BR112015003890B1

BR112015003890B1 - Fibra óptica metalizada, cabo de fibra híbrida óptico/coaxial e método para transmitir um sinal de dados através de um cabo

Info

Publication number: BR112015003890B1
Application number: BR112015003890-5A
Authority: BR
Inventors: Chester J. Kmiec; Lin Fu; Anny Flory; Damien Polanksy
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2022-01-25
Also published as: US20150235742A1; KR20150060718A; CN107315230A; BR112015003890A2; MX344525B; US10475555B2; EP2901188B1; JP6480332B2; WO2014051953A1; MX2015004054A; CA2881019A1; EP2901188A1; JP2016500834A; CA2881019C; KR102102494B1; CN104813207A

Abstract

FIBRA ÓPTICA METALIZADA, CABO DE FIBRA HÍBRIDA ÓPTICO/COAXIAL E MÉTODO PARA TRANSMITIR UM SINAL DE DADOS ATRAVÉS DE UM CABO. Uma fibra óptica metalizada compreendendo: (A) uma fibra óptica, e (B) um metal condutivo acima e em contato com a fibra óptica e tendo uma espessura que é pelo menos 0,15 vezes a espessura da fibra óptica. A fibra óptica metalizada pode formar um componente de um cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, e prover boa proteção contra a interferência com o sinal de dados viajando junto com a fibra óptica a partir da corrente elétrica de um condutor adjacente ou próximo do elétrico.

Description

Campo da invenção

[001] Esta invenção refere-se a fibras ópticas. Em um aspecto, a invenção refere-se às fibras ópticas compreendendo uma tira metalizada ou revestimento enquanto em um outro aspecto, a invenção refere-se a uma fibra óptica metalizada como parte de um cabo de fibra híbrida óptico/coaxial.

Antecedentes da invenção

[002] O cabo de fibra híbrida óptico/coaxial que combina fibra óptica e cabo coaxial tem sido comumente empregado globalmente pelas operadoras de TV a cabo desde antes dos anos 1990. Existem muitas aplicações onde ambas, transmissão de dados e de energia é necessária. Por exemplo, em uma casa pequena, existem sistemas automáticos altamente avançados para iluminação, controle de temperatura, multimídia, segurança, operações de portas e janelas, e muitas outras funções. Esta função inteligente é realizada através do envio de sinais codificados através de uma fiação doméstica para disjuntores e tomadas que são programadas para operar aparelhos e dispositivos eletrônicos em cada parte da casa. Os sinais enviados incluem ambos, sinais de dados e de energia.

[003] Um outro exemplo é uma torre de celular de uma estação base de rádio de superior (TTR). A TTR é conectada ao equipamento comum via um cabo de diâmetro pequeno que contém fibras de vidro e plástico para transportar sinais digitais e um par de fios de cobre para fornecer energia. Nas aplicações onde ambas, a transmissão de dados e de energia é requerida, um cabo híbrido é necessário. Entretanto, muitas aplicações de consumidores demandam fios ou cabos de pequena dimensão e peso mais leves, e isto cria componentes de transporte de energia e dados do cabo híbrido, cada vez mais próximos. Assim, por sua vez, pode conduzir a problemas com o sinal de energia interferindo com o sinal de dados, ou vice versa. Como tal, existe uma necessidade para um cabo híbrido que possa compreender condutores de energia e dados em uma aproximação próxima um do outro ainda sem interferir com a função um do outro.

Sumário da invenção

[004] Em uma concretização, a invenção é uma fibra óptica metalizada compreendendo: (A) uma fibra óptica, e (B) um metal condutor acima e em contato com a fibra óptica e tendo uma espessura que é pelo menos de 0,15 vezes a espessura da fibra óptica.

[005] Em uma concretização da invenção, é provido um cabo de fibra híbrida óptico/coaxial compreendendo: (A) um cabo coaxial, e (B) uma fibra óptica metalizada compreendendo: (1) uma fibra óptica; e (2) um metal condutor acima e em contato com a fibra óptica e tendo uma espessura que é pelo menos de 0,15 vezes a espessura da fibra óptica.

[006] Em uma concretização da invenção é provida uma fibra óptica metalizada ou o cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, ambos como descrito acima, conectado em uma fonte de energia.

[007] Em uma concretização, a invenção provê um método de transmissão de um sinal de dados através de uma fibra óptica metalizada, o método compreendendo a etapa de transmitir o sinal de dados através de uma fibra óptica metalizada compreendendo uma fibra óptica e um revestimento metálico acima e em contato com a fibra óptica e o revestimento metálico tendo uma espessura que é maior que o comprimento de onda do sinal de dados.

Breve descrição dos desenhos

[008] A figura 1 ilustra um esquema de uma fibra óptica metalizada;

[009] A figura 2 ilustra uma vista esquemática de um cabo de fibra híbrida óptico/coaxial da técnica anterior; e

[010] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma concretização de um cabo de fibra híbrida óptica coaxial desta invenção.

Descrição detalhada da concretização preferida Definições:

[011] A menos que de outro modo declarado, implícito no contexto, ou costumeiramente definido no estado da técnica, todas as partes e porcentagens estão em peso. Para o propósito da prática de patentes dos Estados Unidos, o conteúdo de qualquer uma das patentes referidas, pedido de patente ou publicação são incorporados por referência em sua integrada (ou sua versão US equivalente é assim incorporada por referência) especialmente com relação à descrição de técnicas sintéticas, definições (na extensão não inconsistente com qualquer definição especificamente provida nesta descrição), e conhecimentos gerais da técnica.

[012] As faixas numéricas nesta descrição são aproximações e, assim podem incluir valores foram das faixas, a menos que de outro modo indicado. Faixas numéricas incluem todos os valores de e incluindo os valores inferiores e superiores, em incrementos de uma unidade, provendo que existe uma separação de pelo menos duas unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Como um exemplo, se uma composição, física ou outra propriedade, tal como, por exemplo, peso molecular, viscosidade, índice de fusão, etc., de 100 a 1.000, é pretendido que todos os valores individuais, tais como 100, 101, 102, etc., e subfaixas, tais como, 100 a 144, 155 a 170, 197 a 200, etc., são expressamente enumerados. Para faixas contendo valores que são menos que um ou contendo números fracionais maiores que (por exemplo, 1,1; 1,5; etc.), uma unidade é considerada por ser 0,0001; 0,001; 0,01 ou 0,1, quando apropriado. Para faixas contendo dígitos numéricos únicos menores que (por exemplo, 1 a 5), uma unidade é tipicamente considerada como sendo 0,1. Estes são exemplos apenas do que é especificamente pretendido e todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o valor mais baixo e o valor mais alto enumerado, devem ser consideradas como sendo expressamente declarado nesta descrição. As faixas numéricas são providas dentro desta descrição para, entre outras coisas, a espessura de revestimento metálico sobre o cabo de fibra óptica.

[013] “compreendendo”, “incluindo”, “tendo” e seus derivados, não pretendem excluir a presença de qualquer componente adicional, etapa ou procedimento, se ou não o mesmo é especificamente descrito. De modo a evitar qualquer dívida, todas as composições reivindicadas através do uso do termo “compreendendo” pode incluir qualquer aditivo adicional, adjuvante ou composto, se polimérico ou de outro modo, a menos que declarado o contrário. Em contraste, o termo “consistindo essencialmente de” exclui do escopo de proteção qualquer citação com sucesso qualquer outro componente, etapa ou procedimento, exceto aqueles que não são essenciais a operabilidade. O termo “consistindo de” exclui qualquer componente, etapa ou procedimento não especificamente delineado ou listado.

[014] “Cabo”, “cabo de energia” e termos do gênero significam pelo menos um fio ou fibra óptica dentro de um revestimento ou estojo/envoltório. Tipicamente, um cabo é dois ou mais fios ou fibras ópticas ligados juntos, tipicamente em um revestimento ou envoltório protetor comum. Os fios individuais ou fibras dentro do revestimento podem ser desprotegidos, cobertos ou isolados. Os cabos híbridos ou combinação de cabos pode conter ambos, fios elétricos e fibras ópticas. O cabo, etc., pode ser designado para aplicações em alta, média ou baixa voltagem. Os desenhos de cabos típicos são ilustrados nas patentes norte-americanas No. US 5,246,783; US 6,496,629 e US 6,714,707.

[015] As “fibras ópticas” e termos do gênero significam uma fibra que consiste de um núcleo e uma camada revestida que é selecionada para reflexão total interna devido a diferença no índice refratária entre os dois. O revestimento é usualmente coberto com uma camada de polímero acrilato ou poliimida. Este revestimento protege a fibra de danos, mas não contribui para sua propriedade de comprimento de ondas ópticas.

[016] O “cabo coaxial”, “coaxial” (“coax”) e termos do gênero significam um cabo compreendendo um condutor interno ao redor de uma camada flexível, tubular isolante, rodeada por uma blindagem condutora tubular. O termo coaxial vem do condutor interno e da blindagem externa dividindo um eixo geométrico.

Fibra óptica metalizada:

[017] Em uma concretização, a invenção é uma fibra óptica metalizada. Um desenho é mostrado na figura 1. A fibra óptica metalizada 10 compreende a fibra óptica 11 e uma tira metálica 12. A fibra óptica 11 tem uma configuração cilíndrica geral apesar de sua configuração pode variar em conveniência. A composição do núcleo (por exemplo, vidro ou plástico; não ilustrada) e o número, espessura e composições do revestimento (por exemplo, acrilato, imida, etc.; e não ilustrado) pode também variar em conveniência. Estas e outras considerações com relação á composição e estrutura de fibras ópticas, bem como aos métodos de sua construção, são bem conhecidos da técnica.

[018] A tira metálica 12 está em contato com a fibra óptica 10. A tira metálica 12 pode compreender qualquer metal condutor, por exemplo, cobre, alumínio, um metal do grupo platina (platina, paládio, etc.), um metal precioso (por exemplo, ouro, prata), etc., e pode variar em tamanho, configuração e espessura. O cobre é um metal preferido para uso nesta invenção. Em uma concretização, a tira metálica cobre completamente, ou próximo de completamente (por exemplo, menos que 100 por cento, mas não mais que 90, ou mais que 95, ou mais que 99 por cento), da superfície total da fibra óptica. Em uma concretização, a tira metálica cobre menos que a superfície completa da fibra óptica e em tal concretização, a tira metálica cobre pelo menos 89 por cento, preferivelmente, pelo menos 50%, mais preferivelmente pelo menos 20% e ainda mais preferivelmente, pelo menos 10% da superfície da fibra óptica. A configuração da tira metálica, se ela cobre menos que a área da superfície total da fibra óptica, pode variar por conveniência, por exemplo, reta, zig-zag, serpentina, espiral, etc., e ela corre ao longo do eixo geométrico longitudinal da fibra óptica.

[019] A espessura da tira metálica é maior que a frequência do sinal transmitido. Para uma fibra óptica designada carregar um sinal em uma frequência de 60 hertz (Hz), a espessura do metal (por exemplo, cobre) é tipicamente de cerca de 8,5 milímetros (mm). Enquanto a espessura da tira metálica é maior que a frequência do sinal carregado pela fibra óptica, então o sinal transmitido é o mesmo que um sinal transmitido através de uma haste metálica com a mesma área superficial. Devido à espessura do metal, os sinais de energia irão viajar sobre a pele da tira metálica, não através da própria fibra óptica, e assim, os sinais de energia não irão interferir, ou inferior apenas em um nível nominal, com os sinais de dados carregados pela fibra óptica. O cálculo da espessura do metal para qualquer frequência de sinal determinada é conhecido pelo estado da técnica como exemplificado em “Electrical Losses in Coaxial Cable” da Eatone Kmiec, International Wire & Cable Symposion, Proceedings of the 57th ISCS, pp. 515-520 (Nov, 2008).

[020] O efeito pele de um condutor é a tendência da corrente elétrica em distribuir a si mesma dentro do condutor de modo que a densidade próxima à superfície seja maior no núcleo do condutor. A profundidade δ da pele reduz inversamente com o quadro da frequência: δ(m)=sqrt ((2*p)/*w*μ))

[021] Onde p é a resistividade do condutor, w é a frequência angular da corrente = 2π, e μ é a permeabilidade magnética absoluta do condutor. Para um condutor de cobre esta equação reduz a: δ(m)= 0,06/sqrt ((Frequência (Hz))

[022] Em 60 Hz, a profundidade da pele é 8,5 mm; em 1MHz, a profundidade da pele é 66 μ m; e em 1GHz, a profundidade é 2,08 μ m.

[023] Em uma concretização da invenção, a espessura metálica sobre a fibra óptica é uma função do tamanho, por exemplo, espessura ou diâmetro, da fibra óptica. Tipicamente, a espessura do metal é pelo menos 0,15; mais tipicamente pelo menos 1 e ainda mais tipicamente pelo menos 2, vezes a espessura ou o diâmetro da fibra óptica. Assim, se a fibra óptica tem uma espessura ou diâmetro de 1 mm, então a espessura do metal em contato com a fibra óptica é pelo menos de 0,15mm, preferivelmente, pelo menos 1 mm e ainda mais preferivelmente, pelo menos 2 mm.

[024] O metal pode ser aplicado em uma fibra óptica de qualquer maneira conveniente, por exemplo, eletroplaqueamento, plaqueamento por eletrólise, através do uso de um adesivo (ver, por exemplo, USSN 61/577918, depositado em Dezembro 20, 2011), etc.. Estes métodos são conhecidos da técnica, e podem ser utilizados em combinação com um outro, por exemplo, aplicação de uma camada inicial fina, por exemplo, 1-100 microns, para a superfície da fibra óptica seguida por eletroplaqueamento de uma ou mais camadas no topo da camada inicial para construir uma espessura total de 1.000; 1.500 ou mais microns. Embora o eletroplaqueamento e o plaqueamento por eletrólise sejam bem adequados para revestimento da superfície total da fibra óptica, estas técnicas também trabalham para revestimento menor que a superfície total da fibra óptica através do emprego de várias técnicas de mascaramento e enxague conhecidas. Se um adesivo é empregado, tipicamente ele possui boas propriedades dielétricas e apresenta boa resistência de ligação ao metal e a composição da camada de revestimento extrema de fibra óptica, por exemplo, um acrílico.

Fibra óptica híbrida/Cabo coaxial

[025] O cabo híbrido é composto de, mas não limitado a, cabo de fibra óptica, cabo coaxial e um condutor elétrico, por exemplo, cobre. Estes cabos híbridos carregam dados e energia. No cabo híbrido desta invenção, o condutor elétrico, por exemplo, cobre, pode ser substituído com a fibra óptica que é revestida com uma tira metálica para carregar a corrente. Comparado ao cabo coaxial, o cabo de fibra óptica pode carregar mais dados (maior largura de banda) com baixo ruído e menos susceptibilidade para interferência.

[026] Em uma concretização, a invenção é um cabo de fibra híbrida óptico/coaxial. A figura 2 ilustra uma concretização de um desenho do estado da técnica de um cabo coaxial de fibra óptica híbrida. O cabo coaxial/fibra óptica híbrida 20 compreende um membro resistente de núcleo central 21 desenhado para transmitir a resistência no transporte para o cabo híbrido. Este elemento do cabo híbrido é tipicamente feito a partir de metal ou de um plástico de alta resistência, e ele não carrega energia ou informação. Os condutores elétricos 22, 23 e 25 são tipicamente feitos de cobre ou alumínio, e carregam energia, ou seja, corrente elétrica. Estes condutores são tipicamente envolvidos em um ou mais semicondutores e/ou revestimentos isolantes (não ilustrado). O cabo 24 é um cabo coaxial.

[027] O cabo de fibra óptica 26 compreende quatro fibras ópticas envolvidas em um envoltório protetor. Cada fibra óptica pode por si só ser envolvida em um ou mais envoltórios protetores e o espaço entre as quatro fibras ópticas pode ser preenchido com um material de carga matriz que prove ambos, proteção e isolamento dielétrico.

[028] O membro de resistência e os vários condutores do cabo híbrido são envolvidos no material de carga matriz 27 que provê ambos, proteção contra o dano físico e isolamento dielétrico. Esta matriz é então envolvida dentro do envoltório isolante semicondutor 28 que por sua vez é envolvido dentro da jaqueta/revestimento protetor externo 29. As várias composições e métodos de fabricação para o material de carga matriz, envoltório semicondutor e revestimento protetor são todos bem conhecidos do estado da técnica.

[029] Uma concretização do cabo híbrido desta invenção é ilustrada na Figura 3. O cabo híbrido 30 é similar no desenho ao cabo híbrido 20 exceto que o cabo híbrido 30 não compreende os condutores elétricos autônomos 22, 23, e 25. Preferivelmente, o cabo de fibra óptica 26 é substituído com o cabo de fibra óptica 36 no qual as quatro fibras ópticas são metalizadas, ou seja, elas compreendem um revestimento metálico, uma concretização que é ilustrada na figura 1. Esta tira metálica ou revestimento desempenham a função de um ou mais dos condutores elétricos do cabo híbrido estado da técnica como ilustrado na figura 2.

[030] O cabo híbrido desta invenção é utilizado da mesma maneira como conhecida dos cabos híbridos. O cabo é conectado a uma fonte de energia, uma ou mais fontes para transmissão dos ados, por exemplo, computador, sensor, por exemplo, e ultimamente para os dispositivos de uso final, por exemplo, computador, aparelhos domésticos, equipamento industrial ou recreacional e do gênero. O metal de espessura apropriada ligado à fibra óptica permite a transmissão e qualquer corrente elétrica recebida a partir dos condutores elétricos adjacentes ou próximos a eles (ou a partir de qualquer outra fonte) a ser transferido lentamente da fibra para o dispositivo de uso final sem interferir com a transmissão de dados da fibra.

[031] É especificamente pretendido que a presente invenção não é limitada ás concretizações e ilustrações contidas aqui, mas incluem formas modificadas daquelas concretizações incluindo porções das concretizações e combinações de elementos de concretizações diferentes como dentro do escopo de proteção das reivindicações a seguir.

Claims

1. Fibra óptica metalizada, compreendendo: (A) uma fibra óptica para transmissão de dados, a fibra óptica consistindo de uma fibra óptica e uma cobertura revestindo a fibra óptica, e (B) uma camada metálica acima em contato com, e aderida ao revestimento da fibra óptica; (C) a fibra óptica metalizada caracterizada pelo fato de o metal ter uma espessura que é pelo menos de 1 vez a espessura da fibra óptica, sendo que a camada metálica compreender pelo menos um cobre, alumínio, um metal do grupo platina ou metal do grupo dos metais preciosos, e a camada metálica estar na forma de uma tira que (i) corre ao longo de um eixo geométrico longitudinal da fibra e (ii) cobre menos que a superfície completa da fibra óptica.

2. Fibra óptica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a tira metálica cobrir pelo menos 10 por cento, mas menos que 90 por cento da superfície da fibra óptica.

3. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, compreendendo: (A) um cabo coaxial, (8) uma fibra óptica metalizada para transmissão de dados compreendendo: (9) uma fibra óptica consistindo de uma fibra óptica e uma cobertura de revestimento da fibra óptica; e (10) uma camada metal de revestimento acima em contato com, e aderida ao revestimento da fibra óptica, (3) um condutor elétrico; e (11) um membro de resistência feito a partir do metal e localizado central dentro do cabo de fibra híbrida/cabo coaxial, o membro de resistência em contato com ambos da fibra óptica e o cabo coaxial; o cabo coaxial/de fibra óptica híbrida metalizado caracterizado pelo fato de o metal de revestimento tendo uma espessura que é pelo menos de 1 vez a espessura da fibra óptica.

4. Cabo de fibra híbrida/coaxial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ser conectado a uma fonte de energia.

5. Cabo de fibra híbrida/coaxial, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 5, caracterizado pelo fato de o metal de revestimento ser cobre e recobrir inteiramente, ou próximo de completamente, a superfície da fibra óptica.

6. Método para transmitir um sinal de dados através de um cabo, caracterizado pelo fato de compreender a conexão do cabo a uma fonte energia e uma fonte de sinal de dados, o cabo compreendendo o cabo de fibra híbrida óptico/cabo coaxial, conforme definido na reivindicação 3.

7. Fibra óptica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a espessura da camada metálica é pelo menos duas vezes o diâmetro da fibra óptica.

8. Fibra óptica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a camada metálica ser eletroplaqueada sobre o revestimento e o revestimento ser um material selecionado a partir do grupo consistindo de um imida e um acrilato.

9. Fibra óptica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o material de revestimento ser um acrilato.

10. Fibra óptica, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de a espessura da camada metálica ser pelo menos duas vezes o diâmetro da fibra óptica.

11. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de a espessura da camada metálica ser pelo menos duas vezes o diâmetro da fibra óptica.

12. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de a camada metálica ser eletroplaqueada sobre o revestimento e o revestimento ser um material selecionado a partir do grupo consistindo de um imida e um acrilato.

13. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de o material de revestimento ser um acrilato.

14. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de a espessura da camada metálica ser pelo menos duas vezes o diâmetro da fibra óptica.

15. Cabo de fibra híbrida óptico/coaxial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o membro de resistência não carregar energia ou informação.