Mikro- und Makrobiegungen von Lichtwellenleitern sind in Glasfaser-Telekommunikationsnetzen bekannte Probleme, da sie zu Dämpfung und damit zu einem teilweisen oder vollständigen Signalverlust führen können. Um die beste Servicequalität, aber auch eine optimale Lebensdauer des Netzes zu gewährleisten, müssen diese beiden Phänomene vermieden werden.

Sobald nämlich ein Biegungsfehler im Netz vorliegt, kann es schwierig oder gar unmöglich sein, ihn zu korrigieren. Eine Makrobiegung, die in der Regel auf eine fehlerhafte Installation des Kabels oder der blanken Faser zurückzuführen ist, kann man manchmal korrigieren. Dies bringt jedoch weitere Arbeits- und Fahrtkosten mit sich (z. B. erneute Installation von Spleißboxen). Einer Mikrobiegung ist praktisch immer irreversibel. Das Kabel muss ausgetauscht werden, was ebenfalls neue Kosten verursacht.

Werden diese Fehler nicht in der grundlegenden Konzeption des Glasfasernetzes berücksichtigt, addieren sie sich zu den anderen Quellen der intrinsischen Dämpfung der Lichtwellenleiter (Absorption und Diffusion) und der extrinsischen Dämpfung auf diesem Übertragungsmedium (Spleiße und Anschlüsse).

Dieses Dokument erläutert die Phänomene Mikro- und Makrobiegung im Detail und gibt Empfehlungen zu deren Vermeidung und Messung.

Was ist eine Makrobiegung?

Makrobiegungen sind mit Belastungen verbunden, die bei ungeeigneten Installationspraktiken (insbesondere in Anschlussdosen oder Spleißboxen) auftreten können. Es handelt sich um Biegungen von Lichtwellenleitern mit einem Biegeradius, der typischerweise zwischen 2 und 25 Millimeter liegt.

Betrachtet man diese Art der Verformung, entweicht ein Teil des Lichts, das im Kern der Faser geführt wird, durch seine Ummantelung: je kleiner der Biegeradius, desto größer das Leck und desto stärker die Dämpfung des Signals. Letztere resultiert auch aus der Anzahl der Biegungen, die die Faser aufweist (je mehr, desto größer die Dämpfung) und der Wellenlänge (je höher sie ist, typischerweise über 1 550 nm, desto empfindlicher wird das Signal für Makrobiegungen sein, da es dann weniger im Kern der Faser konzentriert ist).

Schema einer Makrobiegung bei einem Lichtwellenleiterkabel

Wie wird eine Makrobiegung verursacht?

Makrobiegungen können die Folge verschiedener Ereignisse sein wie:

• Falsche Verlegung der Fasern in den Kassetten.
• Falsche Wicklung der Mikromodule in den Reservebereichen der Gehäuse.
• Lenkungsfehler von Verteilern oder Strängen in den Lötbereichen

Was ist eine Mikrobiegung?

Mikrobiegungen sind in den Netzen weniger bekannt, aber durchaus vorhanden. Sie hängen mit punktuellen und radialen Belastungen (mit Ausmaßen von weniger als 1 Millimeter) zusammen, die zufällig entlang der Faser verteilt sind.

Im Gegensatz zum Phänomen der Makrobiegung erhöht diese Art der Verformung die lineare Dämpfung der Faser schon bei geringen Wellenlängen. Es ist zu beachten, dass die Abschwächung im Zusammenhang mit Mikrobiegung ebenfalls mit der Erhöhung der Wellenlänge zunimmt, aber weniger exponentiell als im Fall der Makrobiegungen.

Abbildung einer Mikrobiegung bei einem Lichtwellenleiterkabel

Wie wird eine Mikrobiegung verursacht?

Mikrobiegungen können die Folge verschiedener Ereignisse sein wie:

• Die Quetschung eines Kabelabschnitts: Befestigungsklemmen einer Freileitung, die das Kabel festziehen, Verdichtung beim Passieren von Fahrzeugen oder Personen, ein schwerer Gegenstand auf einem Kabelabschnitt.
• Die Einklemmung eines Faserabschnitts in den Kassetten oder am Ausgang von Gehäusen (Kabeldurchführungen).
• Die Kompression eines Teils eines Mikromoduls in den Führungen von Freileitungskabel-Verteilerdosen.
• Eine fehlerhafte Befestigung in den Freileitungskabel-Verteilerdosen, die zu einem Druck auf die Fasern führt.
• Eine unsachgemäße Herstellung des Kabels, die zu einer Überkreuzung der Fasern, Druck der Materialien oder einer Gefahr des seitlichen Kontakts der Faser mit anderen Oberflächen des Kabels führen könnte.
• Ein Fehler bei der Herstellung der Glasfaser (primäre und sekundäre Beschichtungen, die den Lichtwellenleiter nicht ausreichend schützen etc.).
• Ein Herstellungsfehler der Mikromodule (Wahl der Materialien, Verfahren etc.) aufgrund von Phänomenen der Längskomprimierung
• Eine zu starke Zugkraft am Kabel bei der Verlegung, durch die es im Verlauf des Kabels zur Berührung mit anderen Elementen kommen kann

Wie kann man Makrobiegungen und Mikrobiegungen vorbeugen?

Sichtprüfung 

Anschlussdosen, Abzweigungen und Spleißboxen sowie Kabelverläufe sind visuell auf die zuvor genannten Mängel zu prüfen. Diese Kontrolle muss vom Installateur durchgeführt werden (in diesem Fall spricht man von der Selbstkontrolle) und kann durch eine von einem Dritten vorgenommene Überprüfung ergänzt werden.

Qualifizierung der optischen Übertragung

Die Dämpfung des optischen Signals muss mit einem optischen Reflektometer (oder OTDR) bei 2 oder 3 Wellenlängen gemessen werden. 
Die Phänomene von Mikrobiegungen und Makrobiegungen werden durch die Kontrolle der mit diesem Hilfsmittel erzielten Messungen und den Vergleich der Dämpfungsschwankungen zwischen hohen und niedrigen Wellenlängen aufgezeigt.

Qualität der Entwicklung und Herstellung von Lichtwellenleiterkabeln

Temperaturschwankungen führen zu unterschiedlichem Zusammenziehen und Dehnen der verschiedenen Materialien, die das Lichtwellenleiterkabel bilden, und diese Unterschiede im Verhalten der Materialien können zu Belastungen von Fasern führen, die durch Mikrobiegungen oder Makrobiegungen Verluste verursachen. Um derartige Phänomene zu vermeiden, ist eine perfekte Beherrschung von Entwicklung und Herstellung von Lichtwellenleitern und Lichtwellenleiterkabeln gemeinsam mit einer geeigneten Verwendung dieser Produkte unerlässlich. Ein Lichtwellenleiterkabel für Telekommunikationsanwendungen ist ein technisches Produkt. Es muss so ausgelegt sein, dass es den seinem Einsatzbereich entsprechenden Belastungen durch die Umwelt standhält.

Unverzichtbare Voraussetzungen für ein perfekt angepasstes und widerstandsfähiges Kabel:

• Eine gute Beherrschung der Extrusionsprozesse der verwendeten Rohstoffe (Kunststoffe, Verstärkungselemente usw.)
• Industrieelle Prozesse zur Herstellung und Montage der Kabelbestandteile
• Eine sachdienliche Wahl der verwendeten Faserart

Die Schulung der Montagetechnikerf

Um für ein dauerhaftes Glasfasernetz zu sorgen, ist es wichtig, dass die Montagetechniker eine qualifizierte Ausbildung erhalten. Realisierung, Verlegung und Anschluss müssen unbedingt fachgerecht durchgeführt werden!

Empfindlichkeit gegen Krümmung und Notwendigkeit zur Verdichtung der Glasfasernetze

Man muss auf die Empfindlichkeit der Fasern gegen Biegung achten. Ein wichtiger Erfolgsfaktor ist die Wahl von Lichtwellenleitern, die zu den so genannten „Familien mit reduzierter Empfindlichkeit gegenüber Biegungen“ gehören (siehe ITU G 657 A1 oder A2). Die Verwendung dieser Art von Faser in Verbindung mit einem High-Tech-Kabeldesign ermöglicht es, Kabel und optische Infrastrukturen kompakter zu machen, und so die Anforderungen von FTTx-Netzen zu erfüllen. Diese Glasfaser-Familien sind jetzt standardisiert und weithin verfügbar. Sie sind die Antwort auf die neuen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Verdichtung der Netze.

Mit der Weiterentwicklung von Anwendungsformen und Technologien ist ein erheblicher Zuwachs an Datenverkehr zu beobachten. 

Kabel mit hoher Faserdichte sind die ideale Lösung, um Glasfaserinfrastrukturen zu optimieren und rentabel zu machen und dem Bedarf nach Verdichtung nachzukommen (Erhöhung der Netzkapazitäten, Optimierung der Verlegungskosten). Mehr erfahren Sie in unserem Artikel zur Verdichtung von Glasfasernetzen. 

Tabellen mit Messungen der Verluste durch Mikrobiegungen und Makrobiegungen :

Einhaltung der Normen bezüglich Biegungsphänomenen

Um die Phänomene Mikro- oder Makrobiegung zu verhindern, muss die Einhaltung der bestehenden und der für die Umwelt geltenden Normen berücksichtigt werden, der die Produkte ausgesetzt sind (Fasern, Kabel, passive Komponenten). Diese Phänomene unterliegen verbindlichen internationalen Standards, die die Qualität der optischen Fasern in Hinblick auf Makrobiegungen und die Einteilung in „Produktfamilien“ (EN IEC 60793-2-50) sowie die Mittel und Methoden zur Messung dieser Phänomene vorgeben. Für Makrobiegungen handelt es sich um die Norm IEC60793-1-47. Für Mikrobiegungen ist dies die Norm IEC TR-62221.