Tutto quello che devi sapere sui cavi in ​​fibra ottica

Cosa fa il cavo in fibra ottica?
Cavo in fibra ottica è un mezzo di comunicazione che utilizza onde luminose per trasmettere informazioni in fibre ottiche ed è ampiamente utilizzato nei moderni sistemi di comunicazione. Non solo presenta vantaggi tecnici significativi, ma mostra anche un grande valore nelle applicazioni pratiche. Di seguito verrà elaborato il ruolo dei cavi in ​​fibra ottica sotto molteplici aspetti.

1. Trasmissione dati ad alta velocità
Uno dei vantaggi principali dei cavi in fibra ottica è la velocità di trasmissione estremamente elevata. Rispetto ai tradizionali cavi in ​​rame, i cavi in ​​fibra ottica utilizzano segnali ottici invece di segnali elettrici per la trasmissione dei dati, in modo da poter raggiungere una larghezza di banda a livello di GHz, superando di gran lunga i limiti dei cavi in ​​rame. Ciò significa che una grande quantità di dati può essere trasmessa contemporaneamente su cavi in fibra ottica, come applicazioni a larghezza di banda elevata come video HD, streaming video 4K/8K, realtà virtuale (VR), realtà aumentata (AR), ecc.

Inoltre, la velocità di trasmissione dei cavi in fibra ottica è vicina alla velocità della luce (circa 3×10⁸ m/s), rendendo la trasmissione dei dati quasi esente da ritardi, il che è molto adatto per scenari applicativi con requisiti di tempo reale estremamente elevati, come giochi online, telemedicina, transazioni finanziarie, ecc.

2. Trasmissione a lunga distanza
Un'altra caratteristica notevole di cavi in fibra ottica sono le loro caratteristiche di bassa perdita. Poiché la perdita di propagazione dei segnali ottici nelle fibre ottiche è molto bassa, questi possono essere trasmessi su distanze maggiori senza una frequente amplificazione del segnale. Ciò rende i cavi in ​​fibra ottica molto adatti per le comunicazioni a lunga distanza, come le connessioni di rete dorsali tra città e paesi.

Al contrario, i cavi in ​​rame di solito possono essere trasmessi efficacemente solo entro un raggio di decine di chilometri a causa della rapida attenuazione del segnale, mentre le fibre ottiche possono facilmente raggiungere distanze di trasmissione di centinaia o addirittura migliaia di chilometri, migliorando notevolmente l’efficienza della comunicazione e la copertura della rete.

3. Interferenza anti-elettromagnetica
Una caratteristica importante dei cavi in fibra ottica è la loro capacità di resistere alle interferenze elettromagnetiche. Poiché le fibre ottiche stesse sono fatte di vetro e non sono conduttrici, non sono influenzate dai campi elettromagnetici come i cavi di rame. Ciò rende i cavi in ​​fibra ottica più stabili e affidabili in ambienti con forti interferenze elettromagnetiche (come vicino a impianti elettrici ad alta tensione, ambienti di controllo industriale, ospedali, ecc.).

Questa caratteristica è particolarmente importante per i sistemi di comunicazione che richiedono elevata affidabilità (come comunicazioni militari, trasmissione di immagini mediche, automazione industriale, ecc.), garantendo la continuità e l'accuratezza della trasmissione dei dati.

4. Alta sicurezza
Le proprietà fisiche dei cavi in fibra ottica conferiscono loro anche un vantaggio naturale nella sicurezza delle informazioni. Poiché la fibra ottica non è conduttiva e i segnali ottici non vengono facilmente intercettati da dispositivi esterni, i cavi in ​​fibra ottica sono più difficili da intercettare o monitorare illegalmente rispetto ai cavi in ​​rame. Ciò rende i cavi in ​​fibra ottica ampiamente utilizzati in settori sensibili come quello governativo, finanziario e militare per garantire la sicurezza della trasmissione dei dati.

Inoltre, i segnali dei cavi in ​​fibra ottica sono invisibili, quindi anche se qualcuno tenta di osservare l'interno della fibra ottica ad occhio nudo, non riesce a ottenere il contenuto della trasmissione, il che ne aumenta ulteriormente la sicurezza.

5. Ampia gamma di applicazioni
Il campo di applicazione di cavi in fibra ottica è molto ampio e copre quasi tutti i settori delle comunicazioni moderne e della tecnologia dell'informazione. Nello specifico tra cui:

Rete dell'operatore di telecomunicazioni: utilizzato per costruire una rete dorsale nazionale o regionale per fornire accesso a Internet ad alta velocità.
Fornitore di servizi Internet (ISP): Fornire servizi Fiber-to-the-home (FTTH) per abitazioni e aziende.
Televisione via cavo (CATV): Utilizzato per trasmettere segnali video ad alta definizione.
Centro dati: Utilizzato per connettere server, switch e dispositivi di archiviazione per ottenere uno scambio di dati ad alta velocità.
Industria medica: Utilizzato per la diagnosi remota, la guida chirurgica e la trasmissione di immagini mediche.
Automazione industriale: Utilizzato per la trasmissione e il controllo dei dati ad alta velocità all'interno della fabbrica.
Militare e difesa: Utilizzato per comunicazioni riservate e sistemi di comando.
Trasporti ed energia: Utilizzato per la comunicazione nelle reti intelligenti, nel monitoraggio del traffico e nei sistemi di gestione dell'energia.

6. Supporto per molteplici tecnologie di comunicazione
Con il continuo sviluppo della tecnologia di comunicazione, i cavi in fibra ottica sono diventati un'infrastruttura importante per la prossima generazione di tecnologie di comunicazione (come 5G, 6G, IoT, comunicazione quantistica, ecc.). Ad esempio:

Rete 5G: Sebbene il 5G si basi principalmente sulla comunicazione wireless, le sue reti backhaul e fronthaul tra le stazioni base utilizzano ancora molti cavi in fibra ottica.

Internet delle cose (IoT): Cavo in fibra otticas fornire una garanzia per comunicazioni ad alta velocità e bassa latenza tra dispositivi di grandi dimensioni.

Comunicazione quantistica: I cavi in fibra ottica rappresentano la base per realizzare la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), ponendo le basi per lo sviluppo della futura Internet quantistica.

La flessibilità e la scalabilità dei cavi in ​​fibra ottica consentono loro di adattarsi alla continua evoluzione delle future tecnologie di comunicazione.

7. Tutela dell'ambiente e risparmio energetico
Cavo in fibra otticas presentano anche alcuni vantaggi ambientali durante la produzione e l'utilizzo. Innanzitutto, le materie prime dei cavi in ​​fibra ottica sono principalmente vetro al quarzo e guaine plastiche, e il loro processo produttivo ha un impatto minore sull’ambiente rispetto ai cavi in ​​rame. In secondo luogo, le caratteristiche di bassa perdita dei cavi in ​​fibra ottica fanno sì che sia necessaria meno energia durante la trasmissione, riducendo così il consumo di energia e le emissioni di carbonio.

Inoltre, la maggiore durata dei cavi in ​​fibra ottica riduce la frequenza di sostituzione, il che aiuta anche a risparmiare risorse e a proteggere l’ambiente a lungo termine.

Quali parti comprende la struttura dei cavi in ​​fibra ottica? In che modo queste parti influiscono sulle sue prestazioni?
La struttura di cavi in fibra ottica comprende principalmente le seguenti parti: anima del cavo, elementi di rinforzo e guaina. Ciascuna di queste parti ha funzioni diverse nei cavi in ​​fibra ottica e ha un impatto importante sulle prestazioni dei cavi in ​​fibra ottica.

1. Nucleo del cavo
Il nucleo del cavo è la parte centrale del cavo in fibra ottica ed è costituito da una o più fibre ottiche. La fibra ottica stessa è costituita da un nucleo, un rivestimento e un rivestimento.

Nucleo in fibra: È il canale per la trasmissione del segnale luminoso, solitamente realizzato in vetro o plastica ad alto indice di rifrazione. Il suo diametro determina il tipo di fibra ottica (monomodale o multimodale). Il diametro del nucleo della fibra ottica monomodale è piccolo (da circa 8,3 a 10 micron) ed è adatto per la trasmissione a lunga distanza; il nucleo della fibra ottica multimodale è più grande (da circa 50 a 62,5 micron) ed è adatto per applicazioni a breve distanza con larghezza di banda elevata.

Rivestimento: Materiale a basso indice di rifrazione che circonda il nucleo, utilizzato per confinare il segnale ottico all'interno del nucleo attraverso il principio della riflessione interna totale, garantendo una trasmissione efficiente del segnale ottico.

Rivestimento: Fornisce protezione meccanica per evitare che il nucleo e il rivestimento vengano influenzati da sollecitazioni esterne o usura.

Il design strutturale del nucleo del cavo influisce direttamente sulle prestazioni di trasmissione della fibra ottica. Ad esempio, la disposizione delle fibre ottiche nel nucleo del cavo (come torsione dello strato, scheletro, fascio di tubi o nastro) influenzerà le prestazioni di flessione e la resistenza alla pressione laterale della fibra ottica.

2. Elementi di rinforzo
Gli elementi di rinforzo vengono utilizzati per migliorare la resistenza meccanica dei cavi in fibra ottica in modo che possano resistere a forze esterne come tensioni e pressioni laterali durante l'installazione e la posa. I materiali di rinforzo comuni includono filo di acciaio, filato di aramide (Kevlar) e plastica rinforzata con fibra di vetro (FRP).

Elemento centrale di rinforzo: Solitamente situato al centro del nucleo del cavo per resistere alla tensione.

Elemento di rinforzo periferico: Situato vicino alla guaina per migliorare la resistenza alla compressione e alla flessione.

La selezione e la disposizione degli elementi di rinforzo influiscono direttamente sulle proprietà meccaniche dei cavi in ​​fibra ottica. Ad esempio, in un ambiente con forte interferenza elettromagnetica, gli elementi di rinforzo non metallici (come il filo di aramide) possono evitare interferenze elettromagnetiche e migliorare la stabilità della trasmissione del segnale.

3. Guaina
La guaina è lo strato più esterno del cavo in fibra ottica, che serve a proteggere la struttura interna dall'ambiente esterno. La guaina è solitamente composta da una guaina interna e da una guaina esterna.

Guaina interna: Solitamente realizzato in polietilene (PE) o cloruro di polivinile (PVC), viene utilizzato per prevenire l'umidità e fornire una protezione meccanica preliminare.

Guaina esterna: È possibile selezionare diversi materiali a seconda dell'ambiente di posa. Ad esempio, la guaina esterna LAP realizzata in nastro di alluminio e polietilene è adatta alla posa interrata diretta, mentre l'armatura in filo di acciaio viene utilizzata nelle scene che richiedono una maggiore resistenza alla pressione.

Il materiale e la progettazione strutturale della guaina hanno un'influenza importante sulla resistenza alla corrosione, alla temperatura, al ritardo di fiamma e alla resistenza ai raggi UV del cavo in fibra ottica. Ad esempio, alcuni materiali per guaine hanno buone proprietà ritardanti di fiamma e sono adatti per luoghi con elevati requisiti di protezione antincendio.

L'influenza di ciascuna parte sulla performance di cavo in fibra ottica
Prestazioni di trasmissione: La struttura e il materiale del nucleo del cavo influiscono direttamente sull'efficienza di trasmissione del segnale ottico. Ad esempio, la fibra monomodale ha un nucleo più piccolo ed è adatta per la trasmissione a lunga distanza, mentre la fibra multimodale ha un nucleo più grande ed è adatta per applicazioni a breve distanza con larghezza di banda elevata.

Proprietà meccaniche: La progettazione degli elementi di rinforzo e della guaina determina le proprietà meccaniche del cavo in fibra ottica, come resistenza alla trazione, resistenza alla compressione e resistenza alla flessione. Ad esempio, la scelta degli elementi di rinforzo influenzerà l'applicabilità del cavo in fibra ottica nella posa aerea, nell'interramento diretto o nella posa di condotte.

Adattabilità ambientale: Il materiale e la struttura della guaina determinano la durabilità del cavo in fibra ottica in diversi ambienti. Ad esempio, alcuni materiali della guaina hanno una buona resistenza alla corrosione e ai raggi UV, adatti per ambienti esterni o difficili.

Comodità di installazione: Il design strutturale del nucleo del cavo (come il tipo a strati intrecciati, il tipo a scheletro) e la disposizione degli elementi di rinforzo influenzeranno la difficoltà di installazione e la flessibilità del cavo in fibra ottica. Ad esempio, la struttura a strati intrecciati è facile da piegare e cablare, mentre la struttura a scheletro è più adatta per cablaggi ad alta densità.

Il design strutturale del cavo in fibra ottica è la chiave delle sue prestazioni. Il nucleo del cavo, gli elementi di rinforzo e la guaina hanno ciascuno funzioni diverse e insieme determinano le prestazioni di trasmissione, le proprietà meccaniche e l'adattabilità ambientale del cavo in fibra ottica. Selezionando e progettando adeguatamente queste parti, è possibile garantire che i cavi in ​​fibra ottica possano ottenere una trasmissione dati efficiente e stabile in vari scenari applicativi.

Come scegliere un cavo in fibra ottica per un ambiente specifico? Ad esempio, quale tipologia dovrebbe essere utilizzata per l'installazione sospesa, interrata o interna?
La scelta di un cavo in fibra ottica per un ambiente specifico deve essere determinata in base all'ambiente di installazione, allo scenario applicativo e alle esigenze specifiche. Di seguito sono riportati i consigli per la selezione del cavo in fibra ottica per diversi ambienti di installazione (ad esempio sopraelevati, sotterranei o interni):

1. Installazione sopraelevata
L'installazione sopraelevata viene solitamente utilizzata all'aperto, soprattutto in scenari in cui è necessario utilizzare pali o torri esistenti. Questo metodo di installazione è adatto per le comunicazioni a lunga distanza tra aree rurali e città e per scenari che richiedono una posizione di installazione elevata.

Tipo consigliato: cavo ottico autoportante (come ADSS, OPGW).

Caratteristiche:
ADSS (cavo autoportante completamente dielettrico): cavo ottico autoportante non metallico, adatto per installazione sopratesta, con buona resistenza al vento, al ghiaccio e ai raggi UV.

OPGW (cavo di terra composito in fibra ottica): cavo di terra aereo composito in fibra ottica, solitamente utilizzato per le linee elettriche, con funzioni sia di trasmissione di potenza che di comunicazione.

Quando si sceglie un cavo in fibra ottica per un ambiente specifico, è necessario effettuare una configurazione ragionevole in base allo scenario e alle esigenze applicative reali. Per l'installazione sopratesta si consigliano cavi ottici autoportanti (come ADSS o OPGW). Il vantaggio è che possono sfruttare appieno le linee elettriche esistenti o le risorse delle torri di comunicazione senza la necessità di ulteriori strutture di supporto, risparmiando così costi e tempi di costruzione.

Tali cavi ottici hanno una buona resistenza al vento, al ghiaccio e ai raggi UV e sono adatti per esigenze di comunicazione a lunga distanza e con larghezza di banda elevata, in particolare per un rapido impiego nelle aree rurali o tra le città.

2. Installazione sotterranea
L'installazione interrata è adatta per scenari in cui è richiesto un cablaggio nascosto, come centri città, tra edifici o ambienti che devono evitare interferenze esterne. I metodi di installazione sotterranea comprendono la posa di condotte, l'interramento diretto e la costruzione di microtrincee.

Tipi consigliati:
Posa di tubazioni: Utilizzare cavi ottici tipo GYTS o GYTA, adatti alla posa di tubazioni.
Posa ad interramento diretto: Utilizzare cavi ottici tipo GYTA53, idonei all'interramento diretto nel terreno.
Posa di microtrincea: Adatta per installazioni interrate poco profonde per ridurre l'impatto sulla struttura del terreno.

Caratteristiche:
Cavi ottici armati: come GYTS, GYTA, ecc., hanno uno strato di armatura metallica per fornire ulteriore protezione meccanica.
Prestazioni impermeabili: i cavi ottici sotterranei hanno solitamente un design impermeabile per impedire la penetrazione dell'umidità.

Nelle installazioni sotterranee, i cavi ottici armati (come GYTS, GYTA, ecc.) hanno migliori capacità di protezione fisica e possono resistere efficacemente alla pressione del suolo, all'erosione dell'umidità e ai danni fisici esterni. Sono adatti a scenari che richiedono elevata affidabilità e stabilità a lungo termine per garantire la continuità e la sicurezza dei servizi di comunicazione.

3. Installazione interna
L'installazione per interni è adatta per il cablaggio all'interno di edifici, come data center, uffici, case, ecc. I cavi ottici per interni solitamente non devono resistere a condizioni ambientali estreme, ma devono soddisfare requisiti di sicurezza come la prevenzione incendi e il ritardo di fiamma.

Tipi consigliati:
Cavi ottici morbidi non armati: come GJYXFCH, GJXFH, ecc., adatti per cablaggio verticale e orizzontale per interni.
Cavi ottici morbidi armati a spirale: come GJYXFA-50, adatti per ambienti interni anti-morso di ratto.

Caratteristiche:
Buona flessibilità: facile da cablare in spazi ristretti.
Design ignifugo: soddisfa gli standard di sicurezza interna per prevenire la propagazione del fuoco.

Nell'installazione interna, i cavi ottici morbidi non armati o leggeri (come GJYXFCH, GJXFH, ecc.) sono facili da installare e adatti per una rapida implementazione. Sono adatti per esigenze di cablaggio a breve distanza e ad alta densità, in particolare per ambienti di ufficio, data center e altri scenari che richiedono elevata efficienza e flessibilità di cablaggio.

4. Scegli il tipo di fibra ottica
Quando si sceglie cavi in fibra ottica , bisogna considerare anche la tipologia di fibra ottica (single mode o multimode):

Fibra monomodale (SMF): Adatto per comunicazioni a lunga distanza e a larghezza di banda elevata, come FTTH, interconnessione di data center, ecc.

Fibra multimodale (MMF): Adatto per esigenze di breve distanza e di larghezza di banda media, come reti locali, cablaggio interno di edifici, ecc.

5. Altre considerazioni
Fattori ambientali: compresi temperatura, umidità, radiazioni ultraviolette, corrosione chimica, ecc., e devono essere selezionati cavi ottici con livelli di protezione corrispondenti.

Metodo di installazione: Diversi metodi di installazione (come sopraelevazione, conduttura, interramento diretto) influenzeranno la selezione dei cavi ottici e la struttura appropriata dovrà essere selezionata in base alle condizioni effettive.

Costi e manutenzione: L'installazione sopraelevata ha un costo inferiore, ma la manutenzione è relativamente complessa; l'installazione interrata ha un costo maggiore, ma la manutenzione è più conveniente.

A cosa bisogna prestare attenzione quando si installano i cavi in ​​fibra ottica?
L'installazione dei cavi in ​​fibra ottica richiede attenzione a molteplici aspetti per garantirne prestazioni e sicurezza. Le seguenti sono precauzioni dettagliate:

Evitare stiramenti e piegamenti eccessivi: Il nucleo del cavo in fibra ottica è in vetro ed è relativamente fragile, quindi durante il processo di installazione, evitare di tirare direttamente la fibra stessa, e tirare solo le parti con forza (come filo di aramide o bacchette di fibra di vetro). Allo stesso tempo evitare di superare il raggio minimo di curvatura del cavo per evitare la rottura della fibra.

Maneggiare correttamente l'estremità della fibra: Prima dell'installazione, l'estremità della fibra deve essere lavorata con strumenti e tecniche adeguati per garantirne la levigatezza e la planarità ed evitare la perdita di segnale causata da estremità irregolari.

Utilizzare lubrificanti appropriati: Quando si installano i cavi ottici nei condotti, è necessario utilizzare lubrificanti compatibili con il materiale del rivestimento protettivo del cavo ottico per ridurre i carichi di trazione e prevenire danni alla fibra ottica dovuti all'attrito.

Evitare torsioni e incroci: Durante l'installazione, evitare torsioni e incroci del cavo in fibra ottica, soprattutto quando si allontana dalla bobina, e torsioni della fibra ottica dovuti alla rotazione.

Margine di riserva: Dopo aver posato il cavo ottico, è necessario lasciare un margine adeguato per evitare che il cavo ottico sia troppo teso e per fornire spazio operativo sufficiente quando è necessaria la giunzione.

Condizioni ambientali: L'ambiente di installazione deve soddisfare i requisiti di funzionamento dell'apparecchiatura in fibra ottica ed evitare temperature o umidità estreme per evitare di compromettere le prestazioni e la durata della fibra ottica.

Precauzioni di sicurezza: Quando si installano cavi ottici in una vasta area, si consiglia di indossare occhiali con funzione di filtraggio degli infrarossi per evitare che la visione diretta del laser nella fibra ottica causi danni agli occhi.

Test e accettazione: Una volta completata l'installazione, è necessario eseguire la lunghezza del cavo ottico, l'attenuazione, la connessione del nodo e altri test, utilizzando apparecchiature come tester per cavi ottici e OTDR, e i risultati devono essere registrati e confrontati con i requisiti di progettazione.

Marcatura e identificazione: I cavi ottici e le relative giunzioni devono avere segni di identificazione e indicare il numero, il modello e le specifiche del cavo ottico, ecc., per una facile manutenzione e gestione.

Operazione professionale: L'installazione di cavi in fibra ottica devono essere eseguite da tecnici esperti per garantire il corretto funzionamento e prestazioni ottimali.

Seguendo queste precauzioni, è possibile garantire il funzionamento efficiente e regolare dei cavi in ​​fibra ottica, ridurre i costi di manutenzione e prolungarne la durata.

Qual è la durata e i requisiti di manutenzione dei cavi in ​​fibra ottica?
La durata e i requisiti di manutenzione dei cavi in ​​fibra ottica sono fattori chiave per garantire il loro funzionamento stabile a lungo termine. La durata dei cavi in ​​fibra ottica è generalmente compresa tra 20 e 30 anni, o anche di più, a seconda della qualità di produzione, dell'ambiente di installazione e delle pratiche di manutenzione. Per prolungare la durata dei cavi in fibra ottica, è necessario seguire i seguenti requisiti e precauzioni di manutenzione:

Evitare stiramenti e piegamenti eccessivi: Il nucleo del cavo in fibra ottica è in vetro ed è relativamente fragile, quindi durante il processo di installazione, evitare di tirare direttamente la fibra stessa e tirare solo le parti con forza (come filo di aramide o bacchette in fibra di vetro). Allo stesso tempo evitare di superare il raggio minimo di curvatura del cavo per evitare la rottura della fibra.

Maneggiare correttamente l'estremità della fibra: Prima dell'installazione, l'estremità della fibra deve essere lavorata con strumenti e tecniche adeguati per garantirne la levigatezza e la planarità ed evitare la perdita di segnale causata da estremità irregolari.

Utilizzare lubrificanti appropriati: Quando si installano i cavi ottici nei condotti, è necessario utilizzare lubrificanti compatibili con il materiale del rivestimento protettivo del cavo ottico per ridurre i carichi di trazione e prevenire danni alla fibra ottica dovuti all'attrito.

Evitare torsioni e incroci: Durante l'installazione, evitare la torsione e l'incrocio del cavo in fibra ottica, soprattutto durante lo svolgimento della bobina, e la rotazione che potrebbe causare la torsione della fibra ottica.

Margine di riserva: Dopo aver posato il cavo ottico, è necessario lasciare un margine adeguato per evitare che il cavo ottico sia troppo teso e per fornire spazio operativo sufficiente quando è necessaria la giunzione.

Condizioni ambientali: L'ambiente di installazione deve soddisfare i requisiti di funzionamento dell'apparecchiatura in fibra ottica ed evitare temperature o umidità estreme per evitare di compromettere le prestazioni e la durata della fibra ottica.

Precauzioni di sicurezza: Quando si installano cavi ottici su una vasta area, si consiglia di indossare occhiali con funzione di filtraggio degli infrarossi per evitare che la visione diretta del laser nella fibra ottica causi danni agli occhi.

Test e accettazione: Una volta completata l'installazione, è necessario eseguire la lunghezza del cavo ottico, l'attenuazione, la connessione del nodo e altri test, utilizzando apparecchiature come tester per cavi ottici e OTDR, e i risultati devono essere registrati e confrontati con i requisiti di progettazione.

Marcatura e identificazione: I cavi ottici e le relative giunzioni dovrebbero avere segni di identificazione e i numeri, i modelli e le specifiche dei cavi ottici dovrebbero essere indicati per una facile manutenzione e gestione.

Operazione da parte di professionisti: L'installazione di optical fiber cables should be carried out by experienced technicians to ensure correct operation and optimal performance.

Seguendo questi requisiti di manutenzione, il funzionamento efficiente e regolare di cavi in fibra ottica può essere garantito, i costi di manutenzione possono essere ridotti e la durata di servizio può essere estesa.