光纖背帶

01光纖束技術概述

光纖束以光為載體，光纖為傳輸媒體，具有高速、高可靠性、低損耗、抗電磁干擾等優點。它們的傳輸速率遠高於傳統銅線或同軸電纜，可以滿足車載系統對大量數據和高實時性能的通信要求。光纖通信鏈路主要利用光連接器和光纖載體實現高速信號傳輸。

1.1光纖連接器

光纖連接器是實現光纖之間可移動連接的光無源器件。主要由光纖加強、光纖對齊、彈性對接、頭座鎖定、光纜固定、銷防轉、光纜緩衝等部分組成（見圖1）。光纖連接器通常使用陶瓷針和陶瓷套進行光纖對齊，並通過彈簧確保針端的彈性對接。對接前彈簧處於預壓縮狀態，因此銷在鎖緊力的作用下不會移動。對接過程中，由於銷釘的回縮會發生二次壓縮，彈性力會反饋到銷釘，使對接過程中兩個對接的銷釘始終處於力接觸和壓縮的狀態。

1.2光纖導體

光纖呈圓柱形，主要由纖芯層、包層和塗層組成（見圖2）。光纖的傳輸原理利用光的全內反射現象，即當光從光學密度更大的媒介射入時（具有相對較高的折射率）到光學上更稀有的媒體（具有相對較低的折射率），如果射入角大於全內反射的臨界角，光將不再被折射，而是被完全反射到原始媒介，確保光信號可以在光纖中傳輸而不會泄漏。

光纖具有以下特徵：

(1)傳輸速度快、距離遠、內容量大：光纖傳輸速度非常快，可以長距離傳輸數據，並且可以同時傳輸大量數據。

(2)免疫電磁干擾：光纖傳輸光信號，不受電磁波影響，信號質量更加穩定。

(3)寬帶寬：光纖的帶寬非常寬，可以支持高速數據傳輸。

(4)低損耗：光纖的傳輸損耗非常低。理論上，它可以傳輸數百公里甚至更遠，而不會損失信號質量。

(5)高安全性：光纖傳輸信號不會產生電磁輻射，也不會被外部電磁波竊聽，因此更適合數據安全要求高的場景。

(6)尺寸小、重量輕：與傳統銅纜相比，光纖尺寸更小、重量更輕，部署和維護方便。這種優勢更加明顯，尤其是在大規模通信網絡中。

02光纖束在汽車智能化應用中的優勢

當銅線的傳輸速率達到10 GB/s以上時，需要更粗的銅線才能滿足速率要求。但在車輛布局環境中，銅線的加厚會增加車輛的整體重量和汽車的成本，無法滿足車輛高速、輕重量布局環境的要求。光纖束技術可以顯著提高通信質量和可靠性，減少電磁干擾，同時不增加額外重量，提高車輛的安全性和穩定性。

(1)光纖束的傳輸速率遠高於傳統銅線或同軸電纜，每秒可傳輸數百萬兆字節的數據，可以滿足現代汽車對大量數據和高實時性能的通信要求。傳統銅線網絡的最高速率只能達到10 GB/s，難以滿足高速傳輸的要求。

(2)光纖的傳輸損耗極低，每公里損耗通常小於0.0035分貝/m，可以確保信號在長距離傳輸時仍然保持高質量。相比之下，傳統銅線網絡的傳輸損耗為0.5分貝/m，遠距離傳輸時損耗較大。

(3)光纖通信技術利用光波在光纖中傳輸信號。與傳統銅線傳輸相比，它對電磁干擾具有顯著的抗擾性。

(4)與傳統金屬線相比，塑料光纖（POF）作為汽車光纖的一種，可以顯著減輕車輛質量，提高車輛經濟性。

03光纖束在汽車中的應用場景

光纖束目前廣泛應用於醫療領域、通信領域、網際網路領域、醫療領域、工業等領域。但其在車載領域的應用面臨著基礎理論缺乏、技術規範標準缺乏、測試標準不明確、車載應用實踐缺乏等各種挑戰。

3.1光纖束在布局區域的應用

光纖束在汽車上的使用與在其他領域的使用不同，需要充分考慮使用區域的環境特徵。例如，發動機、底盤等區域涉及振動要求;發動機艙、下車身等區域需要考慮防水性能;高溫區域需要考慮光纖導體和連接器的耐高溫要求。根據汽車使用環境的不同，整個車輛的布局區域大致可以分為潮濕區域、潛在潮濕區域和乾燥區域。

(1)潮濕區域是指在正常使用情況下電線和連接器一定有可能接觸液體的區域，例如底盤和發動機艙等客艙外區域的電線連接器。在雨雪天氣下，無論是駕駛還是停車，這些區域或多或少都會接觸到各種液體。

(2)潛在潮濕區域是指在一些日常使用場景中，電線連接器可能與液體接觸的區域，例如下雨、門打開、水杯溢出、冰凍物品融化或凝結水滴下。例如，客艙地板、車門扶手、座椅表面等

(3)絕對乾燥區域是指在正常車輛使用情況下，電線連接器接觸液體的可能性非常小的區域，例如儀錶盤內部和車頂內部。需要注意的是，從潮濕區域、潛在潮濕區域到乾燥區域，對電線連接器的防水和密封要求依次降低。

3.2光纖束應用解決方案

光纖束在汽車上的應用除了滿足電氣性能要求外，往往還需要滿足機械性能要求，需要考慮光纖線的溫度等級、振動要求、防水要求。解決方案如下：

(1)光纖電纜： 首先，選擇耐高溫材料，優化車輛佈局方案進行散熱設計。例如，選擇耐高溫的電線材料，如矽膠線和XLPE電線，這些材料可以在高溫環境中保持絕緣。第二，採用特殊工藝，如採用雙層塗層和紫外光固化技術。最後，對車內佈局方案進行優化。例如，在線束佈置方案中避免發動機排氣管的路徑和高溫渦流區域，通過熱管理獲得更優化的佈置方案。同時，車輛布線也可選用耐高溫隔熱覆層。例如，在光纖線束外部包裹耐高溫鋁箔玻璃纖維管，可以有效保證光纜在車輛高溫環境中的使用，提高耐老化性能。同時，為了確保光纜可以在潮濕地區環境中使用，還可以將光纜設計為具有多層保護結構，以進行有效的防水。

具體來說，光纜的最外層通常是塑料護套，不僅提供機械保護，還具有一定的防水功能。塑料護套內有金屬護套，進一步增強了光纜的耐壓防水能力。在金屬護套內部，還有一層吸水膨脹的阻水層，這是防止水滲透的關鍵屏障。一旦水入侵，阻水層將迅速膨脹，封閉入侵路徑，防止水進一步擴散。光纜的核心部分也採取了防水措施。光纖用藥膏緊緊包裹，並與芯中的其他部件粘合在一起。這種藥膏不僅起到了潤滑作用，更重要的是，它能吸收並鎖定芯部中的微量水，防止水損壞光纖。通過這一系列多層保護結構，光纜可以在各種惡劣環境下保持光纖乾燥穩定，確保通信信號的順利傳輸。例如，龍飛光纖發佈的車載石英多模光纖線束解決方案在彎曲(半徑10 mm)、抗拉強度(150N)、溫度特性(-40°C至125°C)、老化(125°C，3000 h)、振動(V3)等方面符合汽車標準。

(2)光纖連接器： 提高光纖連接器耐溫性的主要方法包括設計散熱結構和選擇耐高溫材料。通過合理的散熱設計和耐高溫材料的使用，可以有效提高光纖連接器在高溫環境下的性能和使用壽命。

首先，設計散熱結構是提高光纖連接器耐溫性的關鍵。光纖連接器在運行過程中會產生熱量，合理的散熱設計有助於降低連接器的溫度，確保其穩定運行。以下是具體方法。

-保留金屬零件通過保留的金屬零件傳遞熱量，以幫助散熱。

·設計散熱鰭片：在連接器外殼上設計散熱鰭片，使其更好地與空氣接觸，並通過風扇或自然風散熱。‘

·‘使用金屬外殼：使用散熱性能更好的金屬材料，使外殼提高散熱效率。

其次，選擇耐高溫材料也是提高光纖連接器耐溫性的重要手段。在高溫環境下，普通材料容易老化或變形，而耐高溫材料則能更好地抵抗高溫的影響。

-優質工程塑料： 選擇耐中低溫的優質工程塑料，使連接器的外殼和內部結構提高整體耐溫性。

·特殊合金材料：‘ 使用特殊合金材料製作連接器的關鍵零部件，提高其耐高溫和抗變形能力。例如，Letas Optics推出了一款非接觸式光連接器，與傳統光連接器相比，具有插拔重複性高、插拔壽命長、插入損耗低、灰塵敏感度低的特點。

·在防水處理中，可以使用熱收縮管：‘ 將熱收縮管放在連接部分上，使用熱收縮管加熱器對熱收縮管進行加熱和收縮。熱收縮管的作用是保護光纖，防止水和污染物進入。確保熱收縮管與接頭和光纖緊密貼合，無縫隙。在熱收縮管外面塗上適量的密封膠，以增強接頭的防水性能。確保密封膠均勻塗抹並填充所有可能的縫隙和孔隙，等待密封膠乾燥硬化進行密封處理。

(3)高速連接通過光纖實現，電氣連接埠負責為傳感器供電。

總之，光纖通信技術在汽車通信系統中具有廣闊的應用前景和巨大的潛力。未來，光纖通信技術將繼續發揮其獨特優勢，為車載電子通信系統的發展提供強有力的支撐。同時，隨著技術的不斷進步和創新和規模的不斷提高，車載應用中的光纖通信成本將進一步降低，解決方案將更加成熟，成為解決汽車智能化發展高速通信需求的首選。