军用光缆及其性能要求

军用光缆主要是军事用途的各门类光缆，包含长途干线光缆，野战光缆，舰船、潜艇用光缆，海底光缆，航空航天以及制导光缆等。在国内，一些领域已经与民用产品一致，如陆地长途干线光缆，海底光缆等，这些光缆品种规格、要求与常规民用通信光缆已没有大的差异。而某些特殊用途的光缆，因需求量小，质量要求高，稳定性好，材料特殊，甚至有保密要求，研发成本高昂，一般企业并不会参与研发和生产，这些特殊的高精尖产品大多属于专门的单位研究生产，所以本书只是根据国军标要求，对军用光缆的一些特殊要求做简单介绍，给有兴趣研究军用光缆的人员以参考。

野战光缆属于应用比较普遍的一个类别，除军用野战、演习等使用外，还可以用作抢险救灾、应急通信，大型活动电视转播等场合，所以本节介绍几种适合于野战用的光缆型号和工艺技术。

8.5.2.1　军用光缆规范要求

1）光缆材料

（1）光缆填充材料：应易于去除，并使光缆致密和具有圆形截面。填充材料不需要采用化学试剂或机械方法，用手就可将其去除。

（2）加强件：应为芳纶纱、玻璃纤维、复合材料及其混合物，或金属材料。

（3）在空间应用的材料，需满足热真空释气、材料易燃性和材料毒性相关试验要求。

2）光缆机械特性及要求

军用光缆机械及环境特性要求非常高，需要验证的机械物理特性和环境特性也多，本书根据我国军用光缆的特点、要求，结合通信光缆试验检验方法，辑录了国军标中的一部分概念和试验方法，以供学习、研究和参考。

（1）光缆弯曲直径要求。短期（动态）最小弯曲直径需满足表8.5.3的要求。长期（静态）最小弯曲直径一般为短期（动态）的一倍。

表8.5.3　军用光缆短期最小弯曲直径

（2）拉伸性能。与通信光缆短期负荷要求一致，试验装置也相同，加力负荷的过程略有差异，其负荷以4个相等增量加至2500N每厘米光缆外径。工作拉伸负荷即为长期负荷，最终负荷加至500N每厘米光缆外径。在试验期间和试验后，测量光透射性能变化和延伸率，并在试验后进行外观检查。

（3）弯曲性能。弯曲性能分动态弯曲、冷弯和反复弯曲。动态弯曲性能是光缆跨过滑轮以90°角被牵引，滑轮外径应为光缆的最小弯曲直径（化整进位至厘米）；光缆应以9m／min的速率被牵引，拉伸负荷至少为875N每厘米光缆外径。试验光缆长度应为150m。冷弯验证光缆在规定的极端温度（低温）下承受卷绕弯曲的能力。反复弯曲以确定在某一温度下反复弯曲对光缆特性的影响，反复弯曲过程中，需在一端对光缆施加荷载，荷载的大小跟光缆直径有关。

（4）抗压性能。验证光缆的抗侧压能力，以确定光缆承受缓慢施加的压缩力和解压后光缆的恢复能力。试验时加压负荷应不小于2000N每厘米光缆外径，保持3分钟；负荷施加速率应不小于2000N／min。

（5）扭弯性能。这是与通信光缆不同的一个验证指标，用以检验光缆同时承受弯曲和扭转的能力，试验装置如图8.5.3所示。当光缆标称外径不大于6.4mm时，拉伸负荷为10kg；标称直径大于6.5mm时，为25kg。野战光缆1500次扭弯循环试验，舰载光缆300次扭弯循环。

（6）抗冲击性能。验证光缆承受反复冲击负荷的能力。落锤高度为（150±5）mm，冲击长度不小于50mm。试验时，落锤应始终冲击在光缆表面同一个位置。不同的缆型，冲击次数会有所差别，如野战光缆，冲击50次，舰载光缆冲击30次。落锤质量或冲击能量见表8.5.4的规定。

图8.5.3　光缆扭弯试验

表8.5.4　落锤质量或冲击能量（落差150mm）

注：当为非圆形结构光缆时，D为最小光缆厚度

（7）直角弯曲性能。检验光缆在直角状态下的受力弯曲性能。采用如图8.5.4所示的试验装置进行试验。将光缆固定在试验台上并对其施加1000N每厘米光缆外径或500N的拉伸负荷，二者中取较小者，检查光纤衰减和光缆外观变化。

（8）抗扭结性能。对光缆打结，并在端头施加负荷，以检验光缆在放线过程中缠绕树枝或杂物后被拉伸的性能。图8.5.5为扭结试验示意图，装置应包括固定光缆并对其施加拉伸负荷的装置和外径等于光缆最小弯曲直径的芯轴。试验时在光缆上松弛地打一个悬垂扭结，芯轴插入该组结中，并使光缆牢固地扣紧芯轴；对光缆施加1000N每厘米光缆外径或500N的拉伸负荷，二者中取较小者，保持负荷时间1分钟，检验光纤衰减和光缆的外观。

图8.5.4　直角弯曲试验装置示意图

图8.5.5　扭结试验示意图

（9）抗静水压性能（仅适用于舰载场合）。对光缆的水密性进行验证。光缆的一端按要求进行密封，然后采用3%氯化钠（NaCl）溶液或海水，将水压施加在光缆的密封管端，水压应在3分钟至10分钟内逐渐增加至规定值并保持6小时，光缆轴向水流出量应不大于1000mL乘以光缆外径（以cm为单位）平方；光缆内部元件（加强件、光缆组件和填充物等）滑移不大于20.0mm。

（10）滴流性能。按照室外通信光缆的试验方法进行，但试验温度应为（150±3）℃、时间应为6h，或按相关详细规范的规定。要求比普通室外通信光缆的70℃高了很多。当然，紧套光纤或干式光缆缆芯，通过试验就不难，但是普通油膏是很难通过该试验。

（11）护套撕裂强度。用以验证光缆在尖锐物体表面（如锋利的硬物尖角、铁钉等）拖放时，光缆护套的抗撕裂能力。本试验主要检验橡胶和热塑性的护套材料。试验时从光缆上截取一段护套作为试样，试样总长度50mm，宽度64mm，一端呈喇叭状扩口，扩口宽度12.7mm，深度3.8mm，试样扩口端厚度可在1mm至3.8mm。在试样非扩口端以刀片沿试样长度方向中心线切开至扩口处。将试样缆切开后的两端分别夹持在拉力试验机两个夹头上；拉力试验机夹头以50cm／min的速率移动，对试样施加拉力。拉力试验机夹头移动速率应均匀，精度不低于±5%；拉力精度不低于±5%。撕裂强度S应按公式（8.5.1）计算：

式中：F——最大撕裂力（N）；

T——试样扩口端厚度（mm）。

除了以上介绍的性能以外，还有其他的性能要求，但这些性能跟材料选择、光缆结构等紧密相关，使用合适的新材料以及最基本的光缆设计要求，性能上基本能够得到保障，所以没有一一罗列出来。

3）光缆环境特性及要求

根据军用光缆的使用场所和要求，保证光缆在大自然以及一些特殊场合免于遭受各种可能的破坏及伤害。

（1）光缆通用工作温度和贮存温度要求，应满足表8.5.5的要求。

表8.5.5　光缆温度范围

（2）冰挤压试验。验证水结冰引起的挤压力对封冻在冰中的光缆光传输的性能。试验要求将光缆松弛地绕成圈并完全浸在装水容器中，不需密封，以20℃／h的速率将温度降低到－10℃，保温6小时，再升温到－2℃，保温1小时，测量光透射性能的变化。这不仅仅是温度的变化，还要求光缆有较佳的抗圆周挤压的能力。

（3）其他性能。如气候、浸渍、护套自粘或结块、燃烧、振动、冲击、吸水盐雾、耐辐照、耐酸性气体、霉菌以及空间应用场合的毒气、热真空释气、材料易燃性等指标，需要结合实际的应用对光缆性能进行检验。

在环境性能验证过程中，很多指标对光缆材料性能提出了要求，而与光缆的结构设计关联度不大，所以未做详细的介绍。

从以上试验方法和检验手段进行分析，要做好某一个品种的军用光缆，难度是很大的。不仅要研究材料、结构的合理性，还要紧跟新技术、新材料的发展。

8.5.2.2　野战光缆

野战光缆，顾名思义为军用，但随着社会的进步，军用和民用的分界线已经模糊，只是在一些特殊的场合，如战争和抢险救灾。各种意想不到的情况有可能发生，这时对光缆的要求就非比寻常，如平时不太关注的耐火性能，这时就能发挥作用。基于技术的进步，野战光缆也应该，而且必须跟随新技术发展、新材料的应用得到性能的改进和装备技术的提升。本节所描述野战光缆不仅包含军用野战光缆，也包括了大量民用应急环境下的使用，如雷达、航空和舰船布线，油田、矿山、港口、电视现场转播、通信线路抢修等条件严酷的场合。

军用野战光缆主要用于陆军在野外战场环境中指挥部之间、指挥部与前线之间等的通信联络网，因此要求野战光缆必须满足战时环境下的各种使用要求。如小的弯曲半径，可允许在敷设使用过程中扭结或以很小的半径弯曲而不损坏光缆；合适的抗拉强度；柔软，重量轻，可单兵负荷500～1000m长光缆的布放及收卷；耐高温（70℃）和低温（－45℃）；特殊情况下，需要满足快速敷设的要求，可由直升机或机动车敷设；可承受载重车辆（如坦克、装甲车）碾压而无性能恶化，等。

野战光缆可以分为非金属野战光缆和金属型野战光缆两大类。

1）非金属野战光缆

传统野战光缆的设计为非金属结构，芳纶纱和紧套光纤是最基本的材料和单元。外护套则用耐磨、柔软的热塑性聚氨酯弹性体材料（TPU）。光缆为2芯设计，外径5.0mm。其机械及物理性能见表8.5.6。

表8.5.6　传统2芯野战光缆的机械和物理性能

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图8.5.7　轻型野战光缆结构示意图

该结构的光缆示意图，如图8.5.7（a）所示。

在光缆外径基本不变的情况下，用紧套光纤替代填充绳，中心加强芯采用0.9mm直径的KFRP（芳纶纱纤维增强塑料），图8.5.7（b）的非金属野战光缆结构示意图，光纤芯数可以为4芯、6芯，重量、抗拉力可以基本保持不变。表8.5.7为多芯非金属野战光缆机械物理特性。

表8.5.7　多芯非金属野战光缆机械物理特性

2）金属型野战光缆

（1）不锈钢软管紧套光纤光缆

不锈钢软管是由不锈钢带成型绕包而成，包含两种最基本的结构：一是光单元由多根紧套光纤与芳纶纱混合的缆芯，在外绕包不锈钢带。为保证其中的光纤不被拉伸，紧套光纤需与芳纶纱一起进入钢带铠装机，如图8.5.8（a）所示。它可以有三种铠装型式，分别如图8.5.8（b），图8.5.8（c），图8.5.8（d）所示。不锈钢螺旋铠装层选用304＃钢带，不锈钢带厚度0.10～0.15mm，扁平或通过模具压制成需要的形状。图8.5.8（b）及图8.5.8（c）的两种光缆弯曲性能较好，但钢带之间没有搭接，防水及各项机械性能远不如图8.5.8（d）光缆的钢带相互锁扣形式。二是紧套光纤外直接绕包不锈钢带，形成不锈钢带微管，然后这些微管通过芳纶纱铠装，编制不锈钢丝网后挤制外护套，如图8.5.8（e）所示。因紧套光纤直径较小，不锈钢带一般是通过微细不锈钢丝辊压成扁带制成，扁带的厚度为0.10～0.15mm，宽度0.8±0.1mm，不锈钢螺旋铠装层的外径为（1.6±0.2）mm。不锈钢螺旋管的螺旋间隙为0.01～1mm。图8.5.8（e）结构中的紧套光纤单独被微管保护，再在外面铠装不锈钢丝网，具有极好的抗拉强度和柔软性。

图8.5.8　不锈钢软管野战光缆

金属型软管野战光缆机械物理特性典型值见表8.5.8。

表8.5.8　金属型软管野战光缆机械物理特性典型值

（2）微不锈钢光纤松套管光缆

这种光缆为无缝不锈钢管技术加工而成。不锈钢微管生产属于极高水平的不锈钢带成型、焊管工艺，其生产流程与常规不锈钢管生产差异不大，但成型、拉拔模具精度要求非常高，与注射器针管焊接技术相同。微不锈钢松套管有单芯、多芯结构，单芯或6芯以下结构紧凑，重量轻，适用于军用、野战光纤通信网络，应急抢修，以及航空航天、潜艇、航母等通信，也可用于火灾重点防范地区和油井、气田、传感以及其他要求的场合，还可适用于城市管道、地铁、森林等鼠害比较严重的区域。光缆以无缝不锈钢管为基础光单元，通过不同的结构设计和不同的材料应用，以适应各种不同的应用场景。

这种结构的野战光缆综合性能极佳，重量轻，弯曲半径小，携带方便，而且是松套管结构，如采用304＃或316＃不锈钢丝铠装保护，可以适用于防火等级高，弱碱、盐碱、弱有机酸等环境。长期工作的极限温度范围可达－60℃～＋120℃。采用金属涂层光纤，如金涂层光纤，其长期工作温度可达到－196℃～＋750℃。抗侧压力性能优良。抗拉性能好，也适合于车辆敷设。图8.5.9为3种常规结构的不锈钢微松套管结构光缆示意图。

图8.5.9　不锈钢微松套管结构光缆示意图

光缆机械物理特性见表8.5.9。

表8.5.9　不锈钢微松套管结构光缆机械物理特性

图8.5.10　野战光缆放线盘

因为采用的是松套管结构，光纤为常规φ245μm外径的裸纤。也可以采用φ200μm外径的光纤，这样微管可以做到更小。目前国内市场上已经出现商用φ0.9mm不锈钢微松套管结构，外径与紧套光纤外径相同，便于在松套管外直接加装快速连接器。该结构将应急、野战等光缆的外径做到了极致，既保证较轻的重量，又满足机械特性，还能拥有较好的柔软性，温度特性强于紧套光纤强。

如同应急光缆，野战光缆必须缠绕在专用缆盘上，既可单人背扛，又可拖拉。野战光缆放线盘如图8.5.10所示。

8.5.2.3　野战光缆连接器

在应急和战争等紧急状态下，不可能有充足的时间对光纤进行现场熔接，所以野战光缆的两端头必须安装快速连接器，且装盘后能单兵负荷。光缆中的光纤性能是其最基本的要求，光纤连接器的强度、插损、防水等性能，同样是野战光缆重要性能。因为是室外，而且环境状况不可预知，所以光缆连接器的性能远高于室内或机房所用光纤连接器。图8.5.11为典型的两种快速连接器实物图。野战光缆终端与光配（ODF）连接同样需预制连接头，图8.5.12为一种型式的连接器。

图8.5.11　野战光缆连接器

图8.5.12　野战光缆终端连接器

作为野战光缆中重要的一部分，下面简单介绍野战光缆连接器的部分性能要求，它有别于常规连接器。

1）主要光学特性

（1）插入损耗

对于可调式接头，未经调整时的初始插入损耗应不大于0.6dB；经过调整后的插入损耗应不大于0.2dB。对于固定式接头，初始插入损耗应不大于0.6dB。进行相应机械、环境适应性试验期间和试验后，接头插入损耗应不大于0.9dB。

（2）回波损耗

回波损耗应大于40dB。

2）部分机械特性

（1）光纤接头撞击试验

试验装置如图8.5.13所示。在试验装置上固定接头引出光纤的自由端，将接头体提高到规定的试验装置高度，拉直接头引出光纤并使之呈水平状，然后释放接头体，使之撞击水泥基座垂直侧面。重复撞击8次，测量光透性，检查外观有无开裂、断裂和无其他损伤。

图8.5.13　光纤接头撞击试验示意图

（2）光纤拉脱力

在光纤和光纤接头套之间施加14.0N的拉伸负荷并持续1min，附加衰减变化不超过0.3dB，外观无开裂、损伤及断裂。

其他如扭转、挤压、振动、冲击等等试验和要求与常规接头相差不大，所以本书未列出。

3）环境适应性

（1）工作温度和贮存温度范围。光纤接头的温度范围见表8.5.10的规定。

表8.5.10　光纤接头的温度范围

（2）冰水浸渍试验

将接头完全浸入水中，并置于水容器中心，在低工作温度下保持6小时后，附加衰减变化不超过0.3dB，外观无开裂、损伤。

当然，环境性能同样包含了各种温度特性、耐盐雾、浸渍、耐湿、耐辐照等等的基本要求和特殊规定，会根据应用场所对接头有相应的要求，有些是最基本的性能，有些与材料的选择存在紧密关联，在此不详细分析。