光纖帶光纜的發(fā)展動向

光纖帶光纜的發(fā)展動向引言自從20多年前低損耗光纖進入實用以來，在長途線路和市內(nèi)局間中繼線路上已普遍使用光纜。1993年美國政府提出要在1997~2000年初步建成“信息高速公路”之后，許多國家都紛紛提出要在2015年前建成“信息高速公路”。從現(xiàn)在的以模擬電話為主的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向未來的寬帶綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)必須實現(xiàn)接入網(wǎng)中用戶環(huán)路的光纜化。用戶環(huán)路的光纜化是在建設(shè)“信息高速公路”中投資最大而任務(wù)最艱巨的一環(huán)。因而，設(shè)計與制造性能良好、成本低廉和使用方便的用戶環(huán)路用光纜是至關(guān)重要的。未來的用戶環(huán)路的構(gòu)成有多種可能的形式，可以是有源的，也可以是無源的；可以是星形的，也可以是環(huán)形的。最后一個光纜節(jié)點離用戶的距離也不同，光纜可以直接通到用戶，也可以只到大樓、街邊或小區(qū)。圖1示出用戶環(huán)路的一般結(jié)構(gòu)。這里不作詳細(xì)討論。但是無論采用何種具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對光纜來說，用戶環(huán)路中的光纜最主要的特點是大芯數(shù)。所以，提高光纜中光纖的集裝密度和纜中光纖的接續(xù)速度是要考慮的兩個重要因素。為了解決這兩個問題，先把若干根光纖組成光纖帶后再裝入纜中是一種有效的措施。光纖帶的研究開始于1977年，而隨著光纖進入用戶環(huán)路而得到了加速。日本是首先主張光纖到戶(FTTH)的國家，80年代后期就加速開展光纖帶光纜(帶狀光纜)的研究和開發(fā)，最近又提出要提前于2010年實現(xiàn)光纖到戶。所以在光纖帶光纜的開發(fā)中包括大到數(shù)千芯的光纜。然而，北美和歐洲的大部分國家則提出首先實現(xiàn)光纖到大樓(FTTB)、光纖到街邊(FTTC)或光纖到小區(qū)(FTTZ)，所以把重點放在開發(fā)1000芯以下的光纜上。這種方案可能更適合于我國的國情。在本文中也將重點討論這些光纜。在用戶環(huán)路中，除了在饋線部分需用大芯數(shù)的光纜外，在配線部分(如圖1所示)還需要芯數(shù)比較小的光纜。這些光纜也能利用光纖帶的某些優(yōu)點而采用光纖帶。此外，在高壓輸電線的架空地線中加入光纖帶單元來代替單纖單元也是光纖帶的一個重要用途。本文也將對光纖帶的這些用途作簡單的介紹。二緇節(jié)點圖1用戶環(huán)路的一般結(jié)構(gòu)光纖帶在光纜中采用光纖帶代替單纖有以下幾點好處：提高光纜中光纖的集裝密度，也就是說在給定外徑的光纜中能容納更多的光纖。這不但節(jié)約了光纜成本而且也節(jié)省了管道。光纖帶中的光纖可以進行集體接續(xù)，大大縮短接續(xù)時間。對于在用戶環(huán)路中的光纜，由于接頭的數(shù)目大大多于長途光纜，這點好處尤為重要。光纖帶的應(yīng)用使光纜中的光纖容易識別，并使光纜接頭盒中盤留的光纖能排列整齊而便于維護。使光纜附件(例如接頭盒)的尺寸縮小而降低成本。光纖帶的結(jié)構(gòu)光纖帶有兩種基本結(jié)構(gòu)，即包封式和粘邊式。圖2示出它們的剖面。

尺寸單怠MJH圖2光纖帶的結(jié)構(gòu)在包封式光纖帶內(nèi)，每根光纖的四周均被包封用的涂料所包圍；在粘邊式光纖帶內(nèi)，只有光纖的相鄰兩側(cè)有涂料粘結(jié)。表1列出IEC794-3(1994)中關(guān)于光纖帶幾何尺寸的規(guī)定。表中所用各種尺寸的符號在圖3中說明。表2和表3分別列出國外和國內(nèi)幾個制造廠所生產(chǎn)的光纖帶的尺寸的例子。從這幾張表中可見，IEC的規(guī)定很寬松。各國所生產(chǎn)的光纖帶的尺寸一般都小于IEC的規(guī)定。似乎有多采用薄包封層光纖帶的趨向。圖3說明光纖帶幾何尺寸的剖面圖表1 IEC794-3(1994)關(guān)于光纖帶尺寸的規(guī)定(um)光纖帶中光纖數(shù)寬度w厚度t光纖水平間隔光纖平整度p相鄰d兩側(cè)b2700480280280一412204802808355061770480280138550*82300480300192050*102850480300245050*123400480300295050*注：暫定值表2國外制造廠光纖帶尺寸的例子(um)光纖帶內(nèi)光纖數(shù)目制造廠A制造廠B包封式粘邊式厚涂層包封式薄涂層包封式平整度寬度w厚度t寬度w厚度t寬度w厚度t寬度w厚度tp411203801020300W1220400±40W1220320±20W30616303801530300W1760400±40W1760320±20W30821403802040300W2300400±40W2300320±20W301231603803060300W3320320±20W30表3國內(nèi)制造廠光纖帶尺寸的例子(um)光纖帶內(nèi)光纖數(shù)目制造廠C制造廠D雙涂層包封式單涂層包封式包封式粘邊式平整度寬度w厚度t寬度w厚度t寬度w厚度t寬度w厚度tp2610350570300411203501080300W1220W460W1115W320W506W1760W460W1645W320W50821703502130300W2300W460W2160W320W501232103503170300W3400W460W3235W320W50光纖帶型式的選擇主要取決于以下幾個因素：光纜的結(jié)構(gòu)-光纖帶上較厚的涂層提供更好的緩沖作用，使光纖帶的抗微彎性能并因而其抗側(cè)壓性能較好。在骨架式光纜中，往往要把多根光纖帶密集地放入骨架槽中，容易受到側(cè)壓力。所以最好采用包封式光纖。與之相反，在松管式光纜中，放在松管中的光纖帶幾乎不會受到側(cè)壓力，而為了減小松管的尺寸，可以采用粘邊式光纖帶。生產(chǎn)工藝-粘邊式光纖帶一般只需一次涂覆成型，而涂層較厚的包封型光纖帶常需二次成型，在工藝上要復(fù)雜一些。生產(chǎn)成本-生產(chǎn)光纖帶所用的涂料的價格較高，在光纖帶的成本中占相當(dāng)?shù)谋戎亍２捎猛繉虞^薄的光纖帶有利于降低成本。而且，光纖帶尺寸的減小也使光纜的成本有所降低。光纖帶的生產(chǎn)流程光纖帶的生產(chǎn)是從已著色的光纖開始的。圖4為光纖帶生產(chǎn)流程的示意圖。首先把著色光纖從各只放線盤上平滑地放出。在進行張力測量以后(放線張力一般應(yīng)控制于3?6N)經(jīng)過導(dǎo)輪和靜電消除器而來到涂覆杯。在涂覆杯中，多根光纖被平行地粘結(jié)在一起。當(dāng)需要較厚的涂層時，要經(jīng)過一個雙重濕-濕的涂覆過程。這個機械部件是光纖帶的生產(chǎn)流程中最精密的部分。涂覆杯中的模子給光纖帶提供了正確的幾何形狀和尺寸。涂覆了涂料的光纖然后通過紫外線燈。在紫外光的照射下，涂覆的樹脂迅速固化。固化后的光纖帶通過牽引輪和X-Y-軸測量裝置。最后成品光纖帶被收到直徑較大的收線盤上，流到下一道成纜工序。圖4光纖帶生產(chǎn)流程示意圖如果所用的光纖是未經(jīng)著色的，則應(yīng)先進行著色。著色工序可以單獨進行，也可以在著色-涂覆串列生產(chǎn)線上在一個工序中進行。光纖帶的色譜光纖帶色譜尚無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。國外的一些制造廠大多采用字母和顏色標(biāo)志來區(qū)分光纖帶疊堆中的光纖帶和光纖帶內(nèi)的光纖，國內(nèi)則大多采用顏色標(biāo)志。顏色標(biāo)志又分為領(lǐng)示色譜和全色譜兩種。領(lǐng)示色譜中包含一些不著色的本色光纖而節(jié)約一部分的著色工序且簡化了工廠管理，但是使用者區(qū)分光纖時略有不便。采用本色光纖還因省去著色層而使光纖外徑略小于其他著色光纖，在一定程度上影響光纖帶的平整度。故較適宜于小芯數(shù)的光纖帶。最近Alcatel在拉制光纖時在光纖的二次涂覆層中加進顏色，稱為“鎖色”。采用鎖色光纖能降低成本、使顏色更持久明亮而不影響光纖強度和光纖外徑。表4?表6示出領(lǐng)示色譜和全色譜的幾個例子。表44-芯光纖帶的領(lǐng)示色譜光纖帶序號1號纖2號纖3號纖4號纖1藍(lán)本色藍(lán)本色2橘本色橘本色3綠本色綠本色4棕本色棕本色5灰本色灰本色6紅本色紅本色表56、8、12、16芯光纖帶的全色譜(無光纖帶序號)光纖序號12345678 9 1011126-芯光纖帶藍(lán)橘綠棕灰白8-芯光纖帶藍(lán)橘綠棕灰白紅黑J'12-芯光纖帶藍(lán)橘綠棕灰白紅黑J'黃紫粉紅青綠16-芯光纖帶光纖1~8和9~16的色譜一與8-芯光纖帶的光纖色譜相同注：光纖帶疊堆中每根光纖帶上需要附加標(biāo)注來區(qū)分光纖帶的序號。表64、6、8、12、16芯光纖帶的全色譜(含光纖帶序號)光纖帶光纖光纖光纖光纖帶光纖光纖光纖序號NoNo~NoNo序號NoNo~NoNo1白2 n1藍(lán)111黑J'2 n1藍(lán)12白橘12黑J'橘3白綠13黑J'綠4白順次采用以下色譜：棕14黑J'順次采用以下色譜：棕5白藍(lán)、橘、綠、棕、灰、灰15黑J'藍(lán)、橘、綠、棕、灰、灰6紅白、紅、黑、黃、紫、藍(lán)16黃白、紅、黑、黃、紫、藍(lán)7紅藍(lán)、橘、綠、棕、橘17黃藍(lán)、橘、綠、棕、橘8紅綠18黃綠9紅棕19黃棕10紅灰20黃棕注：表中n為光纖帶中光纖的總數(shù)。若No光纖的顏色與No光纖的顏色相同，則No光纖改用白色。n-1 n n-1光纖帶的涂層在眾多的因素中，光纖帶的涂料及其固化為決定光纖帶性能的主要因素。為了減少光纖帶中的應(yīng)力，宜選用在常溫和高溫時有較高楊氏模量，而在低溫時楊氏模量和線膨脹系數(shù)都不太大的涂覆材料。固化后的涂層表面應(yīng)光滑而不帶黏性。最常用的光纖帶涂料是UV固化的丙烯酸氨基甲酸酯。當(dāng)用紫外光照射時，丙烯酸酯的交聯(lián)反應(yīng)會由于固化爐中的氧污染而受到阻礙，使光纖表面帶粘性。在光纖帶涂料中適當(dāng)加入一些光引發(fā)劑(photoinitiator)可以減少氧對固化反應(yīng)的阻礙作用。在涂料中加些釋放劑也可以減少表面的粘性。日本一家人造橡膠公司開發(fā)出一種在紫外光照射下會起反應(yīng)的聚二甲基硅氧烷。在光纖帶涂料中加入這種材料能大大降低固化好的光纖帶涂層表面的粘性。光纖帶的性能到目前為止，尚沒有國際公認(rèn)的光纖帶規(guī)范。IEC794-3(1994)除了在2.1節(jié)內(nèi)所提到的比較寬松的光纖帶幾何尺的規(guī)定外，只提出一些性能項目。下面將一些制造廠所進行的試驗項目和試驗結(jié)果作為例子進行簡要的介紹。在不久將公布的IEC794-3的新版中可能會有較詳細(xì)的性能規(guī)定。傳輸性能光纖帶內(nèi)光纖的傳輸性能基本上取決于成帶前單根光纖的傳輸性能。做成光纖帶后主要有以下幾項性能可能改變而需要測定：衰減-成帶后附加損耗一般在1310nm和1550nm波長上應(yīng)W0.01dB/km。衰減溫度特性-在-40°C到+60°C(除另有規(guī)定外)范圍內(nèi)進行。在溫度循環(huán)期間，衰減的變化應(yīng)在土O.ldB/km以內(nèi)。微彎損耗-在微彎試驗中，把光纖帶放在兩張p50級砂紙之間。首先不加壓力負(fù)載作為基準(zhǔn)。然后逐級加載并測量衰減。圖5示出試驗結(jié)果。

0080060080060040.0224 6 8 10121416IS20MS(kg)圖5微彎試驗(6-芯光纖帶)宏彎損耗-把光纖帶繞芯軸360度，芯軸的直徑從35mm變化到25mm。分別測定光纖的衰減。當(dāng)芯軸直徑變化時光纖的衰減變化如圖6所示。圖6宏彎試驗(6-芯光纖帶)機械性能和可操作性光纖帶的可剝性-光纖帶的涂層和光纖的涂層應(yīng)能一次剝離而不損傷光纖。一般需用加熱的剝頭器用人工進行操作。溫度可控制于70°C?100°C。剝頭的質(zhì)量是用剝好的光纖上的清潔程度來衡量的。光纖帶的可分支性-光纖帶內(nèi)的各根光纖必須能夠從光纖帶上撕下來而沒有任何光纖帶的涂料殘留于光纖上。而且，光纖的著色層應(yīng)保持在光纖上。光纖帶的抗扭轉(zhuǎn)性-把1000mm長的光纖帶的兩端固定，將一只旋轉(zhuǎn)夾子放在光纖帶的中間而以360度的步級旋轉(zhuǎn)。每轉(zhuǎn)360度測定一次光纖的衰減。結(jié)果如圖7所示。圖7扭轉(zhuǎn)試驗(6-芯光纖帶)光纖帶中光纖的卷曲(FiberCurl)-剝?nèi)ス饫w帶的涂層而把帶內(nèi)的全部光纖分離開來。這些光纖往往因為光纖的卷曲而不能保持于一個平面內(nèi)。這會在光纖帶的集體接續(xù)時增加接頭損耗，所以對于光纖的卷曲應(yīng)加以適當(dāng)?shù)南拗啤９饫w的卷曲通常用光纖的曲率半徑的倒數(shù)來表示(1/m)。光纖帶中光纖張力的不均勻往往是光纖卷曲的原因。圖8示出光纖卷曲直方圖。此好巻曲圖8光纖卷曲直方圖老化性能和相容性在干燥和潮濕環(huán)境中的老化；在水中的老化；與填充油膏的相容性。大容量光纖帶光纜大容量光纖帶光纜主要用于用戶環(huán)路中的饋線上，所以提高光纜中光纖的集裝密度以節(jié)省管道和加快光纜的接續(xù)速度以降低安裝成本就尤為重要。大芯數(shù)光纖帶光纜的主要結(jié)構(gòu)型式有松管式和骨架式。把多根光纖帶疊合在一起后放置于骨架槽中或松管中。松管可以是單一的中心管或?qū)咏g的松管(通常限于一層)；骨架可以是單骨架或?qū)咏g的多骨架，近來有多采用單骨架的趨勢。圖9示出芯數(shù)相同的骨架式、層絞松管式和中心松管式三種光纖帶光纜的剖面圖。層絞松管式在光纜進入用戶接入網(wǎng)以前，層絞松管式是使用得最普遍的光纜型式。當(dāng)時大多把光纖束裝在松管中。這種型式的光纜可以設(shè)計得使纜中的光纖始終幾乎不受應(yīng)力，所以具有較高的衰減穩(wěn)定性和可靠性。故特別適用于長途線路上。隨著光纜進入用戶環(huán)路，層絞松管式光纜逐暴露一些缺點。首先纜中光纖的集裝密度較低，在用戶環(huán)路中會多占管道。從圖9中可見，同樣是144芯的光纜，層絞松管式的外徑最大。第二個缺點是分支時較難接觸到光纖，特別是當(dāng)需要從一根光纜的中間接入時。另外一個缺點是不便于采用完全不充油膏的干纜芯光纜。目前松管一般是用PBT做成的。這種松管較硬而富有彈性，在接頭盒中操作時容易打小扣、剝開困難而盤留時容易彈出盒外。在這些方面也有待于改進。

在層絞松管式光纖帶光纜的設(shè)計中，當(dāng)光纖帶的芯數(shù)較多時，為了均化光纜彎曲時光纖中所產(chǎn)生的應(yīng)變，松管中的光纖帶疊堆必須進行扭絞(螺旋絞或SZ絞)。松管則絞合于中心加強件四周。當(dāng)要求從光纜中間進行分支時，需用SZ絞。SZ絞的節(jié)距應(yīng)根據(jù)在分支點上允許剝?nèi)サ拈L度來考慮。要適當(dāng)選擇光纖帶疊堆的扭絞節(jié)距和松管的扭絞節(jié)距以及松管中管壁與光纖帶之間的空隙，使光纜彎曲時光纖的應(yīng)變減少到容許程度。光纖帶疊堆中四只角上的光纖最容易發(fā)生應(yīng)變與微彎，在進行各項試驗時應(yīng)特別注意這些光纖。二I.Tr*ijIriI.I_l!J二I.Tr*ijIriI.I_l!JEj1irIT*jJVWjlLuj■■■JIPET倉世，境充心擁強忤卄竝-110mmNJJPE站蜥護總址芯包帝6X4械帶(a)144芯層絞松管式卿強鋼堆卄空門.5Em(a)144芯層絞松管式卿強鋼堆卄空門.5Em至就：約西訃飆m爭帶皚裝撕做繩填克袖膏(b)144芯中心松管式斗權(quán)4(b)144芯中心松管式斗權(quán)4芯比好帶習(xí)坤孫訐：145nim世塞：l90khkniJtS?中亡如誦鋼統(tǒng)然國胡-遇朮鎳味気帶(c)144芯單骨架式圖9三種結(jié)構(gòu)的光纖帶光纜目前層絞松管式光纖帶光纜的最大芯數(shù)約為1000芯。我國中天光纜集團試制了960芯層絞松管式光纖帶光纜。纜芯由8根松管絞合而成，每根松管內(nèi)放置10根12芯光纖帶。光纜外徑小于36mm。中心松管式當(dāng)光纜進入用戶環(huán)路后，為了增加光纜中光纖的集裝密度和便于從光纜的中間接入，80年代后期美國AT&T首先推出一種中心松管式光纜，稱為快速接入輕型光纜(商品名為Light-PackExpress簡稱LXE)⑹，小芯數(shù)(4?96芯)的采用光纖束，而大芯數(shù)(12?216芯)的采用光纖帶。圖9(b)示出144芯的光纜。這種光纜分有金屬和無金屬兩種。在有金屬光纜(LXE-ME)中，用兩根1.6mm鋼絲置于護套中，如圖所示；在無金屬光纜(LXE-DE)中，則用非金屬材料的加強構(gòu)件。因為這種材料的楊氏模量只有鋼絲的1/4，故非金屬加強件就從2根增加到6根。纜中的鋼帶鎧裝則取消。這時光纜的重量從298kg/km減小到268kg/km。LXE光纜已大量用于美國的接入網(wǎng)中。初期采用的光纖帶最大為12芯，纜中最多有18根光纖帶而做成216芯的光纜。后來又采用了16芯的光纖帶使光纜的最大芯數(shù)達(dá)到288芯。我國也開發(fā)了在結(jié)構(gòu)上略有不同的變種，采用光纖束的中心松管式光纜已大量使用于農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)中，而采用光纖帶的則正開始進入接入網(wǎng)。骨架式從圖9中可以見到，骨架式光纜提供最大的集裝密度。在用戶環(huán)路中，光纖衰減的小量變化一般可以容忍。骨架式光纜容易做成干纜芯而大大節(jié)省接頭時間。從光纜中間分支的問題已經(jīng)基本解決。所以在用戶環(huán)路中，人們已經(jīng)逐漸從過去在長途干線上愛用層絞松管的習(xí)慣中轉(zhuǎn)變過來而采用骨架式光纜。日本是光纖進入用戶環(huán)路最多的國家，同時也是采用骨架式最多的國家。在骨架式光纜的設(shè)計中，為了盡量減小光纖帶中的光纖可能受到的應(yīng)力，應(yīng)對骨架上槽的節(jié)距、骨架槽的寬度和深度進行適當(dāng)?shù)倪x擇，使得成品光纜在保證光纖應(yīng)變在容許范圍的同時，能具有良好的彎曲特性和衰減溫度特性。當(dāng)光纖帶被放進骨架槽時，光纖帶疊堆中各根光纖帶的張力需要有一定的差異。在過去，一般的做法是使槽底光纖帶的張力最大而槽頂光纖帶的張力最小。最近美國Siecor公司的研究證明，張力的次序應(yīng)當(dāng)?shù)惯^來。目前最大芯數(shù)的單骨架光纜具有13個槽，每個槽中放置10根8芯光纖帶而組成1000芯。纜的外徑為30mm，重量約為820kg/km。早在90年代初，日本曾用兩層絞合的(10+15)個U形槽或單槽骨架做成4000芯的光纜。每個骨架中放置10根16芯由薄涂層光纖做成的光纖帶，但因故未能推廣應(yīng)用。后來改用常規(guī)光纖帶來試制3000芯的光纜。這種光纜有幾種不同的結(jié)構(gòu)，其中一種由一個帶7個槽的中心骨架和13個環(huán)繞于其四周的U形槽組成。每個槽中放置10根16芯光纖帶。這種光纜的外徑為44mm，而重量為1400kg/km。過去對從骨架式光纖帶光纜的中間取出光纖帶是否方便存有疑慮，實踐證明只要光纜有盤留長度，把光纜彎成U形就能把骨架槽中的全部光纖帶抖出來(纜芯不充油膏)。在光纜無法彎曲的地方，例如在已安裝好的自承式架空光纜上，則需采用帶SZ扭轉(zhuǎn)的骨架槽。干纜芯光纜大部分室外光纜都用在纜芯間隙中填充油膏的方法來阻止水和潮氣進入光纜并沿光纜縱向傳播。雖然這種方法很有效，但也存在下列的一些缺點，而其中有些缺點對于用戶環(huán)路中的光纜更為嚴(yán)重。這些缺點有：在纜芯中填入油膏增加了光纜的重量，不利于安裝，特別是要把光纜牽引入管道時；填充油膏有可能滴流入接頭點而導(dǎo)致附加損耗，并使得在維護時重新打開接頭增加復(fù)雜性；可能與光纜中其他元件(如松管材料、護套材料等)發(fā)生相容性問題；在接續(xù)時要花費大量時間來抹去光纖、光纜部件和操作工具上的油膏，而清潔用的溶劑有危害健康的潛在問題；填充油膏使光纜中的外層非金屬加強件與護套粘結(jié)不良，當(dāng)用牽引夾頭安裝光纜時可能使護套撕裂；生產(chǎn)填充油膏的光纜可能會增加廢品率。為了消除或減少上述缺點，人們開始研究一種親水性的不含油脂的遇水膨脹材料來代替油膏。由于在單骨架光纖帶光纜內(nèi)纜芯中的空隙較少，所以首先在這種光纜上進行了試驗。只在骨架外面包上一層阻水帶，這種帶子含有超吸水性聚合物(SAP),例如聚丙烯酸酯。當(dāng)這種材料遇水時就膨脹呈膏狀，其吸水能力達(dá)自重的100倍。它把光纖帶四周的空間堵住，形成一個“塞子”阻止水進一步侵入。這種堵水光纜能夠通過BellcoreGR-20規(guī)范的水密性試驗。后來這種阻水帶有了改進，把SAP材料用水溶性膠粘在基帶上來做阻水帶，當(dāng)這種阻水帶遇到水后，部分SAP材料會從基帶上脫落到骨架槽中，SAP材料本身的遇水膨脹倍數(shù)也有所增加。于是阻水作用得到了進一步的增強。隨著這種方法的日趨完善，在層絞式松管光纜中也得到了應(yīng)用。在層絞式松管光纜中，除了上述的阻水包帶外，還要在光纜中的其他元件上或(及)元件之間采用阻水材料，使得當(dāng)有水侵入時可以堵住纜中全部的空隙。如果松管中的光纖帶采用合適的涂料而具有滑溜的表面時，松管中也可不充滑膏。在纜芯中不充油膏還帶來另外一個好處，就是增加纜芯中不同元件之間的摩擦力。由于光纜纜芯中各種元件的線膨脹系數(shù)各不相同，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，各個元件之間會有相對移動，這種移動常稱為“活塞效應(yīng)”。所以光纜的標(biāo)準(zhǔn)終端方法要求在光纜的端頭上把中心加強件和護套固定在一起。如果纜芯中沒有油膏，各元件之間的摩擦系數(shù)增加，使各個元件與加強件之間的耦合也增加。試驗證明，在非填充光纜中中心加強件與松管之間的耦合比填充光纜要大5倍。這樣，不充油膏的纜芯有助于減少“活塞效應(yīng)”。鑒于不充油膏的光纜在接入網(wǎng)中應(yīng)用時具有上述的各種優(yōu)點，預(yù)計將會被推廣使用。而且，可能會在接入網(wǎng)中的各種光纜中使用。小容量光纖帶光纜小容量光纖帶光纜主要用于用戶環(huán)路的配線網(wǎng)中。這些光纜應(yīng)考慮下列的幾個方面：直徑要小，一般小于10mm;安裝時承受的拉力??；生產(chǎn)成本低；下面是幾個例子。5.1緊結(jié)構(gòu)小直徑光纖帶光纜圖10示出Alcatel在挪威的一家光纜廠研制的一種小直徑的輕型光纜，這種光纜用于挪威的接入網(wǎng)中。纜芯包含6根4芯光纖帶，共24芯。光纜的外徑僅6mm，而重量僅30kg/km。容許的最小曲率半徑為110mm。光纜設(shè)計都采用標(biāo)準(zhǔn)的原材料，即聚乙烯護套、芳綸紗和FRP棒做的中心加強件。FRP棒的外面覆蓋了一層軟塑料。所有的光纜材料都是無毒的并不釋放任何有害氣體。當(dāng)需要從光纜的中間接入時，不必斷開所有的光纖帶。也可以用3根8芯光纖帶來代替6根4芯光纖帶。這時可以進一步節(jié)省安裝時間。纜芯中可以加入遇水膨脹材料，以便既適用于室內(nèi)又適用于室外。纜芯中不填充油膏。r——r——沖護fr滋14芯址列帯卜中心川：強杞!卄小亠-丄慢屆€rnjTi. 車■；対kg/km圖1024芯小直徑光纖帶光纜由于這種光纜外徑小而重量輕，用“手”也可以把數(shù)公里長的光纜放進管道。采用氣送技術(shù)時能吹送的長度更大。這種光纜是緊結(jié)構(gòu)，沒有余長，在承受拉力時光纖的應(yīng)變與光纜的應(yīng)變相同。當(dāng)拉力為500N時，拉伸應(yīng)變?yōu)?.10%；而當(dāng)拉力為1500N時，則為0.31%。管道用小容量骨架式光纖帶光纜圖11示出日本NTT開發(fā)的管道用小容量骨架式光纖帶光纜。這種光纜采用4根或8根4芯光纖帶組成16或32芯光纜。光纜外徑為8.6mm，而重量為60kg/km。這種小而輕的光纜使得把大長度光纜牽引入管道時所需的力減少到250N以下。這種光纜采用阻水帶代替填充油膏而便于安裝，如第4節(jié)中所述。龍戰(zhàn)戒4播4龍戰(zhàn)戒4播4出記軒忻14冰帶JT槽骨架中心加裔叫圖11管道用小容量骨架式光纖帶光纜架空用自承式光纖帶光纜

在用戶密度不高的地區(qū)，例如城市郊區(qū)，采用架空光纜往往比較經(jīng)濟。在這種場合，直徑小重量輕的自承式光纜是最好的選擇。在過去，自承式光纜常采用把纜芯與吊線結(jié)合為一體的8字形光纜。這種光纜較難得出足夠的余長來適應(yīng)架空環(huán)境中變化較大的溫度與負(fù)載所引起的應(yīng)變，而且在一定的風(fēng)速下會發(fā)生光纜的振蕩。在接入網(wǎng)中還時常需要在一根光纜的中間而不是在兩端接入某根光纖，并要求不影響光纜中的其他元件。這兩個要求使一些光纜廠開發(fā)了新型的自承式光纖帶光纜。圖12中的A型示出日本日立開發(fā)的自承式光纖帶光纜。這種光纜是在8字形光纜的基礎(chǔ)上開發(fā)的。在施加公共護套的過程中，采用特殊工藝使吊線與光纜之間的頸脖形成不連續(xù)的，而且使纜芯沿光纜長度左右移動，從而使纜的長度大于吊線的長度。所增加的長度約在0.2%~0.35%之間。纜芯是不充油膏的，用阻水帶來防水。護童K型吊找4芯光纖帶—反冋心護童K型吊找4芯光纖帶—反冋心帶szrt的甘架一加強構(gòu)件4L光軒帶圖12架空用骨架式光纖帶光纜圖12中的B型示出日本古河開發(fā)的自承式光纖帶光纜。這種光纜也是在8字形光纜的基礎(chǔ)上開發(fā)的。與圖12(a)中的光纜的主要差別在于纜芯沿光纜長度上下移動，正如用掛鉤把光纜掛在吊線上的情況相同。日本藤倉也開發(fā)了類似結(jié)構(gòu)的自承式光纜。在以上兩種自承式光纜的設(shè)計中，主要作了以下一些考慮：*纜芯長度大于吊線長度-這使當(dāng)負(fù)載(風(fēng)、冰凌或加掛分支接頭盒)或溫度改變而張力增加時，纜中的光纖可以不受或少受拉伸應(yīng)力，如圖13所示。拉伸力(kN：圖13吊線伸長與光纖伸長之間的關(guān)系骨架上SZ槽的扭轉(zhuǎn)角與搖擺節(jié)距的考慮-為了在桿檔中間能接入分支，必須采用合適的扭轉(zhuǎn)角與搖擺節(jié)距。在桿檔中間接入時，能夠剝?nèi)サ淖o套長度受接頭盒尺寸的限制，一般不能超過500mm。為了能對纜中光纖進行操作，當(dāng)光纖從骨架槽中拉出后光纖離開骨架表面的距離s至少需要20mm。這個距離可計算如下（參見圖14）：2a嚴(yán)岫創(chuàng)位直丁譽列創(chuàng)&型2a嚴(yán)岫創(chuàng)位直丁譽列創(chuàng)&型圖14SZ扭轉(zhuǎn)的骨架槽和護套的切割位置在最佳的情況下，剝開的護套的中點準(zhǔn)對著槽的反轉(zhuǎn)點。這時，護套的兩個切口處的光纖帶位于纜芯的同側(cè)。距離S計算如下：I（L\2TOC\o"1-5"\h\zA=|L2+a 申 ⑴飛IP'2丿s=—<A2-L2=a—申 （2）2 P式中A=從骨架槽中拉出的光纖帶總長度；L二剝?nèi)サ淖o套長度；a二骨架中心到槽底的距離；P=骨架槽搖擺節(jié)距；屮二骨架槽扭轉(zhuǎn)角度（弧度）；在最差的情況下，在剝開的護套的兩個切口處的骨架槽正好位于骨架的相反兩側(cè)。這時，距離s由式（3）給出：(3)圖15按式（3）繪出在護套切割位置最差的情況下，各種不同的a值時距離s與搖擺節(jié)距p之間的關(guān)系。200jryj4CC-<00 閃up.ntm圖15拉出的光纖離骨架的距離s與搖擺節(jié)距p之間的關(guān)系從圖15可見，若L=500mm,屮=270°,而a=3mm，則為了使s不小于20mm，搖擺節(jié)距p不得大于300mm。吊線強度的考慮-架空自承式光纜中吊線的強度應(yīng)當(dāng)能夠承受①光纜本身的重量；②分支接頭盒的重量（假定接頭盒在桿檔中點的最壞情況）；③在0°C附近時的冰凌負(fù)載；④在最低溫度時的風(fēng)力（包括分支接頭盒所受的風(fēng)力）負(fù)載；⑤靠在光纜上的梯子和一名工作人員的負(fù)載。還要考慮架設(shè)光纜時的起始垂度，并采用2?3的安全系數(shù)。骨架槽的寬度與深度的考慮-常規(guī)的骨架式光纖帶光纜中，光纖帶疊堆中的光纖帶都是平行于骨架槽底放置的。然而，當(dāng)骨架槽作SZ扭轉(zhuǎn)時，在骨架槽的反轉(zhuǎn)點上光纖帶將向其側(cè)面彎曲而不是向其厚度方向彎曲。這會使帶內(nèi)的光纖受到過量的應(yīng)變，尤其是光纖帶邊上的兩根光纖。所以，在槽的反轉(zhuǎn)點上要使光纖帶的側(cè)面向槽底，如圖16所示。用了這種放法，無論在反轉(zhuǎn)點或在兩個

反轉(zhuǎn)點的中點上，光纖帶的彎曲都是在光纖帶厚度的方向，從而緩解了在常規(guī)放法中的側(cè)向彎曲所帶來的過量應(yīng)變。為了達(dá)到這個目的，骨架槽的寬度與深度應(yīng)使槽中的光纖帶疊堆可以在槽內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。也就是說，骨架槽的寬度與深度都應(yīng)大于光纖帶疊堆對角線的長度。圖16光纖帶疊堆在SZ扭轉(zhuǎn)的骨架槽中的位置骨架槽數(shù)的優(yōu)選-當(dāng)骨架式光纜中光纖帶的總數(shù)已給定時，骨架上的槽數(shù)和每槽中的光纖數(shù)有一個最佳值使骨架的直徑最小。圖17示出24-芯光纖帶光纜的例子。從圖中可以見到，用3槽的骨架能使骨架的外徑最小，約為5mm。圖1724-芯光纖帶光纜骨架槽數(shù)的優(yōu)選光纖帶在OPGW中的應(yīng)用由于光纖帶的應(yīng)用有利于減少OPGW中光纖單元的直徑，對于減輕高壓輸電線路桿塔的負(fù)載很有好處，所以光纖帶很快被應(yīng)用到OPGW中。這種OPGW常稱為ROPGW。初期使用的光纖帶是常規(guī)的光纖帶，后來考慮到OPGW會受到電力線短路時在OPGW的導(dǎo)體中所產(chǎn)生的熱的影響，于是開發(fā)了一種特殊涂層的光纖帶。這種光纖帶首先在常規(guī)的涂覆光纖上涂上一薄層新開發(fā)的UV固化的丙烯酸硅酯(UVsiliconeacrylateresin)來保證高的硬度和抗側(cè)壓能力，然后熱敷一層硅樹脂，再加上一個氟碳聚合樹脂的套。這種氟碳聚合樹脂的熔點高達(dá)300°C而具有良好的抗熱性和光滑的表面。ROPGW主要有下面兩種型式。6.1鋁骨架型圖18(b)示出用上述光纖帶制造的48-芯鋁骨架ROPGW，而圖18(a)則示出常規(guī)的36-芯鋁骨架OPGW。表7列出它們之間的比較。從表可知，48-芯ROPGW的外徑還略小于36-芯OPGW的外徑。(a)36芯單鋁骨架OPGW

(b)48芯單鋁骨架ROPGW圖18常規(guī)的36-芯OPGW與新開發(fā)的48-芯ROPGW的結(jié)構(gòu)表7常規(guī)的36-芯OPGW與新開發(fā)的48-芯ROPGW的比較項目光纖數(shù)目光纖單元結(jié)構(gòu)光纖單元直徑OPGW直徑常規(guī)OPGW36硅酯光纖與聚酰亞胺包帶8.0mm13.7mm新開發(fā)的ROPGW48UV光纖帶和氟碳聚合物7.5mm13.2mm韓國用光纖帶開發(fā)了72-芯的鋁骨架型ROPGW。它們應(yīng)用了涂覆了最常用的UV丙烯酸樹脂的粘邊式光纖帶。在3根8芯光纖帶疊堆外面加上一個長方形的氟碳聚合物的套子，如圖19所示。套子的高度為2.5mm，寬度為3.3mm，厚度為0.2mm。在套子里面充有抗熱的填充混合物，光纖帶疊堆與套子內(nèi)表面的高度間隙Ch為0.6mm，而寬度間隙Cw為0.4mm。填充混合物除了起抗熱作用外,還能防止光纖帶互相粘連在一起。氟碳聚合物做的套子還對制造過程中的應(yīng)力起著緩沖使用。在長方形套子中的光纖帶留有足夠的余長，使得在制造過程中光纖(特別是光纖帶邊上的光纖)的衰減增加盡可能少。為了證明這個氟碳聚合物套子的作用，作了有套子和無套子的對比試驗。試驗結(jié)果說明用了套子后，在制造過程中光纖發(fā)生的應(yīng)變、熱沖擊試驗和長期熱試驗中的衰減增加、拉伸應(yīng)力下的光纖應(yīng)變，以及MAC值與彎曲時衰減變化的關(guān)系等方面都有顯著改善。MAC值是用來衡量光纖對宏彎的敏感性的一個量，它等于光纖的模場直徑除以截止波長。隨著MAC值的加大，光纜彎曲時的衰減增量也加大。在給定的MAC值時，衰減增量越小就說明抗宏彎的能力越好。24壓光殲單元\—24壓光殲單元\—鋁色審統(tǒng)耐熱混汁也昭芯光纖帶圖19 72芯單鋁骨架ROPGW海底光纜型最近，美國Simplex公司開發(fā)了一種緊結(jié)構(gòu)的ROPGW系列。這個系列分A型和B型兩種，前者適用于1~48芯而后者適用于49~144芯。圖20及圖21分別示出這兩種型式的ROPGW。這些OPGW采用了SL越洋海底光纜技術(shù)而具有可與長距離海底光纜相比擬的可靠性。下面簡要說明其特點：采用高篩選強度的光纖來支持運行時光纖容許受到的應(yīng)力。在光纖帶外面包上一層較厚的丙烯