شبكة الاتصالات في الضواحي، كابل بصري عازل ذاتي الدعم بتصميم منخفض التكلفة

كابل جامعة ولاية أريزونا البصري هو نوع من كابلات الدعم الذاتي العازلة بالكامل (اي دي اس اس)، مصمم للبيئات الخارجية المعقدة. تجمع معايير أدائه بين أحدث الإنجازات في ميكانيكا الإنشاءات، وعلوم المواد، وتكنولوجيا نقل الضوء، ويُستخدم على نطاق واسع في الاتصالات الهوائية، والشبكات الذكية، والنقل بالسكك الحديدية، وغيرها. فيما يلي تحليل منهجي لخصائصه الأساسية من ستة أبعاد: المعايير الهيكلية، والأداء البصري، والخصائص الميكانيكية، والتكيف مع البيئة، وتوافق التركيب، والتكيف مع التطبيقات.

أولاً: المعايير الهيكلية: التصميم المعياري وتحسين تآزر المواد. يعتمد كابل جامعة ولاية أريزونا الضوئي على هيكل معياري من أنبوب مركزي وعناصر متناظرة القوة. تتوافق معايير كل مكون بدقة لتحقيق التوازن بين القوة والوزن والتكلفة.

هيكل الكابل الأساسي

أنبوب سائب: مصنوع من بولي بوتيلين تيريفثالات (بي بي تي) بسُمك جدار يتراوح بين 0.3 و0.5 مم. صُمم القطر الداخلي وفقًا لعدد نوى الألياف (2.8 مم لعدد نوى يتراوح بين 2 و12 نواة، و3.5 مم لعدد نوى يتراوح بين 12 و24 نواة). تتراوح درجة حرارة تشغيله بين -60 و+120 درجة مئوية، ويتحمل التشوه الناتج عن التمدد والانكماش الحراري المتكرر. يُملأ الأنبوب السائب بهلام ثيكسوتروبي مقاوم للماء (لزوجة ≥15000 مللي باسكال/ثانية)، والذي يبقى سائلًا حتى عند درجة حرارة -40 درجة مئوية لضمان عدم تعرض الألياف الضوئية للإجهاد الميكانيكي.

سعة الألياف: تدعم أليافًا أحادية الوضع (G.652D/G.657A1) من 2 إلى 24 نواة، أو أليافًا متعددة الأوضاع (أوم3/أوم4). يتم زيادة عدد النوى بزيادة عدد الأنابيب السائبة (حتى 4 أنابيب سائبة، بإجمالي 96 أنبوبًا). انحراف كل أنبوب سائب عن المحور المركزي ≤0.1 مم لضمان التناسق الهيكلي.

نظام التعزيز

عناصر القوة: بوليمر مقوى بالألياف (البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية) مزدوج الطبقة، موزع بشكل متماثل على جانبي الأنبوب المفكوك، بقطر يتراوح بين 2.0 و3.0 مم. الطبقة الخارجية مصنوعة من مادة مركبة من ألياف زجاجية وراتنج إيبوكسي (قوة شد ≥ 1400 ميجا باسكال)، والطبقة الداخلية مصنوعة من ألياف بازلتية وراتنج فينيل إستر (معامل مرونة ≥ 70 جيجا باسكال). تحقق المادتان تآزرًا في تحمل الإجهاد من خلال معالجة السطح البيني، مع إجهاد ≤ 0.3% تحت الحمل طويل الأمد.

المسافة بين عناصر القوة: 8-12 مم (تختلف حسب القطر الخارجي للكابل)، مما يضمن إجهادًا متوازنًا على كلا الجانبين أثناء الانحناء لتجنب الكسر من جانب واحد.

بنية الطبقة الواقية

طبقة مقاومة للرطوبة: يُغلَّف الأنبوب السائب بطبقة من الألومنيوم والبلاستيك (APL) بسمك 0.12 مم. وتُستخدم عملية تداخل طولي (عرض التداخل ≥ 6 مم). تتميز طبقة الألومنيوم بنقاء 99.5%، بينما تُصنع الطبقة البلاستيكية من مادة البولي بروبيلين المعدلة (درجة انصهارها 165 درجة مئوية) بمعدل نفاذية لبخار الماء ≤ 0.1 جم/م² · 24 ساعة.

الغلاف: الطبقة الخارجية مصنوعة من البولي إيثيلين الأسود عالي الكثافة (البولي إيثيلين عالي الكثافة) مع عامل مقاوم للأشعة فوق البنفسجية بنسبة 2% من الكربون الأسود (حجم الجسيمات ≤ 20 نانومتر). صلابة شور D65±3، والاستطالة عند الكسر ≥300%. بعد الغمر في ماء ساخن بدرجة حرارة 85 درجة مئوية لمدة 168 ساعة، يكون معدل الاحتفاظ بقوة الشد ≥90%.

جدول ملخص للمعلمات الهيكلية

معيار اختبار نطاق قيمة المؤشر (اللجنة الكهروتقنية الدولية)

القطر الخارجي للكابل 6.8-11.5 مم (2-96 نواة) اللجنة الكهروتقنية الدولية 60794-1-20

وزن الوحدة 95-210 كجم/كم اللجنة الكهروتقنية الدولية 60794-1-10

قوة الشد لعضو القوة ≥1400 ميجا باسكال اللجنة الكهروتقنية الدولية 61156-1

مستوى مقاومة الغلاف للأشعة فوق البنفسجية لا يوجد شقوق بعد 1000 ساعة من التعرض للأشعة فوق البنفسجية B 313 نانومتر اللجنة الكهروتقنية الدولية 60068-2-5

ثانيًا: الأداء البصري: انخفاض الخسارة وثبات عالٍ

يركز الأداء البصري لكابل جامعة ولاية أريزونا الضوئي على الجمع بين خصائص نقل الألياف والاستقرار الهيكلي. يهدف تصميم معلماته إلى تحقيق توهين منخفض، وتشتت منخفض، ومقاومة عالية للتداخل، لتلبية احتياجات نقل الإشارات لمسافات طويلة وترددات عالية.

خصائص التوهين

الألياف أحادية الوضع (G.652D): التوهين ≤0.36 ديسيبل/كم عند طول موجة 1310 نانومتر، و≤0.22 ديسيبل/كم عند طول موجة 1550 نانومتر، و≤0.24 ديسيبل/كم عند 1625 نانومتر (النطاق-L)، وكلها أفضل من توصية الاتحاد الدولي للاتصالات-T G.652 (1310 نانومتر ≤0.4 ديسيبل/كم).

الألياف متعددة الأوضاع (أوم4): التوهين ≤2.5 ديسيبل/كم عند طول موجي 850 نانومتر، مع نطاق ترددي 500 ميجاهرتز·كم ≥4700 ميجاهرتز·كم، ودعم مسافة نقل إشارة 10 جيجابت في الثانية تصل إلى 550 مترًا، وتلبي معيار معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 802.3ae.

تأثير درجة الحرارة على التوهين: في نطاق -40 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية، يكون تغير التوهين عند طول موجة 1550 نانومتر ≤0.05 ديسيبل/كم، وهو أقل بكثير من متوسط الصناعة البالغ 0.1 ديسيبل/كم، والذي يستفيد من تأثير التخزين المؤقت للأنبوب الهلامي السائب.

التحكم في التشتت

طول موجة التشتت الصفري: ١٣٠٠-١٣٢٤ نانومتر (G.652D)، مع ميل تشتت صفري ≤ ٠٫٠٩٢ بيكو ثانية/(نانومتر²·كم). تبلغ قيمة التشتت عند نافذة ١٥٥٠ نانومتر ١٧ بيكو ثانية/(نانومتر·كم)، مما يدعم نقل إشارة بسرعة ١٠٠ جيجابت في الثانية بدون مكررات لمسافة ≥ ٨٠ كم (مع وحدات تعويض التشتت).

تشتت وضع الاستقطاب (بي إم دي): معامل بي إم دي لرابط الكابل هو ≤0.1ps/√كم، مع قيمة قصوى ≤0.5ps، مما يلبي متطلبات الاتحاد الدولي للاتصالات-T G.650.2 للاتصالات طويلة المدى، مما يضمن استقرار استقطاب الإشارات عالية السرعة (400 جيجابت في الثانية وما فوق).

أداء مضاد للتداخل

هيكل عازل بالكامل (بدون مكونات معدنية): تخفيف التداخل الكهرومغناطيسي (إيمي) ≥ 80 ديسيبل (10 كيلو هرتز - 1 جيجا هرتز)، فعالية حماية التداخل بالترددات الراديوية (طلب معلومات) ≥ 60 ديسيبل، مناسب للوضع بالقرب من شبكات الطاقة ذات الجهد العالي (110 كيلو فولت - 500 كيلو فولت) بدون طبقات حماية إضافية.

طلاء الألياف: أكريلات مزدوج الطبقة (طبقة داخلية ناعمة، وطبقة خارجية صلبة) بقوة تجريد تتراوح بين 1.5 و3.5 نيوتن. مقاومة الفقد الناتج عن الهيدروجين: بعد وضعه في بيئة هيدروجين بضغط جوي واحد لمدة 168 ساعة، تكون زيادة التوهين عند طول موجي 1550 نانومتر ≤ 0.05 ديسيبل/كم.

ثالثًا: الخواص الميكانيكية: مقاومة الإجهاد الشديد والاستقرار الديناميكي (حوالي ٦٠٠ كلمة)

تُعدّ الخصائص الميكانيكية لكابل جامعة ولاية أريزونا البصري جوهر ميزته التنافسية ككابل ذاتي الدعم. يغطي تصميم المعلمات تحمل الأحمال الساكنة، والتشوهات الديناميكية، والتأثيرات الخارجية، وغيرها من السيناريوهات لضمان سلامة الهيكل في البيئات المعقدة.

أداء الشد

شد قصير المدى (أثناء التركيب): أقصى شد مسموح به يتراوح بين 1500 و6000 نيوتن (يختلف باختلاف عدد النوى/الطراز). عند هذا الشد، يكون إجهاد الألياف ≤ 0.2%، وتباين التوهين ≤ 0.1 ديسيبل (1550 نانومتر). تتوافق طريقة الاختبار مع المعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية 60794-1-21 (شد موحد حتى الكسر، مع تسجيل شد الكابل عند انقطاع الألياف).

الشد طويل الأمد (أثناء التشغيل): يُقدر الشد طويل الأمد بنسبة 50% من الشد قصير الأمد (مثلاً، 3000 نيوتن لوحدة عزل حراري (جامعة ولاية أريزونا) ذات 24 نواة). تحت هذا الشد لمدة 1000 ساعة، لا يتعرض الكابل لتشوه دائم، ويظل توهين الألياف ثابتًا، مما يُلبي متطلبات تحمل الأحمال للأطوال العلوية التي تتراوح بين 100 و150 مترًا (بحسب معادلة السلاسل، يكون ترهل منتصف الامتداد ≤5% من الامتداد).

أداء الانحناء

الانحناء الثابت: يبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء أثناء التركيب 20 ضعف القطر الخارجي للكابل (مثلاً 200 مم لكابل بقطر خارجي 10 مم)، و10 أضعاف (100 مم) بعد التركيب. بعد الانحناء 100 مرة عند هذا النصف القطر (دقيقة واحدة في كل مرة)، يكون تباين التوهين في الألياف ≤0.1 ديسيبل.

الانحناء الديناميكي: الانحناء الدوري بتردد 1 هرتز وزاوية انحناء ±90 درجة لمدة 1000 مرة، والألياف ليس بها كسر، وزيادة التوهين ≤0.2 ديسيبل، ومناسبة للسيناريوهات التي تتطلب تعديل المسار بشكل متكرر (مثل على طول خطوط النقل بالسكك الحديدية).

مقاومة السحق

يتحمل الكابل ضغطًا شعاعيًا قدره 2200 نيوتن/100 مم (ما يعادل دحرجة وزنها 500 كجم) لمدة دقيقة واحدة، وتشوه القطر الخارجي للكابل ≤20%، وتباين توهين الألياف ≤0.1 ديسيبل. بعد الاختبار، يعود الكابل إلى شكله الأصلي دون أي ضرر هيكلي، مُلبيًا بذلك متطلبات مقاومة الضغط للدفن المباشر.

أداء التأثير والاهتزاز

اختبار التأثير: أُسقطت مطرقة وزنها 1.5 كجم بحرية من ارتفاع متر واحد (طاقة التأثير 15 جول)، وكانت نقطة التأثير على بُعد متر واحد من المفصل. بعد الاختبار، لم يحدث أي كسر في الألياف، وكان تباين التوهين ≤ 0.5 ديسيبل (وفقًا للمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية 60794-1-23).

اختبار الاهتزاز: الاهتزاز في نطاق تردد 10-500 هرتز بسعة 0.75 مم لمدة ساعتين، واختلاف التوهين للألياف ≤0.1 ديسيبل، مناسب للبيئات ذات الاهتزاز العالي مثل الطرق السريعة وخطوط السكك الحديدية.

أداء الالتواء

يتحمل التواء ±180 درجة/م (نصف لفة لكل متر من الكابل) لمدة 10 دقائق، واختلاف التوهين للألياف ≤0.2 ديسيبل، مع عدم وجود انفصال للهيكل، وتلبية الضغط الالتوائي الناجم عن ميل التضاريس أثناء التركيب العلوي في المناطق الجبلية.

رابعًا: القدرة على التكيف البيئي: مقاومة الطقس والموثوقية في جميع السيناريوهات (حوالي ٦٠٠ كلمة)

تم تحسين المعايير البيئية لكابل جامعة ولاية أريزونا البصري للظروف الخارجية المعقدة، وتغطية درجة الحرارة والتآكل وأضرار المياه والأضرار البيولوجية وغيرها من السيناريوهات، مما يضمن عمر تصميم يصل إلى 25 عامًا (معيار تيلكورديا جي آر-20).

نطاق تحمل درجة الحرارة

درجة حرارة التشغيل: من -40 إلى +70 درجة مئوية (يتحمل الاستخدام قصير المدى درجات حرارة تتراوح من -55 إلى +85 درجة مئوية). بعد 100 دورة حرارة (من -40 إلى +70 درجة مئوية، لمدة ساعتين لكل دورة) ضمن هذا النطاق، لا تظهر أي شقوق في غلاف الكابل، ويكون تباين توهين الألياف ≤0.1 ديسيبل.

أداء الانكماش الحراري: عند وضعه في فرن بدرجة حرارة 100 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، يكون معدل انكماش طول الكابل ≤0.2%، مما يتجنب فقدان الانحناء الدقيق للألياف الناجم عن تغيرات درجة الحرارة.

مقاومة الطقس وأداء التآكل

مقاومة الشيخوخة بالأشعة فوق البنفسجية: تعرض لـ ايزو 4892-2 (اختبار شيخوخة مصباح زينون) لمدة 1000 ساعة، ومعدل الاحتفاظ بقوة الشد للغلاف ≥80%، ومعدل الاستطالة عند معدل الاحتفاظ بالكسر ≥70%، بدون طباشير أو تشقق، مناسب للمناطق المرتفعة (مع إشعاع فوق بنفسجي قوي).

تآكل رذاذ الملح: وُضع في حجرة رذاذ ملحي تحتوي على محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 5%، عند درجة حرارة 35 درجة مئوية، ودرجة حموضة تتراوح بين 6.5 و7.2 لمدة 1000 ساعة، وبلغت مساحة تآكل المكونات المعدنية (إن وُجدت) ≤ 5%. كابل جامعة ولاية أريزونا العازل بالكامل لا يُعرّض الكابل لخطر التآكل، ويمكن استخدامه في المناطق الساحلية (ضمن نطاق 5 كيلومترات من الساحل).

التآكل الكيميائي: يتحمل الغمر في محلول حمضي بتركيز 5% (H₂لذا₄) ومحلول قلوي (هيدروكسيد الصوديوم) لمدة 168 ساعة، ولا يوجد انتفاخ في الغلاف (تغير الوزن ≤5%)، ويظل أداء الألياف دون تغيير، وهو مناسب للبيئات الملوثة مثل المصانع الكيميائية ومناطق التعدين.

أداء مقاوم للماء ومانع للماء

حجب الماء الطولي: يُؤخذ كابل بطول متر واحد، ويُغلق أحد طرفيه، ويُطبق ضغط ماء 0.1 ميجا باسكال على الطرف الآخر. لا يحدث تسرب للماء خلال 30 دقيقة. يتميز خيط حجب الماء (بمحتوى راتنج فائق الامتصاص ≥30%) بنسبة تمدد ≥200%، مما يُشكل حاجزًا هلاميًا.

حجب الماء الشعاعي: يُطبّق ضغط ماء ٠.٣ ميجا باسكال خارج كابل بطول متر واحد، دون أي تسرب شعاعي للماء خلال ٢٤ ساعة. يضمن المزيج المحكم من شريط الألمنيوم APL والغلاف عزلًا كاملًا للماء، وهو مناسب للتركيب العلوي في المناطق الممطرة.

الحماية من الأضرار البيولوجية والميكانيكية

مقاومة القوارض: يحتوي الغلاف على 0.5% بيرميثرين، بمعدل طرد ≥90% ضد القوارض والأرانب البرية. كما يتميز الغلاف بصلابة شور ≥D65، دون أي ضرر نافذ بعد اختبار قضم (باستخدام أسنان معدنية تحاكي أسنان القوارض)، وهو مناسب للمناطق الريفية ذات الأنشطة المتكررة للقوارض.

V. توافق التثبيت والتطبيق: النشر المرن ومطابقة السيناريوهات (حوالي 300 كلمة)

تم تصميم معلمات تركيب كابل جامعة ولاية أريزونا البصري لتكون خفيفة الوزن وسهلة التشغيل والتوافق مع السيناريوهات المتعددة لتقليل صعوبة البناء والتكلفة.

التوافق مع طرق التركيب: يدعم ثلاث طرق: التركيب العلوي (ذاتي الدعم، على شكل خطاف)، والتركيب الأنبوبي (مع شد الأنابيب)، والتركيب المباشر (مع طبقة مدرعة). أثناء التركيب العلوي، يمكن تثبيته بأدوات خاصة (مشابك شد، مشابك تعليق) مع شد ≥ 70% من الشد المقدر لتجنب الانزلاق.

توافق الوصلات: متوافق مع أغطية وصلات SC/إل سي/نادي كرة القدم القياسية. يمكن إدخال الأنبوب المفكوك مباشرةً في صينية وصلات الاندماج دون الحاجة إلى تجريد إضافي لعناصر القوة. يبلغ فقدان الوصلات بعد الاندماج ≤ 0.05 ديسيبل (1550 نانومتر)، وهو ما يتوافق مع معيار الاتحاد الدولي للاتصالات-T G.650.1.

مطابقة سيناريو التطبيق:

شبكات الاتصالات الريفية: خفيفة الوزن (95 كجم/كم) مناسبة للتركيب اليدوي، مع مقاومة للأشعة فوق البنفسجية تتكيف مع البيئات الميدانية؛

الشبكات الذكية: هيكل عازل بالكامل يقاوم التداخل الكهرومغناطيسي، مما يسمح بمد خطوط 110 كيلو فولت على نفس القطب دون مسافة عزل؛

النقل بالسكك الحديدية: تتناسب مقاومة الاهتزاز والصدمات مع بيئة تشغيل القطار، مع نصف قطر انحناء صغير مناسب للوضع في الأنفاق.

السادس. الامتثال للمعايير ومراقبة الجودة

يتوافق كابل جامعة ولاية أريزونا البصري تمامًا مع المعايير الدولية والمحلية: اللجنة الكهروتقنية الدولية 60794-1 (المواصفات العامة للكابلات البصرية)، وITU-T G.652/G.657 (خصائص الألياف)، وGB/T 7424.1 (المتطلبات العامة للكابلات البصرية)، وYD/T 901 (كابلات الأنبوب المركزي البصرية)، وحصل على شهادات م (الاتحاد الأوروبي)، وUL (الولايات المتحدة الأمريكية)، وTLC (شركة الاتصالات الصينية).

يعتمد التحكم في الجودة على فحص كامل للعملية: يتم اختبار الألياف من حيث التوهين والتشتت عند دخول المصنع (أخذ العينات بنسبة 100٪) ؛ يتم أخذ عينات من الخصائص الميكانيكية (الشد والانحناء) واختبارها كل 100 كيلومتر أثناء إنتاج الكابل ؛ يتم إجراء اختبار ضغط الماء لمدة 24 ساعة (0.3 ميجا باسكال) واختبار الشيخوخة لمدة 1000 ساعة (التحقق من العمر المتسارع) قبل التسليم لضمان معدل تأهيل الدفعة ≥ 99.5٪.

باختصار، بفضل هيكله المعياري، ومواده عالية الأداء، وتصميمه المبني على المعايير، يُحقق كابل جامعة ولاية أريزونا البصري ميزةً تآزريةً في نقل الضوء، وتحمل الأحمال الميكانيكية، والتكيف البيئي، ليصبح بذلك الحل الأمثل للاتصالات في البيئات الخارجية المعقدة. لا تلبي خصائصه المعيارية احتياجات الاتصالات الحالية بسرعة 10 جيجابت/100 جيجابت فحسب، بل تُتيح أيضًا مساحةً لترقيات بسرعة 400 جيجابت/1 تيرابايت، مع قدرةٍ تقنيةٍ طويلة الأمد.