三种机械误差的连接损耗对比。从图中可以看出:产生连接损耗最大的是横向错位。在模型建立的各个环节,都会不可避免地产生误差。误差不能消除,只能尽量地减小。我们需要对模型的影响因素进行合理的规划和分析,使误差范围能够最小化,模型的构造更加精准化。

4结束语

光纤熔接损耗分析 篇9

随着FTTx计划的积极推进, 光纤通信日益受到重视。在光纤传输线路施工过程中, 光纤接续是必不可少的环节。光纤的接续一般有熔接、活动连接、机械连接三种, 在工程实施中大多采用熔接法。因为这种方法的熔接损耗小, 反射损耗大, 可靠性高。在光纤传输过程中, 光纤损耗的高低直接影响到传输距离的远近。因此, 提高光纤熔接质量、降低光纤熔接损耗, 是非常重要的。

2 光纤熔接的步骤

光纤熔接是光纤接续工作的中心环节, 熔接步骤如图1所示。

2.1 前期准备

(1) 光缆开剥

光缆的开剥要根据收容盘的尺寸来确定, 尽量开剥长一些, 一般开剥长度预留1m左右。开剥时注意进刀深度, 否则容易划伤内部套管及光纤。

(2) 分纤

将不同颜色的光纤分开。

(3) 套热缩管

剥去涂覆层的光纤很脆弱, 使用热缩管, 可以保护光纤熔接头。在选择热缩管时, 注意不要选择劣质、尤其已经弯曲变形的热缩管。劣质热缩管在热缩时, 内部会产生应力, 施加到光纤上容易产生故障。

(4) 光纤剥敷

光纤是由圆柱形介质波导由纤芯、包层、涂层三部分组成。光纤的剥敷实际上指的是剥除光纤涂面层, 操作时要掌握平、稳、快三字剥纤法。“平”指持纤要平, 左手拇指和食指捏紧光纤, 使之成水平, 防止打滑;“稳”要求剥纤钳握得稳, 不允许打颤、晃动;“快”是指剥纤要快, 剥纤钳应与光纤垂直, 上方向内倾斜一定角度, 然后用钳口轻轻卡住光纤, 右手随之用力, 顺光纤轴向平推出去, 一气呵成, 尽量一次剥敷彻底, 不能犹豫停滞。

(5) 光纤清洁

为保证光纤涂覆层剥除后无残留, 需用药棉或无尘试纸沾上无水酒精擦拭光纤。

(6) 光纤切割

光纤的切割是光纤端面制备中最关键的部分, 切刀的选择和操作人员的操作规范都至关重要。

切刀有手动、电动两种。手动切刀操作简单, 性能可靠, 要求裸纤较短, 但对环境要求较高;而电动切刀切割质量较高, 适合在野外寒冷条件下作业, 但操作较复杂, 工作速度恒定, 要求裸纤较长。操作熟练的人员在常温下进行快速光缆接续或抢修宜选用手动切刀, 初学者或是在野外寒冷条件下作业宜用电动切刀。

操作人员应按照切割操作规范进行操作, 掌握动作要领。首先要清洁切刀和调整切刀位置, 切刀要摆放平稳, 切割时, 动作要自然平稳、避免断纤、斜角、毛刺、裂痕等不良端面的缠身, 保证切割的质量。在接续中应根据环境, 对切刀“V”型槽、压板、刀刃等进行清洁, 防止端面污染。

(7) 放置光纤

光纤的放置是一个细致工作, 要保持周围环境清洁, 工作人员应身着工作服, 两手要保持干净。步骤主要包括:轻轻打开防压盖及光纤夹具;小心翼翼将光纤由上而下放置于光纤夹具及“V”型槽中, 露出2-3毫米查看光纤端面是否接近于电极棒处, 切勿超过两个电极棒的中线;平稳放置光纤夹具并固定光纤听到发闷声音“砰”;轻轻盖上防压盖。

2.2 光纤熔接

在光缆接续中, 必须选择高性能的熔接机。应根据光缆工程的实际需求及经济能力, 选择性能优良、运行稳定、熔接质量高、操作简单、维护方便的机器。

同样, 在熔接前也应根据光纤的材料和类型, 设置好最佳电流、时间和光纤送入量等参数, 清洁熔接机“V”型槽、电机、熔接室等, 注意观察熔接中有无气泡、虚熔等不良现象, 及时根据上述不良现象分析原因, 并采取相应的改进措施。

熔接过程如图2所示。

2.3 后续工作

(1) 加热热缩管

将热缩管放在熔接裸纤中心, 放到加热器中加热。加热完毕后从加热器中轻轻拉着光纤使其两端保持笔直, 目测套管是否不满6mm、裸纤内有无气泡、保护套管有无收缩、光纤涂覆层有无气泡, 如正常, 放置在冷却台冷却。

(2) 盘纤

科学的盘纤, 可使光纤布局合理、附加损耗小、经得住时间和恶劣环境的考验, 并且可以避免挤压造成的断纤现象。盘纤的方法主要包括:

(1) 按先中间后两边顺序盘纤, 即先将热缩后的套管逐个放置于固定槽中, 然后再处理两侧余纤, 保护光纤接点, 避免盘纤可能造成的损害。这种情形比较适合于光纤预留盘空间小、光纤不易盘绕和固定的情形。

(2) 从一端开始盘纤, 固定热缩管, 然后再处理另一侧余纤。这种方式可根据一侧余纤长度灵活选择光缆护套管安放固定位置, 可避免出现急弯、小圈现象。

(3) 可根据实际情况采用多种图形盘纤的方式。按照余纤的长度和预留空间大小, 顺势自然盘绕, 不要生拉硬拽, 应灵活使用圆、椭圆等多种图形盘纤, 尽可能最大限度利用预留空间和有效降低因盘纤带来的附加损耗。

(4) 若个别光纤过长或过短, 可将其单独盘绕。带有特殊光器件时, 可将其另一盘处理, 若与普通光纤共盘时, 应将其轻置于普通光纤之上, 两者之间加缓冲垫衬垫, 以防止挤压造成断纤, 且特殊光器件尾纤不可太长。

3 影响熔接损耗的因素

影响光纤熔接损耗的因素有很多, 主要分为本征因素和非本征因素两类。

本征因素主要包括:模场直径偏差、纤芯不圆度、模场或纤芯与包层的同心度偏差。本征因素所引起的损耗不能通过改善接续工艺或接续方式予以减小。由接续方式、接续工艺和接续设备的不完善性造成损耗则属于非本征因素的范畴。

此外, 操作人员的操作水平、工作经验、熔接机电极的清洁程度、熔接参数等都直接影响到熔接损耗的大小。

4降低熔接损耗的方法

4.1电极的选择

大多数的熔接机都是采用电极间放电所产生的电弧来对光纤加热进行熔接。随着熔接机在使用过程中熔接次数的增加, 电极的端部会沉淀污染物, 这些污染物在熔接过程的高温作用下形成二氧化硅沉淀。沉淀的二氧化硅作为绝缘体在电极表面形成随机分布的低导电区。这会使得光纤的加热随着时间的推移而不稳定, 将直接导致光纤熔接质量的下降。因此, 定期对电极进行清理是行之有效降低熔接损耗的方法。

但机械的清洁对操作人员的要求比较高, 除了要有拆卸、安装、清洁的知识, 还要防止因为误操作而污染电极、造成更严重后果的发生。为降低机械清洁电极造成的不良影响, 可选择带电弧稳定器的电极。这种电极通过某种对污染物不敏感的装置将电弧发生位置固定, 使得光纤加热稳定, 以获得较小熔接损耗。同时, 它与机械清洁不同, 该电极是免维护的, 与标准电极相比, 平均损耗降低, 有效保护熔接机的性能。

4.2操作规范

严格按照操作规范完成光纤的接续过程。严禁工作人员在多尘及潮湿的环境中露天操作, 不得让光纤接头受潮, 准备切割的光纤必须清洁, 不得有污物。切割后的光纤不得在空气中暴露时间过长, 尤其是在多尘潮湿的环境中。接续环境温度过低时, 应采取必要的升温措施。

另外, 光纤端面的制备是光纤接续最为关键的工序。光纤端面的完善与否是决定光纤连接损耗的重要原因之一。因此, 操作人员在进行端面处理时需强化操作规范, 保证端面制作良好。

5结束语

在光纤应用越来越广泛的今天, 研究光纤熔接损耗也变得日益重要。本文从光纤熔接的步骤出发, 分析熔接损耗产生的原因, 并提出了熔接损耗降低的几种方法, 以提高光纤的传输性能。

摘要：随着FTTx计划的推进, 光纤通信在信息传输领域已占据越来越重要的地位。而光纤接续中熔接损耗的大小直接影响到信号的传输距离。文章重点介绍了光纤熔接的基本步骤, 分析熔接损耗产生的原因, 并阐述了影响熔接损耗的主要因素及降低熔接损耗的方法。

关键词：光纤,熔接损耗,步骤

参考文献

[1]孙学康, 张金菊.光纤通信技术[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

[2]原荣.光纤通信电子[M].北京:电子工业出版社, 2010.

[3]关亚林, 牛亚青, 王晖.有线电视网络与传输技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2005.

[4]刘世春.通信线路维护使用手册[M].北京:人民邮电出版社, 2007.