E-materiały do kształcenia zawodowego

Wykonywanie złącz w szerokopasmowych sieciach pozabudynkowych

INF.06. Montaż i eksploatacja szerokopasmowych sieci kablowych pozabudynkowych - Technik szerokopasmowej komunikacji elektronicznej 311412

bg‑violet

Główne elementy podstawowych typów złącz na kablach optycznych i koncentrycznych

WIZUALIZACJA 2D/3D

RvDRUECQ79zht
Główne elementy podstawowych typów złącz na kablach optycznych i koncentrycznych
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.

Wizualizacja zawiera dziewięć modeli trzy de. Każdy z nich posiada opis oraz opis elementów budowy. Opisy można również odsłuchać za pomocą odtwarzacza audio.

Model pierwszy: złącze SC

Złącze SC (Subscriber Connector) to jednokrotne światłowodowe złącze stosowane w sieciach komunikacyjnych, szczególnie w systemach transmisji optycznej. Zbudowane z cylindrycznego korpusu oraz precyzyjnie dopasowanych ferrul, które pozwalają na dokładne skupianie i kierowanie wiązki światła.

Sposób działania złącza SC. Złącze SC wykorzystuje znaną metodę push‑pull, która umożliwia łatwe i pewne włożenie oraz wyjęcie złącza bez używania dużej siły. Typowe warianty to: SC/PC (ang. Physical Contact) zapewniające minimalne straty odbicia, SC/UPC (ang. Ultra Physical Contact) oraz SC/APC (ang. Angled Physical Contact) charakteryzujące się minimalnymi stratami odbicia i małą tłumiennością. Współpraca złączy SC z wieloma rodzajami światłowodów, w tym z jednomodowymi, czyni je uniwersalnymi i szeroko stosowanymi komponentami w systemach telekomunikacyjnych, sieciach data center oraz innych aplikacjach wymagających niezawodnej transmisji światłowodowej.

Korpus. Cylindryczny korpus wykonany jest z metalu lub tworzywa sztucznego. Chroni on wewnętrzne komponenty przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz czynnikami zewnętrznymi.

Ferrula. Wewnątrz korpusu znajduje się ceramiczna ferrula – precyzyjnie wykalibrowana tuba, w której osadzony jest koniec światłowodu. Ferrula umożliwia dokładne skupienie i centrowanie wiązki światła, aby zminimalizować straty sygnału.

Pierścień blokujący. Złącze SC wyposażone jest w pierścień blokujący, który pozwala na pewne i trwałe połączenie poprzez naciśnięcie i wyciągnięcie złącza za pomocą charakterystycznego ruchu push‑pull.

Łożyska. Istotnym elementem złącza są również ceramiczne lub metalowe łożyska, które umożliwiają precyzyjny ruch ferruli podczas wtyczkowania oraz odłączania.

Parametry złącza SC. Średnica rdzenia 9 µm dla jednomodowego i - 125 µm dla wielomodowego włókna, minimalne tłumienie wstawiania <0,3 dB, tłumienie odbicia >-50 dB, długość fali pracy 1310/1550 nm.

Model drugi: złącze LC

Złącze LC (ang. Lucent Connector) to precyzyjne złącze światłowodowe stosowane w telekomunikacji i sieciach optycznych. Charakteryzuje się małymi wymiarami oraz wysoką precyzją połączeń światłowodowych. Złącze LC wykorzystuje standardowy typ 1,25 mm ceramicznych ferruli, co umożliwia dokładne dopasowanie i minimalną stratę sygnału.

Charakterystyka złącza LC. Jego konstrukcja pozwala na wielokrotne podłączanie i odłączanie bez obniżania jakości sygnału. Złącze to jest popularne w sieciach lokalnych, data center oraz w systemach telekomunikacyjnych krótkiego i średniego zasięgu. Dzięki kompaktowej budowie i niezawodności złącze LC znajduje zastosowanie w aplikacjach optycznych.

Ferrule. Ceramiczne ferrule o średnicy 1,25 mm są głównym elementem konstrukcyjnym. Wewnątrz ferruli umieszcza się włókno optyczne. Ferrulę łączy się z włóknem światłowodowym przy użyciu epoksydowej żywicy, aby zapewnić trwałość oraz niskie straty sygnału.

Osłona. Osłona z tworzywa sztucznego chroni połączenie przed uszkodzeniami mechanicznymi i wpływami środowiskowymi.

Klips. Klips (blokady zatrzaskowe) umożliwia stabilne łączenie oraz rozłączanie złącza z gniazdem.

Zapinane złącza LC. System zapinania push‑pull ułatwia i usprawnia podłączanie i odłączanie.

Podstawowe parametry techniczne złącza LC. Średnica ferruli: standardowa mała średnica 1,25 mm umożliwia precyzyjne dopasowanie i minimalizuje straty sygnału; typ włókna: stosowane głównie z włóknem jednomodowym, co umożliwia efektywne przesyłanie sygnałów optycznych na duże odległości; sposób połączenia: złącze typu push‑pull ułatwia szybkie i bezpieczne podłączanie oraz odłączanie złącza, zmniejszając ryzyko uszkodzeń; typ osłony: osłona z tworzywa sztucznego zapewnia ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi i wpływami środowiskowymi; straty w złączu: typowe straty wynoszą 0,3 dB; zakres temperatur: przystosowane do pracy w zakresie temperatur od -40°C do +85°C, co pozwala na działanie w różnych warunkach środowiskowych.

Model trzeci: złącze FC

Złącze FC (ang. Ferrule Connector) jest stosowane w światłowodowych systemach komunikacyjnych. Umożliwia precyzyjne i powtarzalne połączenia między włóknem światłowodowym a urządzeniami aktywnymi lub innymi włóknami. Złącze FC zapewnia niskie tłumienie wstępne oraz odbiciowe.

Ferrula. Do budowy złącza FC wykorzystuje się cylindryczne ferrule zazwyczaj wykonane z ceramicznego materiału, np. z cyrkonu czy fosforanu glinu, co umożliwia minimalne straty wstępne sygnału dzięki precyzyjnemu dopasowaniu średnic ferruli do włókien światłowodowych. Montaż i demontaż złącza FC wymagają precyzji, gdyż minimalne odchylenie ferruli może znacząco wpłynąć na jakość połączenia i wydajność systemu. Dlatego złącze FC znalazło zastosowanie zarówno w sieciach telekomunikacyjnych, jak i w naukowych lub przemysłowych aplikacjach wymagających niezawodnej transmisji danych przy minimalnych stratach sygnału światłowodowego.

Podstawowe parametry techniczne złącza FC. 
- tłumienie wstępne (IL) – wyrażane w dB, to straty sygnału podczas przekazywania przez złącze. Optymalne złącze FC charakteryzuje się niskim tłumieniem wstępnym, co jest kluczowe dla minimalizacji strat w sygnale światłowodowym;
- tłumienie odbiciowe (RL) – miara ilości światła odbitego z powrotem do źródła. Niskie RL jest pożądane, aby uniknąć zakłóceń w sieci. Złącze FC zapewnia typowo wysokie tłumienie odbiciowe, co redukuje liczbę odbić;
- średnica ferruli – określa średnicę otworu, w którym osadzone jest włókno światłowodowe. Precyzyjne dopasowanie średnicy ferruli do włókna jest istotne dla minimalizacji strat;
- typ włókna – złącze FC może być zastosowane do jednomodowego lub wielomodowego włókna. Parametr ten wpływa na dopasowanie trybów światła i tłumienie;
- typ mocowania – najczęściej klej lub śrubowy mechanizm (gwint stalowy). Precyzyjne mocowanie włókna w ferruli jest warunkiem stabilności i niskiego tłumienia;
- zakres temperatur – wartość minimalnej i maksymalnej temperatury pracy złącza, co ma wpływ na jego niezawodność w różnych warunkach;
zgodność geometryczna – zdefiniowane tolerancje wymiarowe, które zapewniają odpowiednie dopasowanie między złączami różnych producentów;
- maksymalna siła ciągnąca – wskazuje, jak duża siła może być stosowana na złącze bez uszkodzenia połączenia. 

Model czwarty: złącze E2000

Złącze E2000 to jednomodowe złącze optyczne, stosowane głównie w sieciach światłowodowych do transmisji danych na duże odległości. Posiada dodatkowe zamknięcie czoła feruli, aby zabezpieczyć je przed uszkodzeniem i kurzem. Osłona ta otwiera się w momencie wprowadzenia złącza np. do adaptera i natychmiast zamyka w chwili wyjęcia złącza.

Budowa złącza E2000. Głównym elementem złącza E2000 jest ceramiczna ferrula, w której umieszcza się końcówkę włókna optycznego. Ferrula ma wyjątkowo małą tolerancję wymiarową, aby zapewnić dokładne dopasowanie włókna. Mikrosoczewki wbudowane w złącze umożliwiają dokładne skupienie światła na włóknie, minimalizując straty. Śrubowy lub sprężynowy system blokujący zapewnia stabilne połączenie. Złącze E2000 jest dodatkowo wyposażone w zabezpieczający kaptur, który chroni włókno przed zanieczyszczeniami oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Kaptur może się automatycznie zamknąć, aby zminimalizować straty światła, gdy złącze nie jest aktywne.

Parametry złącza E2000. Typowe parametry złącza E2000 to niskie straty wstawiania i odbicia, oscylujące w granicach odpowiednio 0,2 dB oraz 65 dB, co umożliwia efektywne przekazywanie sygnałów optycznych na duże odległości. Złącze tego typu stosuje się w aplikacjach wymagających niezawodności i minimalnych strat sygnału optycznego, np. w aplikacjach testowych i laboratoryjnych oraz w medycynie czy przemyśle obronnym.

Model piąty: złącze Quick‑CURE

Złącze Quick‑CURE to rozwiązanie umożliwiające szybką instalację włókien światłowodowych w terenie. Wykorzystuje technologię łączenia fuzyjnego, co umożliwia montaż bez konieczności stosowania klejów, zaciskania, połączeń mechanicznych oraz żeli dopasowujących. Rozwiązanie to oferuje relatywnie wysoką jakość połączenia i minimalizuje ryzyko błędów montażysty. Regulują je normy Telcordia GR‑326 oraz TIA/EIA‑568C.3. Najczęstsze zastosowania tego typu złącza to projekty FTTH (ang. Fiber To The Home) i sieci CATV (ang. Cable TV).

Budowa złącza Quick‑CURE. Budowa rozwiązania Quick‑CURE zależy od odmiany złącza na którym jest stosowane. Złącza SC, LC, FC i ST, dla których można przygotować odmianę typu Quick Cure, różnią się budową głównie w zakresie kształtu i wielkości: Złącze SC ma prostokątną obudowę z wydłużonym wtykiem o średnicy 2,5 mm. Złącze LC jest mniejsze oraz wyposażone w mniejszy wtyk o średnicy 1,25 mm. Złącze FC posiada cylindryczną obudowę z gwintem o średnicy 2,5 mm. Złącze ST również ma cylindryczną obudowę, wtyk o średnicy 2,5 mm oraz klamrę do zabezpieczenia połączenia.

Model szósty: złącze typu F kompresyjne

Złącze typu F stosuje się w systemach telewizji kablowej, naziemnej (cyfrowej), satelitarnej, w instalacjach radiowych oraz w szerokopasmowym dostępie do internetu. Jest powszechnie używane do połączeń między antenami a odbiornikami. Charakteryzuje się niskimi stratami sygnału oraz wysoką odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne, dzięki czemu znajduje zastosowanie przy transmisji sygnałów o wysokich częstotliwościach Złącze typu F w połączeniu z kablem koncentrycznym minimalizuje straty sygnału poprzez precyzyjne dopasowanie impedancji. Jest odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.

Budowa złącza typu F. Złącze typu F składa się z kilku części, które umożliwiają skuteczną transmisję sygnałów w systemach radiowych i telewizyjnych. Wtyk typu F wykonany jest z metalu (najczęściej z mosiądzu pokrytego niklem) i służy do połączenia z gniazdem. Złącza te można stosować również na zewnątrz budynków. Złącza kompresyjne przystosowane są do montażu na kablu koncentrycznym np. typu RG‑6. Do prawidłowej pracy wymagają zaciśnięcia specjalistycznym narzędziem (zaciskarka do złącz prostych oraz kątowych typu F). Posiadają dwa pełne pierścienie, które w wyniku kompresji złącza (ściśnięcia wzdłużnego) przesuwają się do wewnątrz. Wymiary pierścieni są tak dobrane, że po kompresji zaciskają się na izolacji kabla z siłą na tyle dużą, że zerwanie złącza jest niemożliwe, i na tyle małą, aby nie uszkodzić struktury kabla. Uszczelka zabezpiecza przed wpływem wody do gniazda urządzenia oraz do kabla. Ringi kompresyjne zapewniają unieruchomienie kabla po kompresji i pozostają ściśnięte na stałe. Poprawnie założone złącze uniemożliwia zerwanie go z przewodu.

Dane techniczne złącza typu F.
- zakres częstotliwości – od 0 do około 2,4 GHz;
- typowe wymiary: średnica zewnętrzna 10,8 mm; średnica wewnętrzna 8,4 mm; średnica wewnętrznej tulei 4,8 mm
- dodatkowe zabezpieczenie – uszczelka (guma etylenopropylenowa)
- impedancja 75 omega
- maksymalne dopuszczalne napięcie stałe – 500 V zabezpiecza przed ewentualnymi przepięciami;
- sposób montażu – zaciskany na przewód koncentryczny

Model siódmy: złącze typu N

Złącze typu N, zwane także złączem typu Naval, to wysokowydajne złącze koaksjalne wykorzystywane głównie w aplikacjach radiokomunikacyjnych oraz mikrofalowych. Charakteryzuje się dużą odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne dzięki konstrukcji opartej na mechanizmach odsprzęgających pole elektromagnetyczne od złącza. Wysoki standard ekranowania oraz niskie straty sygnału powodują, że złącze N jest wykorzystywane w aplikacjach o dużej czułości na straty transmisyjne, takich jak anteny mikrofalowe, przemienniki sygnałów oraz urządzenia testujące w laboratoriach telekomunikacyjnych. Złącze typu N jest zbudowane z dwóch głównych komponentów: części żeńskiej i męskiej.

W części żeńskiej wewnętrzna metalowa rurka o cylindrycznym przekroju zawiera dielektryk, najczęściej teflonowy, który oddziela ją od zewnętrznej osłony. Rurka pełni funkcję przewodnika centralnego i jest otoczona izolacyjną powłoką. Osłona izolacyjna stanowi przewód zewnętrzny i ma kształt cylindra, który chroni złącze przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.

W męskiej części złącza znajduje się wtyk z centralnym pinem, który jest wprowadzany w otwór wewnętrznej rurki żeńskiej, oraz gwintowany pierścień, który łączy się z gwintem wewnętrznym żeńskiej części, tworząc szczelne połączenie. Taka konstrukcja gwarantuje odprzęganie pól elektromagnetycznych oraz precyzyjną transmisję sygnału.

Parametry techniczne złącza typu N. Podstawowe parametry techniczne złącza typu N obejmują charakterystyki elektromagnetyczne oraz mechaniczne. Charakterystyki elektromagnetyczne: częstotliwość pracy złącza mieści się w zakresie od kilku megaherców do kilku gigaherców, zapewniając szeroką zdolność do transmisji w różnych aplikacjach mikrofalowych i radiokomunikacyjnych; impedancja charakterystyczna złącza – zazwyczaj 50 lub 75 ohm, co ma istotny wpływ na dopasowanie impedancji i minimalizację odbić sygnału. Charakterystyki mechaniczne: stopień szczelności – złącze jest wodoodporne i chroni przed wilgocią i kurzem; waga i wymiary – zgodne z normami ISO i MIL‑C-39012, umożliwiając kompatybilność i wymienną budowę w różnych systemach; wysoka wytrzymałość mechaniczna i trwałość materiałów, takich jak stal nierdzewna, wpływa na stabilność złącza w różnych warunkach środowiskowych.

Model ósmy: złącze BNC na kabel 75 omów

Złącze typu BNC (ang. Bayonet Neill‑Concelman) to złącze stosowane do przesyłania sygnałów z zakresu wysokich częstotliwości. Używane w aplikacjach wymagających niskiego poziomu interferencji i wysokiej przepustowości, np. w laboratoriach pomiarowych, oraz w sieciach komputerowych do transmisji sygnałów cyfrowych lub analogowych na krótkich dystansach. Złącze BNC umożliwia przesyłanie sygnałów audio, wideo, danych oraz sygnałów pomiarowych zarówno w środowiskach profesjonalnych, jak i naukowych.

Budowa złącza typu BNC opiera się na mechanizmie bagnetowym – połączenie następuje poprzez obrót wtyku w złączu i jego zatrzask. W konstrukcji złącza zastosowano malejącą średnicę (tapered) pinu i gniazda, co minimalizuje efekty odbicia sygnału, zapewniając stałą impedancję 50 lub 75 omów.

Parametry techniczne złącza typu BNC. Impedancja – 50 lub 75 omów, co jest istotne dla dopasowania impedancji linii transmisyjnej i źródła sygnału; zakres częstotliwości od kilku do kilkuset megaherców umożliwia przesył sygnałów o różnych częstotliwościach, w tym sygnałów radiowych, telewizyjnych czy danych; maksymalne napięcie – kilkaset woltów dla standardowych zastosowań.

Model dziewiąty: złącze typu F nakręcane

Budowa złącza. Złącze typu F nakręcane najczęściej wykonane jest z niklowanej miedzi, co umożliwia stosowanie go zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków. Wykorzystywane jest najczęściej do łączenia kabli koncentrycznych o impedancji 75 omów w instalacjach telewizji naziemnej, telewizji kablowych, modemach kablowych oraz telewizji satelitarnej. Montaż tego rodzaju złącza nie wymaga zaciskarki, nakręcane jest ręcznie na kabel. Złącze występuje również w tzw. wersji szybkiej, gdzie wtyk męski nie posiada gwintu, co przyspiesza i ułatwia proces przełączania dużej liczby kabli.

Dane techniczne złącza typu F nakręcanego.

 - montaż kabla - nakręcane,
- impedancja 75 omów,
- wymiary: średnica wewnętrzna 6,8 mm,
- dodatkowe zabezpieczenie – uszczelka (guma etylenopropylenowa)

Powiązane ćwiczenia