Conduttori e fibre

CONDUTTORI

I conduttori dei cavi strumentazione sono generalmente in rame per facilitare la trasmissione del segnale; per le termocoppie e per i cavi di compensazione invece si prediligono le leghe. I conduttori sono generalmente in accordo alla norma EN 60288:

CLASSE 1 - Solido

CLASSE 1

Solido

CLASSE 2 - Rigido

CLASSE 2

Rigido

CLASSE 5 - Flessibile

CLASSE 5

Flessibile

I conduttori vengono scelti in base alle caratteristiche elettriche ed alla flessibilità richiesta, oltre che al tipo di installazione e alle condizioni di installazione del cavo:

in applicazioni caratterizzate da vibrazioni, oscillazioni e da una ridotta capacità di curvatura, è preferibile procedere con conduttori flessibili in classe 5;
in applicazioni fisse in cui il cavo una volta posato non viene più movimentato, è preferibile optare per la classe 1;
in applicazioni caratterizzate da atmosfera corrosiva ed alte temperature e nel caso sia necessario procedere con una saldatura, è preferibile il conduttore stagnato in classe 2

CONDUTTORI RAME SQMM - TABELLA TECNICA - EN IEC 60228 standard

CONDUTTORI RAME AWG - TABELLA TECNICA

FIBRE

Le fibre possono essere di tipo monomodale o multimodale

FIBRE

Le fibre monomodali (9/125) sono generalmente selezionate per trasmissioni telefoniche urbane e fino agli edifici (FTTH), per trasmissioni video (CATV), reti di telecomunicazioni o controllo intelligente del traffico.

Le fibre multimodali (50/125 e 62,5/125) sono selezionate per trasmissione dati, comunicazioni per distanze brevi e per trasmissioni fino a 10Gb/s.

PARAMETRI TRASMISSIVI

Attenuazione

Che cos’è
L’attenuazione definisce la perdita di potenza che subisce un impulso luminoso che transita attraverso una fibra di una certa lunghezza. La riduzione di segnale, dovuta ai fenomeni di assorbimento e dispersione, ha un andamento esponenziale in funzione della lunghezza della fibra. Il rapporto tra la potenza in uscita e la potenza in entrata, espresso in funzione logaritmica, rappresenta una grandezza dipendente linearmente dalla lunghezza della fibra. Tale grandezza è espressa in db/km. Si parla in questo caso di attenuazione intrinseca della fibra e dipende dal tipo di fibra e dalla sua lunghezza. Tuttavia se una fibra viene sottoposta a pressioni laterali (microbending) o a raggi di curvatura molto stretti (macrobending), l’attenuazione può subire degli incrementi anche drastici.

L’attenuazione è il principale parametro da tenere sotto controllo durante la costruzione o la posa dei cavi ottici. Compito del costruttore di cavi è di garantire, durante tali fasi, i livelli di attenuazione prescritti.

Come si misura
I metodi di misura dell’attenuazione sono essenzialmente tre: metodo riflettometrico, misuratore di potenza ottica (power meter) e metodo di taglio (cut back) o misura spettrale. I primi due metodi utilizzano sorgenti di luce monocromatica, per cui effettuano la misura solo a lunghezze d’onda prefissate (850, 1310, …nm), mentre il terzo metodo effettua la misura per ogni lunghezza d’onda dello spettro interessato (850-1650 nm).

OTDR (optical time domain reflectometers)

Consiste nel misurare la potenza retrodiffusa per effetto Rayleigh di un impulso luminoso, di una determinata lunghezza d’onda, lanciato in una fibra. Ogni sezione della fibra riflette in tutte le direzioni un impulso luminoso che lo attraversa. La parte di segnale che viene riflessa all’indietro viene rilevata dallo strumento che, in funzione del tempo di ritardo, ricostruisce la mappa di attenuazione in rapporto alla lunghezza della fibra.

La velocità di misura, la possibilità di misurare da una sola estremità e la possibilità di analizzare l’andamento e gli eventi localizzati lungo tutta la tratta in misura, fanno di questo metodo il più diffuso ed affidabile.

Esso è infatti utilizzato nelle misure di tutte le fasi costruttive dei cavi, nelle misure di collaudo in fabbrica e sulle tratte posate.

La figura mostra il grafico di una misura OTDR, con le seguenti informazioni:

lunghezza fibra delimitata da due picchi di riflessione (A);
sezione di fibra in misura delimitata dai due marker interni (B);
valore assoluto dell’attenuazione relativa al tratto in misura espressa in dB;
attenuazione riferita all’unità di lunghezza espressa in dB/km.

Attenuazione Come si misura

CUTBACK o Attenuazione spettrale

Consiste nel comparare, per ogni lunghezza d’onda, la potenza ottica trasmessa dalla fibra in misura, con la potenza ottica in ingresso. Per potenza in ingresso si intende la potenza trasmessa da un breve tratto (circa 2 m) di fibra tagliata dalla testa iniziale, lasciando inalterate le condizioni di lancio.

L’apparato di misura, in questo caso (v. figura), è formato da una sorgente di luce bianca, scomposta tramite un monocromatore nelle varie componenti spettrali, da un fotorivelatore ad alta sensibilità e da un sistema di acquisizione/elaborazione dati.

Nel grafico è mostrato un esempio di misura eseguita con questo sistema, dove l’attenuazione è misurata secondo la seguente formula.

La necessità di avere le due estremità della fibra accessibili, la stabilità e la delicatezza della strumentazione, fanno di questo un metodo di misura non routinario, utilizzato principalmente per la caratterizzazione delle fibre e per le misure di laboratorio.

Attenuazione

Attenuazione

POWER METER

Consiste nel rilevare il livello del segnale in uscita da una fibra, iniettato da una sorgente monocromatica, e compararlo con il livello di segnale trasmesso da un breve tratto di fibra tagliato dal lato ingresso. Questo metodo necessita quindi di una sorgente, un fotorivelatore e l’accesso alle due teste della fibra in misura. Normalmente questo sistema è utilizzato come metodo di misura relativa, quale può essere ad esempio il monitoraggio delle variazioni di potenza ottica trasmessa da una fibra/cavo sottoposta a prova.

POWER METER

Dispersione

Che cos’è
Esistono due tipi di dispersione: dispersione cromatica e dispersione modale. Entrambe hanno l’effetto di limitare la banda trasmissiva (quantità di dati trasmissibili) e sono espresse in ps / (nm x km).

Dispersione cromatica: è il fenomeno per cui un impulso luminoso, che transita in una fibra, viaggia ad una velocità che dipende dalla sua lunghezza d’onda. Dal momento che non esistono impulsi perfettamente monocromatici (neanche tra i laser), le varie componenti cromatiche dell’impulso, all’interno di una fibra, viaggiano con velocità differenti. Di conseguenza, l’impulso in uscita dalla fibra risulta avere una larghezza maggiore di quella originale in ingresso (le componenti vicine all’infrarosso sono più lente mentre quelle vicine agli ultravioletti sono più veloci). Quando due impulsi vicini si allargano, al punto da divenire indistinguibili, si ha limitazione di banda (vedi figura sotto). Questo fenomeno esiste sia per le fibre monomodo che multimodo.
Dispersione modale: è presente solo nelle fibre multimodo ed è dovuta al diverso tempo di percorrenza dei modi che compongono l’impulso originale. Dal momento che ogni modo transita attraverso percorsi di lunghezza diversa (quindi con tempo diverso), si ha come risultato un allargamento dell’impulso con conseguente rischio di sovrapposizione e limitazione di banda.

Dispersione

Come si misura
I principali metodi di misura sono essenzialmente tre: MPS (modulation phase-shift), DPS (differential phase-shift) e PULSE-DELAY.

I primi due metodi richiedono l’accessibilità delle due teste fibra e l’uso di una complessa strumentazione. Di conseguenza l’utilizzo in campo non è molto pratico.

Il terzo metodo, al contrario, richiede l’accesso da una sola testa ed una strumentazione più compatta.

MPS, calcola il ritardo di gruppo, attraverso lo scorrimento di fase che si genera tra la modulazione dell’impulso, che attraversa il tratto di fibra in misura, e l’impulso modulato in ingresso. L’apparato di misura è formato principalmente da una sorgente laser modulata ed un analizzatore vettoriale di fase.

Il metodo MPS misura la differenza di fase tra il segnale trasmesso e ricevuto. L’analizzatore di fase modula l’ampiezza del segnale laser.

DPS, è molto simile al precedente, eccetto il fatto di essere equipaggiato di un selettore di frequenza capace di selezionare una finestra molto stretta all’interno dello spettro di emissione del laser.

Come il metodo MPS, anche il metodo DPS modula l’ampiezza del segnale laser, ma fa variare leggermente, o oscillare, la lunghezza d’onda del laser.

PULSE-DELAY, è il metodo più pratico e veloce di misura ed usa come strumento un CD-OTDR. Questo strumento si basa sul principio che impulsi di diversa lunghezza d’onda viaggiano a differente velocità. Lanciando in una fibra un impulso multiplo generato da un CD-OTDR ed analizzando l’impulso riflesso dall’estremità, è possibile calcolare il tempo di dispersione cromatica.

Caratteristiche delle Fibre Monomodali

Fibre Monomodo Step-Index

Queste fibre presentano una netta variazione dell’indice di rifrazione tra nucleo e mantello (a gradino o step-index), con un nucleo più piccolo (8÷10 µm) se paragonato alle multimodali. In questo caso un singolo raggio, assiale, può viaggiare lungo la fibra. Questo non produce dispersione e fornisce pertanto una banda passante altissima.

Fibre Multimodo Step-Index

Anche queste presentano un profilo a gradino (step-index). La luce si propaga attraverso differenti percorsi, da quello parallelo all’asse (percorso più breve) a quello con angolo prossimo all’angolo critico, e molti percorsi intermedi. Ogni percorso corrisponde ad un modo di trasmissione. A causa di questi differenti percorsi, la distanza e il tempo per percorrerla variano. Pertanto, un singolo impulso trasmesso, arriverà con tempi diversi causando un allargamento dell’impulso stesso (dispersione modale).

OS1 sono fibre di prima generazione.
Le OS2 sono fibre a basso contenuto di acqua, e quindi permettono di sfruttare uno spettro di trasmissione più ampio.

Le fibre “Bend-insensitive” sono dotate di un particolare indice profilo che le rende particolarmente insensibili alle flessioni.

Il tipo “G657A” è ottimizzato per funzionare a 1550 – 1625 nm,
e quindi adatto a realizzare connessioni di tipo FTTH.
Il tipo “G657B” è dotato di un mfd limitato e quindi può
resiste alle flessioni anche più estreme ed è adatto per realizzare
patch cord e connessioni che richiedono un raggio di curvatura ridotto.

NZD sono fibre con un profilo d’indice simile alle bend-insensitive, ma con un’area efficace maggiore (65 µmq) che, insieme ad una dispersione cromatica ottimizzata, fanno di queste fibre il mezzo idoneo per trasmissioni di tipo DWDM su lunghe e lunghissime distanze.

Caratteristiche delle Fibre Multinodo

Fibre Multimodo Graded-Index

In una fibra a gradiente d’indice (Graded-Index) l’indice di rifrazione della fibra è maggiore al centro e diminuisce gradualmente verso l’esterno. In questo modo, i raggi trasmessi vengono gradualmente piegati verso il centro della fibra causando una riduzione della dispersione.

OM1 sono le fibre standard MM 62,5 µm. Per motivi di processo costruttivo, hanno un profilo d’indice con un “buco” che crea dei disturbi nella propagazione dei modi, tali da limitarne l’utilizzo in collegamenti brevi a basse frequenze. Sono idonee per sorgenti LED.

OM2 0 µm. Sono realizzate con un processo costruttivo modificato, che consente di ottenere un profilo d’indice quasi privo di discontinuità. Idonee per sorgenti LED.

OM2+ simili alle fibre MM 50 µm, ma ottimizzate per distanze maggiori.

OM3 – OM4 sono le fibre MM 50 µm con profilo d’indice ottimizzato, al fine di ridurre la dispersione modale (DMD), così da renderle idonee all’uso di sorgenti laser (VCSEL) e quindi consentire trasmissioni su lunghe distanze ed alte frequenze.