通信连接器技术现状与展望之一

      通信是一项系统工程,使用的各个部件的性能都会影响整个网络的性能,其中通信连接器属于网络传输介质互联设备,所采用的连接器性能可能影响整个通信系统。目前,连接器产品的型号和标准很多,有电连接器件和光纤连接器。特别是光纤连接器,各种标准差异很大;同时,新的工艺、新的技术层出不穷。因此用户应根据自己的实际情况,选择适用的连接器。同时网络建设的有关技术人员也要熟悉和了解各种连接器的性能,考虑网络向高速网络升级时的建设成本和硬件升级等问题,提出接口要求;并综合考虑连接器的性能、价格和发展,建议连接器的选用。 

     连接器的形式和结构千变万化,随着应用对象、频率、功率和应用环境等的不同,有各种不同形式的连接器。通信连接器作为一种物理层器件,在一定程度上影响传输系统的可靠性和各项性能;同时,连接器连接技术的改进,简化了终端连接和维护服务,降低了对硬线连接的需求,使设计和生产过程更方便、更灵活,降低了生产和维护成本。由于光纤连接器也是一种损耗性产品,所以还要求其价格低廉。

一、光纤连接器
1. 光纤连接器分类
       光纤连接器的作用在于把光纤的两个端面精密地对接起来,以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去,并使由于其接入光链路而对系统造成的影响减到最小,这也是光纤连接器的基本要求。这里所说的光纤连接器确切地讲是光纤活动连接器,俗称活接头,是按光纤接头可拆卸与否来分类时的一类;相应地还有一种不可拆卸的连接器,称为固定连接器。正是由于连接器的使用,使得光通道间的可拆式连接成为可能,从而方便了光系统的调测与维护,使光系统的转接调度更加灵活。
       光纤连接器是光纤通信系统中使用量最大的光无源器件,随着光纤的广泛应用,光纤连接器已形成了门类齐全、品种繁多的系列产品,各种类型的特点也逐渐分明。光纤连接器按传输媒介的不同,可分为硅基光纤的单模、多模连接器以及以其他媒介(如塑胶等)为传输媒介的光纤连接器;按连接头的结构形式,可分为FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等;按光纤端面形状,可分为FC、PC(包括SPC或UPC)和APC型;按光纤芯数,可分为单芯型和多芯(如MT-RJ、MPO)型光纤连接器。对于单模光纤连接器,其接头类型有FC、SC、ST、FDDI、SMA及新开发出的LC、MT-RJ等,端面接触方式有PC、UPC和APC型。在实际应用过程中,一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。目前,FC、ST和SC 3种类型连接器占据光纤连接器市场的主导地位。 

2. 光纤连接器的特点与应用

(1)FC(F01)型光纤连接器
        FC型连接器采用金属螺纹连接结构,插针体采用外径2.5mm的精密陶瓷插针,根据其插针端面形状的不同,它分为球面接触的FC/PC和斜球面接触的FC/APC两种结构。FC型连接器是目前世界上使用量最大的品种,也是中国采用的主要品种。

(2)SC(F04)型光纤连接器
         这是一种模塑插拔耦合式单模光纤连接器,其结构尺寸与FC型相同,插针体同样为外径2.5mm的精密陶瓷插针,端面处理采用PC或APC型研磨方式;紧固方式为插拔销闩式。此类连接器价格低廉,插拔操作方便,接入损耗波动小,抗压强度较高,安装密度高。

(3)ST型光纤连接器
        采用带键的卡口式锁紧结构(类似BNC连接结构),插针体为外径2.5mm的精密陶瓷插针,插针的端面形状通常为PC面。 

(4)DIN47256型光纤连接器 
       这是一种由德国开发的连接器,DIN是德国工业标准的表示,其后的数字为标准号。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同,端面处理采用PC研磨方式。其结构比FC型连接器要复杂一些,内部金属结构中有控制压力的弹簧,接入损耗值较小。

(5)双锥型连接器 
       这类光纤连接器由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。
       光通信的飞速发展对光纤连接器器件的发展同样提出了要求和需求。现在国际已经有许多公司开发了各种新型的光纤通信连接器。美国目前已经研制出8种结构的光纤连接器,其标准代号为光纤连接器内部匹配标准(FOCIS)。FOCIS1、2、3和4分别为双锥型、ST型、SC型和FC型连接器的标准。新型的有用于光纤带的MTP/MPO连接器(标准号为FOCIS5)、小型MT(小型MPO)连接器(标准代号为OFCIS8)、小型MAC连接器(标准号为OFTLS9)、MT-RJ连接器(标准代号为OFCIS12),还有FJ型光纤连接器(标准代号为FOCLS6)、LC型连接器(标准代号为FOCIS10)、SG型连接器(标准代号为OFCIS7)等。日本对新一代光纤连接器的研究以NTT光电子学实验室为代表,已研究出MT型、简化SC型、MU型小型单元耦合型、FPC型和平面光波线路PLC型等结构的连接器,其中MU型连接器的标准号为JIS C 5963(日本工业标准)和IEC 1754－6(国际电工委员会标准)。

      新型光连接器在结构上大致可分为4类：第一类是在插头直径为2.5mm连接器的基础上加以改进;第二类是围绕光纤带而设计的连接器;第三类是插头直径为l.25mm的小型连接器;第四类是无套管的光纤连接器。新一代连接器体积更小、价格更低。

一些发展比较迅速的光纤连接器包括：
(1)LC型光纤连接器)
       采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。由于它的陶瓷插针的外径仅为1.25mm,外形尺寸小,因此能够大大提高连接器在光配线架中的密度。目前,在单模SFF方面,LC类型的连接器实际已经占据了主导地位,在多模方面的应用也增长迅速。
(2)MU型光纤连接器
      MU型光纤连接器采用如SC型连接器那样的插入锁紧结构,外壳与SC型连接器相似,但由于采用了外径为1.25mm的陶瓷插芯,尺寸要小得多。与SC型连接器相比,它可大大提高安装密度,特别适用于新型的同步终端设备和用户线路终端。随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用,对MU型连接器的需求也将迅速增长。
(3)VF-45光纤连接器/SG连接器 
      VF-45光纤连接器已被认证为新的光纤接口的国际标准,命名为SG连接器;其接头外形与普通8芯双绞线接头RJ-45相似,不采用套管,插头和插座与光纤的连接就像用压线钳连接8芯5类线与RJ-45接头一样方便,使用专用的制作工具快速制作即可成型,可以减少现场端接的时间和成本,这是该连接器与其他FOCIS连接器的明显区别。
(4)带状光纤连接器
      在国内标准方面,中国已制定了FC、SC、ST/PC型连接器的国家标准,对其他一些光纤连接器也有一定的规定。受技术水平和标准化程度的限制,目前,中国光通信系统中所用的光纤连接器,或是使用进口连接器,或是将进口的陶瓷套管和外围金属件等散件在国内进行组装,主要是FC型光纤连接器。
       与电连接器相同,不同结构的光连接器,应用范围也有所不同。例如FC连接器主要用于光缆干线系统,其中FC/APC连接器用在要求有较高的回波损耗的场合,如CATV网等;ST、SC型连接器和D4型连接器则广泛用于光纤接入网和局域网中,其优点是接入损失小、便于安装且稳定性高;对于短距离(≤20km)信号传输,因其精度要求不高,所以较多采用的是ST、SMA、FDDI等成本较低的连接器,且多用于多模系统。在本地交换机中的光缆终端架上采用较多的是SC连接器或简化的SC连接器;新型的同步终端设备和用户线路终端,采用的是LC、MU型连接器或带状光纤的MPO连接器;各种局域网一般采用的是带状阵列式光缆MT连接器。对于平面光波器件与光纤之间的连接,多采用PLC连接器。另外,塑胶类光纤连接器多用于更短距离通信,自动控制和音响讯号传输等,如用于住宅广播的FJ型光纤连接器。MT-RJ光纤连接器在快速以太网及千兆位以太网中也有广泛的应用。 
        在最新的光纤布线标准TIA/EIA-568-B.3中,推荐使用小型光纤连接器(SFF)。SFF包括有LC、MT-RJ、MU、E-2000,F-3000和VF-45等,这些SFF连接器的共性是低插入损耗、回波损耗、高重复性、高环境可靠性以及精密机械结构等。SFF连接器目前也是DWDM系统的最佳选择。
       为保证光纤连接器的正常使用,要考虑光纤连接器的光学性能、互换(同型号间)性能、机械性能、环境性能和寿命(即最大可拔插次数)。在光学性能方面,一般要求连接损耗应不大于0.5dB,回波损耗典型值应不小于25dB。对于同一类型的光纤连接器,可以任意组合使用、并可以重复多次使用,由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。另外,光纤连接器的抗拉强度应不低于90N,必须在-40-+70℃的温度下能够正常使用,可以插拔l000次以上等等。