Cabo óptico autossustentável totalmente dielétrico para rede de comunicação suburbana com design de menor custo

O cabo óptico ASU é uma variante do cabo autoportante totalmente dielétrico (ADSS) projetado para ambientes externos complexos. Seus parâmetros de desempenho integram avanços de ponta em mecânica estrutural, ciência dos materiais e tecnologia de transmissão óptica, amplamente utilizados em comunicações aéreas, redes inteligentes, transporte ferroviário e outros cenários. A seguir, analisamos sistematicamente as principais características dos parâmetros em seis dimensões: parâmetros estruturais, desempenho óptico, propriedades mecânicas, adaptabilidade ambiental, compatibilidade de instalação e adaptabilidade de aplicação.

I. Parâmetros Estruturais: Design Modular e Otimização da Sinergia de Materiais: O cabo óptico ASU adota uma estrutura modular de tubo central + elementos de reforço simétricos. Os parâmetros de cada componente são rigorosamente ajustados para alcançar um equilíbrio entre resistência, peso e custo.

Estrutura do cabo central

Tubo solto: Feito de polibutileno tereftalato (PBT) com espessura de parede de 0,3-0,5 mm. O diâmetro interno é projetado de acordo com o número de núcleos de fibra (2,8 mm para 2-12 núcleos, 3,5 mm para 12-24 núcleos). Possui uma faixa de temperatura de trabalho de -60°C a +120°C e pode suportar deformações causadas por expansão e contração térmica repetidas. O tubo solto é preenchido com gel impermeável tixotrópico (viscosidade ≥15000mPa·s), que permanece fluido mesmo a -40°C para garantir que não haja estresse mecânico nas fibras ópticas.

Capacidade da fibra: Suporta de 2 a 24 fibras monomodo (G.652D/G.657A1) ou fibras multimodo (OM3/OM4). A expansão da contagem de núcleos é alcançada aumentando o número de tubos soltos (até 4 tubos soltos, com uma contagem total de núcleos de 96). O desvio de cada tubo solto em relação ao eixo central é ≤ 0,1 mm para garantir a simetria estrutural.

Sistema de reforço

Elementos de resistência: FRP (polímero reforçado com fibra) de camada dupla, distribuído simetricamente em ambos os lados do tubo solto, com diâmetro de 2,0 a 3,0 mm. A camada externa é composta por um material composto de fibra de vidro/resina epóxi (resistência à tração ≥ 1400 MPa) e a camada interna é composta por fibra de basalto/resina de éster vinílico (módulo de elasticidade ≥ 70 GPa). Os dois materiais alcançam sinergia de tensões por meio do tratamento de interface, com uma deformação ≤ 0,3% sob carga de longo prazo.

Distância entre os elementos de resistência: 8-12 mm (variando com o diâmetro externo do cabo), garantindo tensão equilibrada em ambos os lados durante a flexão para evitar fratura unilateral.

Estrutura da Camada Protetora

Camada à prova de umidade: O tubo solto é envolto em um laminado de alumínio-plástico (APL) de 0,12 mm de espessura. Utiliza-se um processo de sobreposição longitudinal (largura da sobreposição ≥ 6 mm). A camada de alumínio possui pureza de 99,5% e a camada de plástico é de PP modificado (ponto de fusão 165°C) com taxa de transmissão de vapor d'água ≤ 0,1 g/(m²·24h).

Bainha: A camada externa é de polietileno de alta densidade (PEAD) preto com 2% de agente resistente à radiação ultravioleta (tamanho de partícula ≤20 nm). A dureza Shore é D65±3 e o alongamento na ruptura é ≥300%. Após imersão em água quente a 85°C por 168 horas, a taxa de retenção da resistência à tração é ≥90%.

Tabela Resumo de Parâmetros Estruturais

Padrão de teste de intervalo de valor de índice (IEC)

Diâmetro externo do cabo 6,8-11,5 mm (2-96 núcleos) IEC 60794-1-20

Peso unitário 95-210 kg/km IEC 60794-1-10

Resistência à tração do elemento de resistência ≥1400MPa IEC 61156-1

Nível de resistência UV da bainha Sem rachaduras após 1000h de envelhecimento sob UVB 313nm IEC 60068-2-5

II. Desempenho Óptico: Baixa Perda e Alta Estabilidade

O desempenho óptico do cabo óptico ASU concentra-se na combinação das características de transmissão da fibra e da estabilidade estrutural. Seu projeto de parâmetros visa baixa atenuação, baixa dispersão e alta antiinterferência para atender às necessidades de transmissão de sinais de longa distância e alta frequência.

Características de atenuação

Fibra monomodo (G.652D): Atenuação ≤0,36dB/km em comprimento de onda de 1310 nm, ≤0,22dB/km em comprimento de onda de 1550 nm e ≤0,24dB/km em 1625 nm (banda L), todas melhores que a recomendação ITU-T G.652 (1310 nm ≤0,4dB/km).

Fibra multimodo (OM4): Atenuação ≤2,5dB/km em comprimento de onda de 850 nm, com largura de banda de 500 MHz·km ≥4700 MHz·km, suportando distância de transmissão de sinal de 10 Gbps de até 550 m, atendendo ao padrão IEEE 802.3ae.

Impacto da temperatura na atenuação: Na faixa de -40℃ a +70℃, a variação de atenuação no comprimento de onda de 1550 nm é ≤0,05dB/km, muito menor que a média da indústria de 0,1dB/km, que se beneficia do efeito de amortecimento do tubo solto e do gel.

Controle de Dispersão

Comprimento de onda de dispersão zero: 1300-1324 nm (G.652D), com inclinação de dispersão zero ≤ 0,092 ps/(nm²·km). O valor de dispersão na janela de 1550 nm é de 17 ps/(nm·km), suportando transmissão de sinal de 100 Gbps sem repetidores por ≥ 80 km (com módulos de compensação de dispersão).

Dispersão do modo de polarização (PMD): O coeficiente PMD do link do cabo é ≤0,1ps/√km, com um valor máximo ≤0,5ps, atendendo aos requisitos do ITU-T G.650.2 para comunicação de longa distância, garantindo a estabilidade de polarização de sinais de alta velocidade (400 Gbps e acima).

Desempenho anti-interferência

Estrutura totalmente dielétrica (sem componentes metálicos): Atenuação de interferência eletromagnética (EMI) ≥80dB (10kHz-1GHz), eficácia de blindagem de interferência de radiofrequência (RFI) ≥60dB, adequada para instalação próxima a redes elétricas de alta tensão (110kV-500kV) sem camadas de blindagem adicionais.

Revestimento de fibra: Acrilato de camada dupla (camada interna macia, camada externa rígida) com força de decapagem de 1,5-3,5 N. Resistência à perda induzida por hidrogênio: Após ser colocado em um ambiente de hidrogênio a 1 atm por 168 horas, o incremento de atenuação a 1550 nm é ≤ 0,05 dB/km.

III. Propriedades Mecânicas: Resistência a Tensão Extrema e Estabilidade Dinâmica (aproximadamente 600 palavras)

As propriedades mecânicas do cabo óptico ASU são sua principal vantagem competitiva como cabo autossustentável. O projeto dos parâmetros abrange suporte de carga estática, deformação dinâmica, impacto externo e outros cenários para garantir a integridade estrutural em ambientes complexos.

Desempenho de tração

Tensão de curto prazo (durante a instalação): A tensão máxima permitida é de 1500-6000 N (variando de acordo com a contagem de núcleos/modelo). Nessa tensão, a deformação da fibra é ≤ 0,2% e a variação da atenuação é ≤ 0,1 dB (1550 nm). O método de teste está em conformidade com a norma IEC 60794-1-21 (tensão uniforme até a ruptura, registrando a tensão do cabo quando a fibra se rompe).

Tensão de longo prazo (durante a operação): A tensão nominal de longo prazo é 50% da tensão de curto prazo (por exemplo, 3000 N para ASU de 24 núcleos). Sob essa tensão por 1000 horas, o cabo não apresenta deformação permanente e a atenuação da fibra permanece inalterada, atendendo aos requisitos de suporte de carga para vãos aéreos de 100 a 150 m (calculado pela equação da catenária, a flecha no meio do vão é ≤ 5% do vão).

Desempenho de flexão

Curvatura estática: O raio mínimo de curvatura durante a instalação é de 20 vezes o diâmetro externo do cabo (por exemplo, 200 mm para um cabo de 10 mm de diâmetro externo) e 10 vezes (100 mm) após a instalação. Após 100 curvaturas nesse raio (1 minuto cada), a variação da atenuação da fibra é ≤ 0,1 dB.

Curvatura dinâmica: Curvatura cíclica a uma frequência de 1 Hz e um ângulo de curvatura de ± 90° por 1.000 vezes, a fibra não apresenta fratura e o incremento de atenuação é ≤ 0,2 dB, adequado para cenários que exigem ajustes frequentes de rota (como ao longo de linhas de trânsito ferroviário).

Resistência ao esmagamento

Suportando uma pressão radial de 2200 N/100 mm (equivalente à rolagem de um peso de 500 kg) por 1 minuto, a deformação do diâmetro externo do cabo é ≤ 20% e a variação da atenuação da fibra é ≤ 0,1 dB. Após o teste, ele retorna à sua forma original sem danos estruturais, atendendo aos requisitos de resistência à compressão para assentamento direto no solo.

Desempenho de impacto e vibração

Ensaio de impacto: Um martelo de 1,5 kg é lançado livremente de uma altura de 1 m (energia de impacto de 15 J), com o ponto de impacto a 1 m da junta. Após o ensaio, a fibra não apresenta fratura e a variação de atenuação é ≤ 0,5 dB (de acordo com a norma IEC 60794-1-23).

Teste de vibração: Vibrando em uma faixa de frequência de 10-500 Hz com uma amplitude de 0,75 mm por 2 horas, a variação de atenuação da fibra é ≤ 0,1 dB, adequada para ambientes de alta vibração, como rodovias e linhas ferroviárias.

Desempenho de torção

Suportando torção de ±180°/m (meia torção por metro de cabo) por 10 minutos, a variação de atenuação da fibra é ≤0,2dB, sem delaminação da estrutura, atendendo ao esforço de torção causado pela inclinação do terreno durante a instalação aérea em áreas montanhosas.

IV. Adaptabilidade Ambiental: Resistência e Confiabilidade às Condições Climáticas em Todos os Cenários (aproximadamente 600 palavras)

Os parâmetros ambientais do cabo óptico ASU são otimizados para condições externas complexas, abrangendo temperatura, corrosão, danos causados pela água, danos biológicos e outros cenários, garantindo uma vida útil de projeto de 25 anos (padrão Telcordia GR-20).

Faixa de tolerância de temperatura

Temperatura de operação: -40°C a +70°C (a curto prazo, pode suportar -55°C a +85°C). Após 100 ciclos de temperatura (de -40°C a +70°C, 2 horas por ciclo) dentro dessa faixa, a capa do cabo não apresenta rachaduras e a variação da atenuação da fibra é ≤0,1dB.

Desempenho de encolhimento térmico: quando colocado em um forno a 100°C por 1 hora, a taxa de encolhimento do comprimento do cabo é ≤0,2%, evitando perda de microcurvatura da fibra causada por mudanças de temperatura.

Resistência às intempéries e desempenho à corrosão

Resistência ao envelhecimento UV: Exposto à norma ISO 4892-2 (teste de envelhecimento com lâmpada de xenônio) por 1000 horas, a taxa de retenção da resistência à tração da bainha é ≥80%, e a taxa de retenção do alongamento na ruptura é ≥70%, sem escamação ou rachaduras, adequado para áreas de alta altitude (com forte radiação ultravioleta).

Corrosão por névoa salina: Colocado em uma câmara de névoa salina com solução de NaCl a 5%, a 35°C, pH 6,5-7,2 por 1000 horas, a área de corrosão dos componentes metálicos (se houver) é ≤ 5%. O cabo ASU totalmente dielétrico não apresenta risco de corrosão e pode ser usado em áreas costeiras (dentro de 5 km da costa).

Corrosão química: Suporta imersão em soluções ácidas (H₂SO₄) e alcalinas (NaOH) com concentração de 5% por 168 horas, a bainha não apresenta inchaço (variação de peso ≤5%) e o desempenho da fibra permanece inalterado, adequado para ambientes poluídos, como fábricas de produtos químicos e áreas de mineração.

Desempenho à prova d'água e bloqueador de água

Bloqueio longitudinal de água: Um cabo de 1 m de comprimento é utilizado, uma extremidade é selada e uma pressão de água de 0,1 MPa é aplicada na outra extremidade. Não há infiltração de água em 30 minutos. O fio bloqueador de água (teor de resina superabsorvente ≥ 30%) tem uma taxa de expansão ≥ 200%, formando uma barreira de gel.

Bloqueio radial de água: aplica-se uma pressão de água de 0,3 MPa na parte externa de um cabo de 1 m de comprimento, sem infiltração radial de água em 24 horas. A combinação firme de fita de alumínio APL e revestimento proporciona impermeabilização completa, adequada para instalação aérea em áreas chuvosas.

Proteção contra danos biológicos e mecânicos

Resistência a roedores: A bainha contém 0,5% de permetrina, com uma taxa de repelência ≥90% contra roedores e lebres. A bainha possui dureza Shore ≥D65, sem danos penetrantes após um teste de roedura (com dentes de metal simulando dentes de roedores), sendo adequada para áreas rurais com atividades frequentes de roedores.

V. Instalação e compatibilidade de aplicativos: implantação flexível e correspondência de cenários (aproximadamente 300 palavras)

Os parâmetros de instalação do cabo óptico ASU são projetados para serem leves, fáceis de operar e compatíveis com múltiplos cenários para reduzir a dificuldade e o custo da construção.

Compatibilidade com métodos de assentamento: Suporta três métodos: aéreo (autoportante, tipo gancho), tubulação (com tração por rosca) e enterramento direto (com camada de armadura). Durante o assentamento aéreo, pode ser fixado com ferragens especiais (grampos de tensão, grampos de suspensão) com uma garra de fixação ≥70% da tensão nominal para evitar deslizamentos.

Compatibilidade da junta: Compatível com terminais de emenda padrão SC/LC/FC. O tubo solto pode ser inserido diretamente na bandeja de emenda por fusão sem necessidade de decapagem adicional dos elementos de reforço. A perda de emenda após a fusão é ≤ 0,05 dB (1550 nm), atendendo ao padrão ITU-T G.650.1.

Correspondência de cenário de aplicação:

Redes de comunicação rural: Leves (95 kg/km) adequadas para montagem manual, com resistência UV adaptando-se aos ambientes de campo;

Redes inteligentes: Estrutura totalmente dielétrica resiste a interferências eletromagnéticas, permitindo instalação de linhas de 110 kV no mesmo poste sem distância de isolamento;

Trânsito ferroviário: A resistência à vibração e ao impacto é adequada ao ambiente de operação do trem, com um pequeno raio de curvatura adequado para instalação em túneis.

VI. Conformidade com as normas e controle de qualidade

O cabo óptico ASU está em total conformidade com os padrões nacionais e internacionais: IEC 60794-1 (Especificação geral para cabos ópticos), ITU-T G.652/G.657 (Características da fibra), GB/T 7424.1 (Requisitos gerais para cabos ópticos), YD/T 901 (Cabos ópticos de tubo central) e passou pelas certificações CE (UE), UL (EUA) e TLC (China Telecom).

O controle de qualidade adota inspeção de processo completo "": as fibras são testadas quanto à atenuação e dispersão ao entrar na fábrica (amostragem de 100%); as propriedades mecânicas (tração, flexão) são amostradas e testadas a cada 100 km durante a produção do cabo; o teste de pressão de água de 24 horas (0,3 MPa) e o pré-teste de envelhecimento de 1.000 horas (verificação de vida útil acelerada) são conduzidos antes da entrega para garantir uma taxa de qualificação do lote de ≥ 99,5%.

Em resumo, por meio de estrutura modular, materiais de alto desempenho e projeto de parâmetros baseado em cenários, o cabo óptico ASU oferece uma vantagem sinérgica em transmissão óptica, suporte de carga mecânica e adaptação ambiental, tornando-se a solução preferencial para comunicação em ambientes externos complexos. Suas características de parâmetros não apenas atendem às necessidades atuais de comunicação 10G/100G, como também reservam espaço para atualizações de 400G/1T, com adaptabilidade técnica de longo prazo.