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關(guān)于GPX339型光纖配線架中的連接器的分析與討論

連接器就是起連接作用的一種元器件。連接器無論生產(chǎn)還是使用，都帶來了很多好處。首先，它改善了生產(chǎn)過程。因?yàn)檫B接器簡化了產(chǎn)品的裝配過程，也簡化了批量生產(chǎn)過程。第二，連接器使產(chǎn)品易于維修。寧波宏脈通信科技有限公司如果某元部件失效，裝有連接器可以快速更換失效元部件。第三，連接器使產(chǎn)品易于升級(jí)。隨著技術(shù)進(jìn)步，裝有連接器時(shí)可以迅速更新元部件，用新的、更完善的元部件代替舊的。第四，連接器提高了設(shè)計(jì)的靈活性。使用連接器使工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)和集成新產(chǎn)品時(shí)，以及用元部件組成系統(tǒng)時(shí)，有更大的靈活性。連接器廣泛應(yīng)用于有線和無線領(lǐng)域，包括電子工程技術(shù)和光電子技術(shù)。例如，一般的有線電視（Cable TV），無線，信息通訊，測量儀器，太空及電子產(chǎn)品，汽車工業(yè)、鐵路及其它運(yùn)輸工具，以及工業(yè)用產(chǎn)品都大量使用連接器。連接器形式和結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，隨著應(yīng)用對(duì)象、頻率、功率、應(yīng)用環(huán)境等不同，有各種不同形式的連接器。寧波宏脈通信科技有限公司

在電子線路中，連接器在電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路之間，架起溝通的橋梁，從而使電流流通，使電路實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。連接器是電子設(shè)備中*的部件，它通過各種電纜把設(shè)備內(nèi)的各功能模塊起來，組成一臺(tái)完成某種功能的整機(jī)。比如，我們常見的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，你打開主機(jī)箱就會(huì)看到，在主機(jī)板上有不少白色或彩色的帶狀電纜連接著計(jì)算機(jī)的各個(gè)模塊，電纜兩端即是連接器，在主機(jī)板上與其相接的也是連接器。

數(shù)據(jù)通信／電信中，使用相對(duì)較多的是射頻和微波同軸連接器。它們連接的是通信線路中的微波信號(hào)。這類連接器涵蓋一般常見的小型連接器如N型，BNC型；微小型連接器如SMA型，SMB型，SMC型；超小型連接器如MCX型，SMP型等。比如，在移動(dòng)基站中的大功率發(fā)射機(jī)、無線接收機(jī)的機(jī)內(nèi)各模塊間的連接，機(jī)柜與機(jī)柜間的連接，機(jī)柜與天線的連接，都是通過這些同軸連接器來實(shí)現(xiàn)的。寧波宏脈通信科技有限公司

連接器所接通的不僅*于電流，在光電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光纖系統(tǒng)中，傳遞信號(hào)的載體是光，玻璃和塑料代替了普通電路中的導(dǎo)線，但是光信號(hào)通路中也使用連接器，它們的作用與電路連接器相同。本文主要討論的就是光纖連接器。

但是無論什么樣的連接器，都要保證電流、微波、光信號(hào)等在傳輸線路中順暢連續(xù)和可靠地流通。光纖連接器的原理和分類寧波宏脈通信科技有限公司

在光纖通信（傳輸）鏈路中，為了實(shí)現(xiàn)不同模塊、設(shè)備和系統(tǒng)之間靈活連接的需要，必須有一種能在光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動(dòng)）連接的器件，使光路能按所需的通道進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)和完成預(yù)定或期望的目的和要求，能實(shí)現(xiàn)這種功能的器件就叫連接器。光纖連接器就是把光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能zui大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到zui小，這是光纖連接器的基本要求。在一定程度上，光纖連接器也影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。

    光纖連接器是光系統(tǒng)中使用量zui大的光無源器件。對(duì)連接器的要求主要是插入損耗小，反射損耗高，重復(fù)插拔性好，環(huán)境穩(wěn)定和機(jī)械性能好等。由于光纖連接器也是一種損耗性產(chǎn)品，所以還要求其價(jià)格低廉。其典型應(yīng)用包括通信、局域網(wǎng)（LAN）、光纖到戶（FTTH）、高質(zhì)量視頻傳輸、光纖傳感、測試儀器儀表、CATV等。

光纖連接器的一般特征寧波宏脈通信科技有限公司

光纖連接器的基本構(gòu)成

目前，大多數(shù)的光纖連接器是由三個(gè)部分組成的：兩個(gè)配合插頭和一個(gè)耦合管。兩個(gè)插頭裝進(jìn)兩根光纖尾端；耦合管起對(duì)準(zhǔn)套管的作用。另外，耦合管多配有金屬或非金屬法蘭，以便于連接器的安裝固定。

光纖連接器的對(duì)準(zhǔn)方式

光纖連接器的對(duì)準(zhǔn)方式有兩種：用精密組件對(duì)準(zhǔn)和主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。

高精密組件對(duì)準(zhǔn)方式是zui常用的方式，這種方法是將光纖穿入并固定在插頭的支撐套管中，將對(duì)接端口進(jìn)行打磨或拋光處理后，在套筒耦合管中實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。插頭的支撐套管采用不銹鋼、鑲嵌玻璃或陶瓷的不銹鋼、陶瓷套管、鑄模玻璃纖維塑料等材料制作。插頭的對(duì)接端進(jìn)行研磨處理，另一端通常采用彎曲限制構(gòu)件來支撐光纖或光纖軟線以釋放應(yīng)力。耦合對(duì)準(zhǔn)用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）或金屬等材料制成的兩半合成的、緊固的圓筒形構(gòu)件做成的。為使光纖對(duì)得準(zhǔn)，這種類型的連接器對(duì)插頭和套筒耦合組件的加工精度要求很高，需采用超高精密鑄?；驒C(jī)械加工工藝制作。這一類光纖連接器的介入損耗在（0.18～3.0）dB范圍內(nèi)。寧波宏脈通信科技有限公司

主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)連接器對(duì)組件的精度要求較低，可按低成本的普通工藝制造。但在裝配時(shí)需采用光學(xué)儀表（顯微鏡、可見光源等）輔助調(diào)節(jié)，以對(duì)準(zhǔn)纖芯。為獲得較低的插入損耗和較高的回波損耗，還需使用折射率匹配材料。

    光纖連接器應(yīng)用極廣，品種繁多。下面我們以zui常見的FC型（即圓柱套筒型）連接器為例介紹一下連接器的基本結(jié)構(gòu)。寧波宏脈通信科技有限公司

FC型連接器，采用套筒（sleeve）對(duì)中和微孔插針（ferrule）配合的結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)由1只套筒和兩只帶光纖的插針組成。插針是一只套管，其外徑為ф2.499（±0.0005）mm,內(nèi)徑為ф0.125（±0.001）mm。把直徑為ф1.125（-0）mm的光纖固定(用EPOXY膠)在插針內(nèi)孔。套管(sleeve)的內(nèi)徑ф=2.48～2.49mm。與兩只帶光纖的插針精密配合，完成兩根光纖的對(duì)中。兩個(gè)插針的端面則通過兩側(cè)的保持彈簧來保證其端面緊密接觸。

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光纖連接器的性能

光纖連接器的性能，從根本上講首先是光纖連接器的光學(xué)性能；另外為保證光纖連接器的正常使用，還要考慮光纖連接器的互換（同型號(hào)間）性能、機(jī)械性能、環(huán)境性能和壽命（即zui大可拔插次數(shù)）。

    目前，對(duì)于光纖連接器光性能方面的要求，用戶所關(guān)心的和廠家宣傳的重點(diǎn)還是放在介入損耗和回波損耗這兩個(gè)zui基本的性能參數(shù)上。寧波宏脈通信科技有限公司  　其中，介入損耗（或稱插入損耗）是指因連接器的介入而引起傳輸線路有效功率減小的量值，對(duì)于用戶來說，該值越小越好。對(duì)于該項(xiàng)性能，ITU（電信聯(lián)盟）建議應(yīng)根據(jù)20個(gè)樣品的測試，確定出平均損耗、標(biāo)準(zhǔn)偏差和樣品zui大損耗?；Ｆ骄鶕p耗值應(yīng)不大于0.5dB。

  　回波損耗（或稱反射衰減、回?fù)p、回程損耗）是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個(gè)量度，其典型值應(yīng)不小于25dB。對(duì)于光纖通信系統(tǒng)來說，隨著系統(tǒng)傳輸速率的不斷提高，反射對(duì)系統(tǒng)的影響也越來越大，來自連接器的巨大反射將影響高速率激光器（開關(guān)速率為Gbit／s級(jí)）的穩(wěn)定度，并導(dǎo)致分布噪聲的增大和激光器抖動(dòng)。因此對(duì)回波損耗的要求也越來越高，僅滿足典型值的要求已無法符合實(shí)際要求，還需要進(jìn)一步提高回波損耗。研究表明，通過對(duì)連接器對(duì)接端的端部進(jìn)行專門的拋光或研磨處理，可以使回波損耗更大。ITU建議此類經(jīng)專門處理過的連接器，其回波損耗值不應(yīng)小于38dB。

    減小介入損耗是連接器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。產(chǎn)生介入損耗的機(jī)理有兩方面:

    1） 光纖公差引起的固有損耗。主要由光纖制造公差，即纖芯尺寸、數(shù)值孔徑、纖芯/包層同心度和折射率分布失配等因素產(chǎn)生。寧波宏脈通信科技有限公司    2） 連接器加工裝配引起的固有損耗。這是由連接器加工裝配公差，即端面間隙、軸線傾角、橫向偏移和菲涅爾反射及端面加工精度等因素產(chǎn)生的。如果兩個(gè)光纖端面事實(shí)上*接觸，則此項(xiàng)損耗不存在。但是兩個(gè)光纖端面*接觸會(huì)相互擦傷甚至擠碎，因而不可取?，F(xiàn)實(shí)中，通過對(duì)端面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在加工中采取恰當(dāng)?shù)氖侄慰梢员ＷC合理的光纖端面與插針體（Ferrule）端面的相對(duì)位置。一般要求光纖端面的凹凸量U=0±0.05μm，另外Ferrule端面的曲率半徑R在10～25㎜間為佳。

實(shí)際光纖連接時(shí)，這些因素的影響可能同時(shí)存在，因而總損耗應(yīng)是各損耗的迭加。為減少介入損耗，在光纖連接器設(shè)計(jì)與制造中，應(yīng)盡量避免上述各種因素的影響。

 3. 光纖連接器的分類寧波宏脈通信科技有限公司

我們這里所講的光纖連接器確切地講是光纖活動(dòng)連接器，是按光纖接頭可拆卸與否來分類時(shí)的一類，所以相應(yīng)地還有一種不可拆卸的連接器，稱為固定連接器。光纖連接器按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模、多模連接器，還有其它媒介如塑膠等為傳輸媒介的光纖連接器；按連接頭結(jié)構(gòu)型式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各種型式；按光纖端面形狀分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC型；按光纖芯數(shù)分還有單芯、多芯（如MT-RJ）型光纖連接器之分。連接器的規(guī)格型號(hào)較多，表1給出了部分單模光纖連接器的主要特性。各種型號(hào)的連接器都有自己的特點(diǎn)和用途。一般長距離通信，大多使用FC型或SC型連接器，其優(yōu)點(diǎn)是介入損失小，安裝容易穩(wěn)定性高。短距離(≤20km)信號(hào)傳輸，則較多用ST、SMA、FDDI等，且多用于多模系統(tǒng)，因?yàn)槠渚纫蟛桓?，所以成本較低。SC、ST和D4等則適用于用戶網(wǎng)和局域網(wǎng)。另外，帶狀陣列式光纜連接器由于現(xiàn)場連接速度快，性能良好成本低，常用于各種局域網(wǎng)，其它如塑膠類光纖連接器則多用于更短距離通信，自動(dòng)控制和音響訊號(hào)傳輸?shù)取Ｎ磥砉饫w連接器的研發(fā)趨勢應(yīng)為低成本、高密度、高可靠度、功能及安裝簡化等方面發(fā)展。寧波宏脈通信科技有限公司

   　　　　　　 表1 部分單模光纖連接器的主要特性

GPX339型光纖配線架中的連接寧波宏脈通信科技有限公司

GPX339型光纖配線架是一種適用于光纖接入網(wǎng)中局端主干光纜與配線光纜節(jié)點(diǎn)的接口設(shè)備，可以方便地實(shí)現(xiàn)光纖線路的連接、分配與調(diào)度。在該設(shè)備上可實(shí)現(xiàn)光纜的固定與可靠接地功能，光纜的終結(jié)功能，調(diào)線功能以及光纜纖芯和尾纖的保護(hù)功能，是光纖通信系統(tǒng)的輔助設(shè)備。整個(gè)設(shè)備的外形如圖1、2所示。　　　　　　 

光纖在配線架中的連接如圖3、4所示。其中，紅色護(hù)套套住的就是光纖連接器，黃色線纜即是光纖。寧波宏脈通信科技有限公司

GPX339光纖配線架中使用的連接器主要是FC/PC型光纖連接器，使用的光纖是φ3、長5m的單模光纜。其中，FC是Ferrule Connector的縮寫，表明其外部加強(qiáng)件是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣；PC是Physical Connection的縮寫，表明其對(duì)接端面是物理接觸，即端面呈凸面拱型結(jié)構(gòu)。此類連接器具有較好的介入損耗和回波損耗性能。

 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的FC／PC型光纖連接器為例，其100個(gè)介入損耗規(guī)格值為0.5dB的連接器的zui大介入損耗為0.25dB，平均值為0.13dB。回波損耗皆大于45dB，平均值可達(dá)到45.8dB。FC/PC屬于FC型連接器中的一類插針端面形狀為球面接觸的連接器。FC型連接器是目前世界上使用量zui大的品種，也是我國采用的主要品種。FC連接器大量用于光纜干線系統(tǒng)，其中FC/APC連接器用在要求高回波損耗的場合，如CATV網(wǎng)等。我國已制訂了FC型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。

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GPX339光纖配線架的使用條件為：

    環(huán)境溫度：-15°C~+40°C

    貯存溫度：-25°C~+55°C

    相對(duì)濕度：£85%(+30°C)

    大氣壓力：70kPa~106kPa

    光電性能為：

    介入損耗£0.3dB

    回波損耗：FC/PC³40dB   FC/UPC³50dB   FC/APC³60dB

    插拔耐久性：>1000次

    機(jī)架高壓防護(hù)地與機(jī)架間絕緣>1000MW/500V（DC）

    機(jī)架高壓防護(hù)地與機(jī)架間耐壓>3000V（DC）/min 不擊穿，無飛弧

    工作指標(biāo)為：

        標(biāo)稱工作波長：850nm、1310nm、1550nm

        光纖連接器：符合GB/T12507以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

        光纖光纜：符合GB/T11819和B/T7424 的規(guī)定

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    從中我們也可以看出它對(duì)光纖連接器的光電性能、工作環(huán)境的要求。

光纖連接器的現(xiàn)寧波宏脈通信科技有限公司狀及發(fā)展

由于光纖通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，高速局域網(wǎng)和本地用戶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)得到了很大發(fā)展，出于維護(hù)上測量、轉(zhuǎn)接、調(diào)度等方面的需要，對(duì)光纖連接器提出的要求也越來越多，這些都促進(jìn)了光纖連接器的發(fā)展。

  　就光纖連接器的關(guān)鍵元件——插頭支撐套管和耦合套筒而言，Φ2.5mm的插針及配套的耦合套筒將得到較大發(fā)展，以此為基礎(chǔ)已開發(fā)出FC、ST、SC、DIN47255／6、MiniBNC、GFS-11／13、530等多種型號(hào)的光纖連接器，而且其技術(shù)也在不斷進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的目的是努力降低介入損耗，盡可能提高回波損耗，并改善連接器的機(jī)械耐力（重復(fù)插拔性能）和溫度性能。目前改進(jìn)工作主要是從兩個(gè)方面著手的。

  　其一為制作材料。由于陶瓷材料與石英玻璃材料的熱匹配性好，理化性能穩(wěn)定，加工精度高，機(jī)械耐力好，因此越來越受到重視。估計(jì)短期內(nèi)，以精密陶瓷制作的插針套管和耦合套筒將繼續(xù)占主導(dǎo)地位。寧波宏脈通信科技有限公司

    目前使用較多的陶瓷材料是氧化鋁和3mol氧化釔不*穩(wěn)定的氧化鋯（PSZ）。其中氧化鋁的硬度較高，研磨精度也比較高，但對(duì)研磨設(shè)備的要求也較高，且彎曲強(qiáng)度低、粒度大，碰到堅(jiān)硬表面時(shí)易碎裂。而氧化鋯（PSZ）的彎曲強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度較氧化鋁要高得多，且其硬度小、顆粒小，易于進(jìn)行研磨拋光，但由于其場式模量較小，因而在進(jìn)行研磨時(shí)需要*的加工工藝?？偟膩碚f，使用氧化鋯（PSZ）較氧化鋁要可靠得多。另有資料介紹說，由于需要不斷進(jìn)行插拔，因此耦合套筒必須具有良好的耐磨性和一定的彈性，所以，理想的組合是用氧化鋁制作插針套管，用氧化鉻制作耦合套筒。

  　其二是改進(jìn)插針體（套管）對(duì)接端端面的對(duì)接方式和端面的加工工藝。目前隨著系統(tǒng)速率的不斷提高，PC（物理接觸）型正在逐步取代FC（平面接觸）型；對(duì)于PC型研磨的工藝也在不斷進(jìn)行改進(jìn)，人工研磨正逐漸為機(jī)器研磨所取代；出現(xiàn)了APC（Advance Physical Contant）技術(shù)，即在傳統(tǒng)PC研磨的基礎(chǔ)上寧波宏脈通信科技有限公司，再用二氧化硅磨片或微粉進(jìn)行超精細(xì)研磨，以減小因光纖連接器對(duì)接端面處折射率不匹配對(duì)介入損耗和回波損耗性能的影響。這種不匹配是由研磨受力所產(chǎn)生的損傷層造成的。一般經(jīng)PC研磨后，損傷層的折射率約為1.54，高于光纖纖芯的折射率（1.46），而經(jīng)過APC研磨處理的端面，其折射率約為1.46，接近或達(dá)到纖芯的折射率。

    另外，根據(jù)研究，在現(xiàn)在的Φ.5mm型插針套管的基礎(chǔ)上，采用斜面連接是提高單模光纖連接器回波損耗性能的一個(gè)有效途徑。理論推算表明，當(dāng)斜面的傾角為8°時(shí)，連接器的回波損耗可達(dá)到118dB。但此種連接方式會(huì)對(duì)介入損耗產(chǎn)生較大影響，此種影響可通過在端面形成一定曲率（R＝（20～50）mm）的球面得到改善。住友電氣工業(yè)株式會(huì)社推出的斜8°角光纖連接器，其回波損耗平均可達(dá)66dB，相應(yīng)的介入損耗平均為0.18dB；國內(nèi)郵電部固體器件研究所研制的一種斜8°角連接器，其回波損耗大于56dB，相應(yīng)的介入損耗小于0.6dB。寧波宏脈通信科技有限公司

  　就光纖連接器的外圍（部）元件而言，由于光纖通信的不斷發(fā)展，特別是光纖用戶網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)光纖連接器提出的要求是高性能、低成本、小型化、多纖化、安裝密度高、安裝簡便等，這其中有很多可以通過對(duì)光纖連接器外圍元件的材料、外形、加工工藝、緊固方式等方面加以改進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)。另外，系列化也是降低產(chǎn)品成本的一個(gè)有效途徑。NTT開發(fā)的SC型連接器即為一例；由鑄模玻璃纖維塑料制成的矩型外殼成本低廉，抗壓強(qiáng)度高；插拔操作方便，適合高密度安裝。以這種連接器為基礎(chǔ)的SC系列光纖連接器還包括多套管連接器（HSC系列）、底座型光纖連接器以及固定衰耗器等。

  　另外，隨著光纖連接器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其需求數(shù)量也越來越多，單靠在工廠中裝配研磨生產(chǎn)已無法滿足需要，且其成本對(duì)于某些應(yīng)用來說也太高，因此連接器的裝配正從工廠走向安裝工程現(xiàn)場，對(duì)快速簡易的現(xiàn)場裝配型光纖連接器的需求也越來越多。采用現(xiàn)場裝配型也是降低成本的一個(gè)有效措施。寧波宏脈通信科技有限公司

  　適用于現(xiàn)場安裝的連接器要求必須省時(shí)、省力、操作方便。很多廠家對(duì)此進(jìn)行了研究，開發(fā)出了許多新的工藝方法，如采用紫外固化粘結(jié)膠。采用利于拋磨的方法、設(shè)計(jì)出不需粘結(jié)的連接器和既不需要粘結(jié)也不需要拋光的連接器等等，在現(xiàn)場只需要幾分鐘即可裝配出一個(gè)可靠的光纖連接器。

  　正如由于電纜通信系統(tǒng)離不開各種插塞、同軸頭等電連接器而促進(jìn)了電纜連接器及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一樣，相信光纖連接器將會(huì)隨著光纖通信的不斷發(fā)展而得到進(jìn)一步的發(fā)展。