EBO-Steckverbinder-Konzept
Glasfasern dringen in raue Umgebungen vor
Glasfasern bieten hohe Bandbreite, geringes Gewicht und Unempfindlichkeit gegenüber EMI. Ihr empfindliches Handling begrenzte bislang den Einsatz unter rauen Bedingungen. Technische Entwicklungen überwinden diese Grenzen nun, wie Anwendungen in der Verteidigungstechnik belegen.
Schmutz, Feuchtigkeit, und Vibrationen galten bisher als problematisch für Glasfasern. Während sich die optische Datenübertragung in Rechenzentren schon lange etabliert hat, gibt es nach wie vor Bereiche, in denen Glasfasern noch nicht verbreitet sind. Der Übergang von einer Faser zur nächsten ist empfindlich gegen Verschmutzungen und Feuchtigkeit. Zudem können mechanische Belastungen und Vibrationen die Datenübertragung beeinträchtigen – und sogar unterbrechen. Auch hohe Temperaturen und häufige Steckzyklen galten bislang als Argumente gegen den Einsatz von Lichtwellenleitern.
Das Wachstum der Datenübertragung nimmt währenddessen weiter rasant Fahrt auf, wegen der verstärkten Nutzung von Bild- und Videodaten, dem zunehmenden Einsatz von KI-Anwendungen und Cloud-Diensten sowie der fortschreitenden Digitalisierung allgemein. Dieses enorme Wachstum ist nur möglich durch den zunehmenden Einsatz von Glasfaser-Verbindungen, die hohe Bandbreiten bei niedriger Latenz zur Verfügung stellen.
Daher ist es von hoher Bedeutung, optische Verbindungen auch in rauen Umgebungen nutzen zu können. In letzter Zeit haben hier die Entwicklungsaktivitäten deutlich an Fahrt aufgenommen. Ein erster Schritt hin zu unempfindlicheren LWL-Steckverbindungen gelang mit dem Prinzip der Strahlaufweitung. Dieses wurde mit dem EBO-Ferrulenkonzept (Expanded Beam Optical) weiter optimiert.
Hintergrund: Das Prinzip der Strahlaufweitung
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Traditionell erfolgt die Signalübertragung von einer Glasfaser zur nächsten über einen physischen Kontakt (Physical Contact, PC). Die beiden Fasern müssen dabei exakt ausgerichtet sein, also mittig und in einer gemeinsamen Achse. Zudem muss die Kontaktfläche konsequent sauber gehalten werden, da Staub und Schmutz die Signalübertragung stark beeinträchtigen. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass die Glasfaser-Enden verkratzen, was die optischen Eigenschaften einschränken würde. Mittels Strahlaufweitung (Expanded Beam) lassen sich heute Verbindungen realisieren, die weniger empfindlich auf Verschmutzung reagieren. Taillierte Kugellinsen am Ende der Glasfasern weiten den gebündelten Lichtstrahl auf eine größere Fläche auf und fokussieren ihn auf der anderen Seite wieder. Statt über einen direkten Kontakt der Glasfasern wird das Licht über eine Freifeldzone zwischen den Linsen übertragen – allerdings immer noch parallel zur Ausrichtung der Glasfaser, sodass nach wie vor die Gefahr besteht, dass das Signal geschwächt wird, wenn Zentrierung oder Ausrichtwinkel nicht exakt eingehalten wurden.
EBO-Steckverbinder
Das EBO-Steckkonzept (Expanded Beam Optical) ermöglicht einen weiteren Fortschritt: Die Expanded-Beam-Verbindung weitet beim Übergang von einer Faser auf die andere den Lichtstrahl ebenfalls auf und fokussiert ihn dann wieder – nicht in der Achse der Glasfaser, sondern über Linsen mit einem elliptischen Schliff, die wie ein Kollimations-Umlenkspiegel wirken und dadurch den Toleranzbereich vergrößern. So bleiben die Lichtstrahlen immer korrekt ausgerichtet, selbst bei Vibrationen oder mechanischen Belastungen. Zugleich wird die Störung durch Partikel minimiert, da Pollen oder Schmutz nur einen kleinen Teil der vergrößerten Lichtfläche blockieren. Der Lichtstrahl wird so nicht mehr vollständig oder weitgehend blockiert, sondern lediglich geringfügig abgeschwächt. Damit bleibt die Fähigkeit zur Datenübertragung vollständig erhalten.
Verbindungen auf Basis von Industrienormen
Um Glasfasern in anspruchsvolle Umgebungen zu bringen, bedarf es der entsprechenden Komponenten – wie der Steckverbindersysteme der EBM-Serie (Expanded Beam Multifiber). Die nach gängigen Industrienormen entwickelten Steckverbinder S-RMC und MIL13 sind eine „Ruggedized“-Eigenentwicklung von Rosenberger Hochfrequenztechnik. Sie vereinen die robuste Signalübertragung EBO mit unempfindlichen und stabilen Gehäusen. Im Inneren befinden sich Ferrulen, die je nach Bedarf zwischen 2 und 16 Singlemode- oder Multimode-Fasern aufnehmen können. Aufgrund ihrer Eigenschaften werden viele der bestehenden Bedenken gegenüber dem Glasfaser-Einsatz in rauen Umgebungen hinfällig:
hohe Widerstandsfähigkeit: Die robusten EBM-Steckverbinder sind für raue Bedingungen ausgelegt und halten bis zu 5000 Steckzyklen stand.
- stabile Verbindung: Sie gewährleisten zuverlässige, verlustarme Konnektivität mit standardisierten Formaten (SC Footprint).
- Plug-and-Play: Sie ermöglichen eine schnelle, intuitive Installation ohne hohen Schulungsaufwand.
- leicht und kompakt: Das Steckerdesign ist für hohe Leistung bei geringem Platzbedarf und Gewicht optimiert.
- geringer Wartungsaufwand: Die EBM-Steckverbinder sind einfach zu reinigen und benötigen dazu kein Spezialwerkzeug
Glasfaser: Herausforderungen und Lösungen im Bereich Verteidigungstechnik
Moderne Armeen setzen auf umfassende Informationen über das Lagebild – per Radar-, Drohnen- und Luftaufklärung – sowie auf den vernetzten Einsatz verschiedener Verbände. Als Grundlage dienen integrierte, vernetzte Systeme wie C6ISR. Dieses Kürzel steht für Command, Control, Communications, Computers, Cyber-Defense und Combat Systems sowie Intelligence, Surveillance and Reconnaissance. Es handelt sich dabei also um eine umfassende Plattform zum Datenaustausch und zur Kommunikation.
In der Verteidigung spielt der Faktor Zeit immer eine Schlüsselrolle, um die C6IST-Infrastruktur aufzubauen: Kommunikations- und Datensysteme müssen schnell an entlegene Orte transportiert werden können, hinzu kommt die Möglichkeit, sie schnell installieren und wieder deinstallieren zu können. Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Anforderungen. Zum einen die Frage nach Volumen und Gewicht der erforderlichen Komponenten, wenn die Transportkapazitäten Einschränkungen unterliegen. Dazu kommt die Einfachheit der Lösungen, sprich: Steckverbindungen müssen schnell und ohne Spezialwissen beziehungsweise -werkzeuge installiert werden können. Und nicht zuletzt sind Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gefragt, zum Beispiel wenn die Steckverbindungen immer wieder gelöst und neu gesteckt werden müssen.
Robust, platzsparend und sicher gegen Abhörmaßnahmen
Allen diesen Anforderungen werden Glasfaser-Verbindungen mit robusten Steckverbindern heute gerecht. Die Verkabelung ist wesentlich leichter und platzsparender als Kupferkabel mit vergleichbaren Bandbreiten. So sind die EBM-Verbindungslösungen unempfindlich gegen Staub und Schmutz im Outdoor-Einsatz, zudem sind sie für mindestens 5000 Steckzyklen ausgelegt. Sie unterscheiden sich nicht in der Handhabung, da sie mit nach MIL-DTL-38999 normiertem Formfaktor bei der MIL13 Serie erhältlich sind. Mit 2 bis 12 Single- oder Multimode-Fasern in einem einzigen Stecker ermöglichen sie die Entwicklung äußerst kompakter Netzwerkkomponenten.
Weitere Vorteile bieten die robusten Steckverbinder in kontaminierten Umgebungen, da sie unempfindlich sind gegen Verschmutzungen, Flüssigkeiten und aggressive Chemikalien sind. Im harten Outdoor-Einsatz sind zudem ihre Qualitäten in Sachen mechanischer Belastung gefragt. So tragen sie zu einer zuverlässigen Hochgeschwindigkeitskommunikation bei.
Auch das Thema Sicherheit, zum Beispiel gegenüber Abhörmaßnahmen und Cyber-Bedrohungen, ist gewährleistet. LWL mit robusten EBM-Steckverbindern bieten sichere Übertragungskanäle mit minimalem Risiko des Abhörens von Signalen. Sie gewährleisten sowohl Datenintegrität als auch Vertraulichkeit.
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