Suy hao cáp quang phản ánh mức công suất ánh sáng bị giảm khi tín hiệu truyền qua sợi, đầu nối, mối hàn và linh kiện quang. Muốn xác định tuyến đạt yêu cầu, cần tính tổng ngân sách suy hao, đo tại đúng bước sóng và so sánh với tiêu chuẩn thiết kế cũng như ngân sách công suất của thiết bị.
Suy hao cáp quang là gì?
Suy hao cáp quang là sự suy giảm công suất tín hiệu ánh sáng trong quá trình truyền từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Mức suy hao càng lớn thì công suất đến bộ thu càng thấp, làm giảm khoảng cách truyền dẫn và độ ổn định của liên kết.
Suy hao thường được biểu thị bằng đơn vị dB hoặc dB/km:
dB thể hiện tổng mức tổn hao của đầu nối, mối hàn, linh kiện hoặc toàn tuyến.
dB/km thể hiện mức suy hao của sợi quang trên mỗi kilomet.
Công thức tính suy hao:
Suy hao (dB) = 10 × log₁₀(Pin/Pout)
Trong đó, Pin là công suất quang đầu vào và Pout là công suất quang đo được ở đầu ra. Nếu công suất đầu vào là 0 dBm và công suất đầu ra là -3 dBm thì tổng suy hao của tuyến là 3 dB.
Một tuyến quang không được đánh giá chỉ bằng hệ số suy hao của sợi. Tổng suy hao còn bao gồm connector, adapter, mối hàn, splitter, bộ ghép bước sóng và các điểm uốn phát sinh trong quá trình thi công.
Các thành phần tạo ra suy hao trên tuyến cáp quang
Mỗi thành phần xuất hiện trên đường truyền đều có thể làm giảm công suất quang. Khi thiết kế và nghiệm thu, cần tính riêng từng loại suy hao rồi cộng lại để xác định tổng tổn hao của tuyến.
Suy hao theo chiều dài sợi quang
Ánh sáng bị suy giảm dần khi truyền trong lõi sợi do hấp thụ vật liệu, tán xạ Rayleigh và các đặc tính vật lý của sợi. Mức suy hao phụ thuộc vào loại sợi và bước sóng sử dụng.
Với cáp Singlemode, suy hao tại 1550 nm thường thấp hơn tại 1310 nm. Với Multimode, phép đo thường được thực hiện tại 850 nm và 1300 nm.
Suy hao chiều dài được tính theo công thức:
Suy hao sợi = Chiều dài tuyến × Hệ số suy hao của sợi
Ví dụ, một tuyến dài 2 km sử dụng hệ số 0,4 dB/km sẽ có suy hao sợi tối đa là 0,8 dB.
Suy hao tại đầu nối quang
Suy hao đầu nối xuất hiện khi hai connector được ghép qua adapter. Nguyên nhân có thể đến từ sai lệch lõi, khoảng hở giữa hai ferrule, bụi bẩn, vết xước hoặc chất lượng đánh bóng không đạt.
Trong phép tính ngân sách theo tiêu chuẩn cáp cấu trúc, giá trị bảo thủ thường được sử dụng là tối đa 0,75 dB cho một cặp đầu nối ghép.
Tuy nhiên, đầu nối thương mại chất lượng tốt thường có mức suy hao thực tế khoảng 0,2–0,5 dB. Loại đầu nối suy hao thấp có thể đạt khoảng 0,15–0,2 dB.
Khi nghiệm thu, cần ưu tiên giới hạn của dự án và thông số nhà sản xuất thay vì mặc định mọi connector đều được phép đạt 0,75 dB.
Suy hao tại mối hàn quang
Mối hàn làm gián đoạn cấu trúc liên tục của sợi nên luôn tạo ra một mức tổn hao nhất định. Suy hao có thể tăng nếu mặt cắt sợi không vuông, lõi căn chỉnh sai, sợi bị bẩn hoặc hai loại sợi có đường kính trường mode khác nhau.
Trong phép tính ngân sách bảo thủ, mỗi mối hàn thường được tính tối đa 0,3 dB. Mối hàn nhiệt được thực hiện đúng kỹ thuật thường đạt mức thấp hơn đáng kể.
Giới hạn nghiệm thu cụ thể vẫn cần căn cứ vào hồ sơ thiết kế và yêu cầu của dự án.
Suy hao do uốn cong cáp
Cáp bị uốn nhỏ hơn bán kính cho phép có thể làm ánh sáng thoát khỏi lõi sợi. Hiện tượng này thường được chia thành:
Macrobending: Cáp bị uốn thành vòng hoặc gấp khúc rõ ràng.
Microbending: Sợi bị biến dạng nhỏ do lực ép, dây rút quá chặt hoặc cấu trúc cáp chịu lực không đều.
Suy hao do uốn thường biểu hiện rõ hơn tại bước sóng 1550 nm và 1625 nm. Vì vậy, một tuyến đo tốt tại 1310 nm nhưng suy hao cao bất thường tại 1550 nm có thể đang có điểm uốn hoặc lực ép lên cáp.
Suy hao do linh kiện quang
Splitter, coupler, WDM, circulator và các linh kiện thụ động đều bổ sung suy hao vào tuyến. Đặc biệt, splitter trong mạng PON có thể tạo ra mức tổn hao lớn hơn nhiều so với đầu nối hoặc mối hàn.
Khi tính tổng suy hao, phải sử dụng giá trị insertion loss được nhà sản xuất công bố cho đúng loại linh kiện và đúng bước sóng vận hành.
Tiêu chuẩn suy hao cáp quang cho phép
Không có một con số suy hao chung áp dụng cho mọi tuyến quang. Mức cho phép phụ thuộc vào loại sợi, bước sóng, cấu trúc cáp, chuẩn ứng dụng và tiêu chuẩn được dự án lựa chọn.
Suy hao cho phép của cáp quang Singlemode
Đối với sợi quang Singlemode G.652.B, hệ số suy hao tối đa thường được xác định như sau:
Đối với sợi quang Singlemode G.652.B, hệ số suy hao tối đa thường được xác định như sau:
| Bước sóng | Suy hao tối đa |
|---|---|
| 1310 nm | 0,40 dB/km |
| 1550 nm | 0,35 dB/km |
| 1625 nm | 0,40 dB/km |
Đối với sợi G.652.D, giới hạn thường được xác định:
| Dải bước sóng | Suy hao tối đa |
|---|---|
| 1310–1625 nm | 0,40 dB/km |
| 1530–1565 nm | 0,30 dB/km |
Các giá trị trên là mức giới hạn tiêu chuẩn, không phải mức suy hao thực tế của mọi sản phẩm. Nhiều loại cáp OS2 chất lượng cao có hệ số suy hao thấp hơn, chẳng hạn khoảng 0,34 dB/km tại 1310 nm và 0,20–0,25 dB/km tại 1550 nm.
Khi tính toán chính thức, cần sử dụng datasheet của đúng mã cáp được lắp đặt.
Suy hao cho phép của cáp quang Multimode
Các giá trị suy hao tối đa thường dùng cho cáp Multimode được thể hiện như sau:
| Loại sợi | 850 nm | 953 nm | 1300 nm |
|---|---|---|---|
| OM1 | 3,5 dB/km | – | 1,5 dB/km |
| OM2 | 3,5 dB/km | – | 1,5 dB/km |
| OM3 | 3,0 dB/km | – | 1,5 dB/km |
| OM4 | 3,0 dB/km | – | 1,5 dB/km |
| OM5 | 3,0 dB/km | 2,3 dB/km | 1,5 dB/km |
OM5 được bổ sung yêu cầu tại 953 nm vì loại sợi này được thiết kế để khai thác dải bước sóng rộng hơn OM3 và OM4.
Thông số thực tế của sản phẩm có thể thấp hơn giới hạn trong bảng. Vì vậy, cần kiểm tra tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất trước khi tính ngân sách suy hao.
Suy hao cho phép của đầu nối và mối hàn
Khi tính ngân sách tuyến theo phương pháp bảo thủ, có thể sử dụng các mức sau:
| Thành phần | Suy hao tối đa dùng trong tính toán |
|---|---|
| Một cặp đầu nối ghép | 0,75 dB |
| Một mối hàn | 0,30 dB |
Các giá trị này được dùng để xây dựng giới hạn Pass/Fail cho toàn tuyến. Điều đó không có nghĩa một đầu nối mới có suy hao 0,7 dB vẫn được xem là chất lượng tốt.
Với hệ thống sử dụng connector suy hao thấp hoặc yêu cầu tốc độ cao, giới hạn nghiệm thu có thể được đặt nghiêm ngặt hơn.
Cách tính tổng suy hao cho phép của tuyến cáp quang
Tổng suy hao dự kiến được tính theo công thức:
Tổng suy hao = Suy hao sợi + Suy hao đầu nối + Suy hao mối hàn + Suy hao linh kiện
Khi thiết kế hệ thống vận hành lâu dài, nên cộng thêm phần biên dự phòng:
Ngân sách thiết kế = Tổng suy hao dự kiến + Biên dự phòng
Biên dự phòng dùng để bù cho sai số đo, lão hóa linh kiện, sửa chữa tuyến và những thay đổi phát sinh trong quá trình vận hành.
Ví dụ về tính suy hao tuyến Singlemode
Xét tuyến G.652.D được đo tại 1310 nm với các thành phần:
- Chiều dài: 2 km.
- Hai cặp đầu nối.
- Bốn mối hàn.
- Hệ số suy hao dùng trong thiết kế: 0,4 dB/km.
- Suy hao mỗi cặp đầu nối: 0,75 dB.
- Suy hao mỗi mối hàn: 0,3 dB.
Suy hao sợi:
2 km × 0,4 dB/km = 0,8 dB
Suy hao đầu nối:
2 × 0,75 dB = 1,5 dB
Suy hao mối hàn:
4 × 0,3 dB = 1,2 dB
Tổng suy hao cho phép:
0,8 + 1,5 + 1,2 = 3,5 dB
Nếu dự án yêu cầu thêm 1,5 dB dự phòng thì ngân sách thiết kế là:
3,5 + 1,5 = 5,0 dB
Kết quả đo thực tế nên thấp hơn 3,5 dB. Phần dự phòng không nên được dùng để chấp nhận connector bẩn hoặc mối hàn không đạt yêu cầu.
Phân biệt ngân sách suy hao và ngân sách công suất quang
Ngân sách suy hao tuyến là tổng mức tổn hao của cáp, connector, mối hàn và linh kiện.
Ngân sách công suất của module được tính theo công thức:
Ngân sách công suất = Công suất phát tối thiểu − Độ nhạy thu
Để liên kết hoạt động ổn định:
Tổng suy hao tuyến phải nhỏ hơn ngân sách công suất của module
Ngoài ra, công suất đến bộ thu không được vượt mức công suất thu tối đa. Trên tuyến rất ngắn sử dụng module công suất lớn, đôi khi cần lắp thêm bộ suy hao quang để tránh quá tải bộ thu.
Các phương pháp đo suy hao cáp quang
Đo bằng nguồn sáng và máy đo công suất
Phương pháp này sử dụng nguồn sáng ổn định ở một đầu và máy đo công suất quang ở đầu còn lại. Sau khi thiết lập mức tham chiếu, thiết bị xác định tổng suy hao chèn của tuyến.
Đây là phép đo đầu cuối, phản ánh lượng công suất thực sự đi qua toàn bộ đường cáp. Phương pháp phù hợp để kiểm tra nhanh hoặc nghiệm thu tuyến khi bộ thiết bị được hiệu chuẩn đúng.
Đo bằng OLTS
OLTS tích hợp nguồn sáng và máy đo công suất, cho phép đo suy hao chèn, chiều dài và tự động so sánh với giới hạn đã được cài đặt.
OLTS là phương pháp chính để chứng nhận suy hao đầu cuối vì thiết bị đo trực tiếp công suất truyền qua liên kết.
Đối với cáp Multimode, nguồn sáng đáp ứng điều kiện phóng quang phù hợp sẽ giúp kết quả ổn định và có khả năng lặp lại tốt hơn.
Đo bằng OTDR
OTDR phát xung ánh sáng vào sợi rồi phân tích tín hiệu tán xạ và phản xạ trở về. Thiết bị có thể xác định:
- Chiều dài tuyến.
- Vị trí đầu nối.
- Vị trí mối hàn.
- Điểm uốn.
- Điểm đứt.
- Suy hao từng sự kiện.
- Độ phản xạ của connector.
OTDR phù hợp để tìm vị trí sự cố nhưng không thay thế hoàn toàn OLTS. Suy hao tổng do OTDR hiển thị được suy luận từ tín hiệu phản xạ, trong khi OLTS đo trực tiếp công suất truyền qua toàn tuyến.
Khi nào cần đo OTDR hai chiều?
Suy hao mối hàn trên OTDR có thể thay đổi tùy chiều đo, đặc biệt khi nối hai sợi có đường kính trường mode hoặc hệ số tán xạ khác nhau.
Một chiều có thể hiển thị suy hao cao, trong khi chiều ngược lại xuất hiện giá trị âm, còn gọi là hiện tượng gainer.
Để đánh giá chính xác, cần đo từ cả hai đầu và lấy trung bình suy hao của cùng một sự kiện.
Quy trình đo suy hao cáp quang chính xác
Trước khi đo, cần kiểm tra và làm sạch toàn bộ connector. Bụi bẩn trên mặt ferrule có thể làm tăng suy hao, tăng phản xạ và khiến kết quả không ổn định.
Tiếp theo, chọn đúng bước sóng:
Multimode: 850 nm và 1300 nm.
Singlemode: 1310 nm và 1550 nm.
1625 nm: sử dụng bổ sung khi cần phát hiện suy hao do uốn cong hoặc kiểm tra tuyến phù hợp.
Khi sử dụng máy đo công suất hoặc OLTS, cần đặt mức tham chiếu bằng dây đo chuẩn trước khi kết nối vào tuyến cần kiểm tra. Việc tháo và gắn lại dây tham chiếu không đúng quy trình có thể làm sai kết quả.
Khi đo OTDR, cần sử dụng dây phóng ở đầu tuyến và dây thu ở cuối tuyến. Hai dây này giúp thiết bị vượt qua vùng chết và đánh giá được connector đầu tiên cũng như connector cuối cùng.
Dây phóng và dây thu phải cùng loại sợi với tuyến được kiểm tra.
Kết quả đo cần lưu đầy đủ:
- Bước sóng đo.
- Chiều dài tuyến.
- Suy hao tổng.
- Suy hao từng sự kiện.
- Độ phản xạ.
- Trạng thái Pass/Fail.
Cách đọc kết quả đo suy hao cáp quang
Trên máy đo công suất hoặc OLTS, giá trị quan trọng nhất là tổng insertion loss. Kết quả này được so sánh với ngân sách suy hao đã tính cho tuyến.
Trên biểu đồ OTDR:
Điểm tăng phản xạ thường là connector, đầu hở hoặc điểm đứt.
Điểm suy giảm không phản xạ thường là mối hàn hoặc điểm uốn.
Đoạn dốc đều thể hiện suy hao phân bố của sợi.
Tín hiệu giảm xuống nền nhiễu thường thể hiện điểm cuối tuyến hoặc vị trí đứt hoàn toàn.
Tuyến chỉ được đánh giá đạt khi cả suy hao tổng và các sự kiện riêng lẻ đều nằm trong giới hạn nghiệm thu.
Một tuyến có tổng suy hao đạt nhưng xuất hiện một connector suy hao quá cao vẫn cần được kiểm tra và xử lý.
Nguyên nhân suy hao cáp quang vượt mức cho phép
Những nguyên nhân thường gặp gồm:
Connector bẩn hoặc ferrule bị xước.
Mối hàn lệch lõi.
Cáp bị gập hoặc uốn quá bán kính cho phép.
Dây rút siết quá chặt.
Adapter kém chất lượng.
Ghép sai đầu UPC và APC.
Sử dụng dây nhảy khác loại sợi.
Tuyến có quá nhiều điểm nối.
Thiết lập sai mức tham chiếu của máy đo.
Chọn sai bước sóng đo.
Với OTDR, lựa chọn sai chỉ số khúc xạ, độ rộng xung hoặc phạm vi đo cũng có thể làm kết quả chiều dài và suy hao sự kiện không chính xác.
Cách giảm suy hao trên tuyến cáp quang
Đầu connector phải được kiểm tra và làm sạch trước mỗi lần kết nối. Không nên chỉ quan sát bằng mắt thường vì bụi rất nhỏ vẫn có thể gây suy hao lớn.
Mối hàn cần được thực hiện bằng máy hàn có khả năng căn chỉnh phù hợp, sử dụng dao cắt sợi tốt và bảo vệ bằng ống co nhiệt đúng kích thước.
Trong quá trình đi cáp, cần tuân thủ bán kính uốn và lực kéo mà nhà sản xuất công bố. Không siết dây rút quá chặt hoặc ép cáp vào góc tủ, máng cáp và khay hàn.
Dây nhảy, pigtail, adapter và splitter phải đồng bộ về loại sợi, đầu nối và chuẩn đánh bóng.
Sau khi hoàn thành, tuyến cần được đo suy hao đầu cuối và kiểm tra bằng OTDR để phát hiện các sự kiện bất thường.
Kết luận
Suy hao cáp quang phải được đánh giá trên toàn bộ đường truyền, không chỉ dựa vào hệ số dB/km của sợi. Muốn xác định tuyến đạt chuẩn, cần tính suy hao của cáp, đầu nối, mối hàn và linh kiện, sau đó đo bằng OLTS hoặc máy đo công suất, kết hợp OTDR để tìm vị trí sự cố.
Để lại một bình luận