一种5G覆盖用室内外光缆的设计与制造

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作    者：江晓东   季  静    陆玉倩   季  忠   李苏盈

单    位：江苏通光信息有限公司

摘    要：本文主要介绍了一种5G覆盖用室内外光缆的设计与制造，主要从结构、工艺、材料角度阐述了设计与制造过程，简明扼要地阐述了该光缆生产的难点和控制要点。并对生产的光缆进行了综合的试验，得到满足客户需求的产品。

关键词：室内外光缆；结构；材料；余长均匀性；工艺；试验；损耗

一、引言

随着5G网络的日益完善，正朝着6G网络迈进，光纤进入了家家户户，此时接入网用室内外光缆的优势体现了出来，也因此得到大量应用，越来越多的室内外光缆结构被开发了出来。因此本文分享了一种5G覆盖用室内外光缆（以下简称“光缆”）的设计和制造，并在生产完成后进行综合的性能试验验证其可靠性。

二、结构设计

客户需求：束状式、全干式结构、16芯光缆，外径不超过9.0mm，短期拉力400N，长期拉力200N，短期侧压力3000N/100mm，长期侧压力3000N/100mm，其余性能参照YD/T 1770-2008《接入网用室内外光缆》[1]。

根据客户需求，笔者的团队进行了多轮设计，考虑到其短期和长期侧压力均为3000N/100mm，因此采用钢带的方案较为合适，最终确定结构，型号为GJYFRSH-16B6，光缆截面图见图1。

图1  光缆截面图

该光缆采用全干式结构无油膏且环保，较大的光纤容量方便进入多户家庭，材料方面采了阻水玻璃纱承担一定的拉力和阻水性能以及防鼠性能，钢带起到一定的防鼠性能，具有良好的抗侧压能力，低烟无卤阻燃护套提升入户的防火安全性，其最大的特点就是松套管内的阻水芳纶，承担拉力的同时，起到阻水作用。其具体光缆结构尺寸见表1。

表1 光缆结构尺寸表

三、结构设计的理论验算

由于是束状式结构没有中心加强件其拉力主要来源于阻水玻璃纱与松套管内的芳纶。因此这两种材料的拉力设计和验证极为重要。

松套管外径2.2mm，内径1.6mm，每根套管内置4根光纤和1根667dtex阻水芳纶，其松套管一次余长经过计算可以达到0.35％，由于YD/T 1770-2008中要求长期允许拉力下光纤应变应不大于0.2％，短期允许拉力下光纤应变应不大于0.4％，因此光缆在长期拉力下最大伸长量为0.55％，在短期拉力下最大伸长量为0.75％，可以算出此时对应的芳纶和玻璃纱的张力，张力理论计算值见表2。因此5根玻璃纱和4根667dtex芳纶纱在0.75％光缆伸长量下提供的拉力为813N，在0.55％光缆伸长量下提供的拉力为585N，在0.35％光缆伸长量下提供的拉力为358N。经过以上理论分析预计在要求的短期拉力400N时只会产生极小的应变。因此该设计方案可行性很高，具体通过生产完成后的试验来判定。

表2  张力理论计算值

四、试制工艺控制

1、工艺流程

光缆工艺流程图见图2。

图2  光缆工艺流程图

2、工艺控制要点

（1）着色工序控制要点

与常规光缆一致，要求光纤不脱色，衰减正常。

（2）二次套塑工序控制要点

二次套塑是该光缆生产工艺最难的部分，根据以往经验，用传统的二套设备进行生产会出现以下几种比较典型的质量问题：松套管椭圆；由于没有填充油膏，会出现光纤与松套管内壁粘连导致的损耗超标或者台阶；③余长失控引起的损耗超标。

笔者通过多次试验发现，在原有二次套塑设备上增加余长辅助夹持装置（图3）和气体除湿填充装置（图4）后能够生产出所需的干式松套管。其工艺流程见图5。

余长的大小可以通过夹持装置与牵引的速度差、冷热水温度差、收放线张力来控制。余长均匀性的受放线张力和阻水芳纶纱的返潮率的影响。经过多次反复试验发现，一旦返潮率较高余长将不受控制，特别是余长的均匀性。这就对阻水芳纶纱的储存提出较高要求。

图3  余长辅助夹持装置图

图4  气体除湿填充装置图

图5  二次套塑工艺流程图

（3）成束工序控制要点

成束工序原则上也需要专门的成束设备，但受设备限制，我们采用了超大节距层绞工艺进行成束，以一根玻璃纱为轴心进行绞合，绞合节距需大于1000mm，这样才能尽可能不影响到松套管内的一次余长，且完成成束工序，形成缆芯，但缆芯不会太圆整。

注意事项：该方法局限性较高，对于多层束状的结构采用本方法并不合适，该方法仅适用于单层束状结构。

（4）护套工序控制要点

护套工序中镀铬钢带经过轧纹机，成形模，定径模后完全包裹住缆芯。护套挤出采用免调偏芯的挤压式结构，模具设计见图6，使得护套壁厚均匀圆整。

注意事项：在生产前需检查钢带成形模具状态，避免钢带出现荷叶边，否则会导致护套出现竹节，甚至脱节。钢带轧纹不宜太深，0.35mm为宜，否则容易会在护套上出现钢带纹路。

图6  护套模具图

五、试验验证

生产后光缆进行了全性能试验验证，各项性能指标均符合标准和客户要求。机械性能试验的指标均优于标准和客户要求。主要机械性能试验结果见图7-图11。拉伸性能见图7，压扁性能见图8，冲击性能见图9，扭转性能见图10，弯曲性能见图11。

图7 拉伸性能图

图8 压扁性能图

图9 冲击性能图

图10 扭转性能图

图11 弯曲性能图

1、性能试验结果

（1）拉伸试验结果为短期拉力400N时，光纤应变最大为0.028%，数值小于0.05%，无明显应变，光纤附加衰减最大为0.017dB，数值小于0.03dB，无明显附加衰减。

（2）压扁试验结果为侧压力为3000N时，光纤附加衰减最大为0.011dB，数值小于0.03dB，无明显附加衰减。

（3）冲击试验结果为光纤附加衰减最大为0.005dB，数值小于0.03dB，无明显附加衰减。

（4）扭转试验结果为光纤附加衰减最大为0.007dB，数值小于0.03dB，无明显附加衰减。

（5）弯曲试验结果为光纤附加衰减最大为0.008dB，数值小于0.03dB，无明显附加衰减。以上试验结果均符合YD/T 1770-2008中验收要求。

六、结束语

经过试验验证，该光缆符合设计预期效果，符合客户需求。本文介绍的结构设计及验算方案、干式松套管内阻水芳纶方案、束状松套管成束绞合方案、模具设计方案等设计经验及工艺控制经验供大家参考与讨论。

参考文献：

[1] 中华人民共和国工业和信息化部.接入网用室内外光缆: YD/T 1770-2008 [S]. 北京:人民邮电出版社, 2008