GUIAS DE ONDA

DEFINICION

Una guía de onda es un tubo conductor a través del cual se transmite la energía en la forma de ondas electromagnéticas. El tubo actúa como un contenedor que confina las ondas en un espacio cerrado. El efecto de [Faraday] atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía.

TIPOS DE GUÍAS DE ONDA

Figura 87. Guía de Onda

Una línea de transmisión de hilos paralelos no puede propagar con eficiencia energía electromagnética, inclusive en cables coaxiales, en donde la frecuencia de la señal sea superior a 20 GHz. debido a diferentes factores de atenuación propias de los materiales con los cuales esta constituida la línea de transmisión. Otra limitante ocurre cuando se desean propagar señales de alta potencia las cuales no se pueden propagar por líneas de transmisión convencionales por tal razón es necesario recurrir a medios físicos de transmisión alternativa capaz de soportar estas adversidades en formas óptimas tales como: fibra óptica y guías de onda.

Una guía de onda es un tubo de conductor hueco el cual puede ser rectangular, circular o elíptico. Sus dimensiones rigen las condiciones de propagación de ondas electromagnéticas por su interior sirviendo su periferia como guía de conducción para las ondas, una guía de onda no conduce corriente en el sentido estricto, más bien, sus paredes son conductores y permiten reflejar la energía electromagnética en su superficie.

En una guía de onda la propagación de la energía no ocurre sobre las paredes sino a través del dieléctrico en el interior el cual en la mayoría de los casos es aire, la energía electromagnética que viaja por una guía de onda lo hace en trayectoria de zigzag reflejándose y rebotando sobre las paredes que las constituyen.

1. GUÍA DE ONDA RECTANGULAR

Es el tipo de onda más popular que existe. Para que una onda electromagnética pueda viajar a través de una guía de onda debe ser capaz de satisfacer las ecuaciones de Maxwell, por tal razón, las ondas electromagnéticas deben propagarse en el interior de la guía de onda en forma de zigzag porque si lo hiciera en línea recta el campo eléctrico se pondría en corto con las paredes de la guía de onda evitando que la onda se propagara en su interior.

En las líneas de transmisión la velocidad de la onda no depende de su frecuencia sin embargo existen dos clases de velocidad que se deben tener en cuenta: velocidad de fase y velocidad de grupo.

La velocidad en fase es la velocidad aparente de una fase determinada de la onda, es aquella con la que cambia de fase una onda en dirección paralela a una superficie conductora a continuación se ilustra la expresión que permite calcular la velocidad de fase la cual depende de la frecuencia y longitud de onda de la señal.

1.3.      BALANCEO DE IMPEDANCIA

 

Figura 88. Balanceo de impedancias en guías de onda

En las guías de onda es necesario el uso de elementos que permitan el balanceo o compensación de impedancias de igual forma como ocurre en las líneas de transmisión de  hilos paralelos. Estos acoples deben ser equivalentes a elementos reactivos tales como: inductancias o capacitancias. Consisten en diafragmas o laminas metálicas delgadas instaladas perpendicularmente a las paredes de las guías de onda unidas a ella en sus orillas formando una abertura. Cuando la abertura es paralela a las paredes cortas su comportamiento es inductivo pero si las paredes son largas se considera capacitivo y su valor reactivo es proporcional al tamaño de la abertura.

2.      GUÍA DE ONDA CIRCULAR

Cuando se presentan aplicaciones en donde es necesario propagar ondas polarizadas vertical y horizontalmente por la misma guía de onda. Tal como ocurre en aplicaciones de radar y microondas, es necesario el uso de guías de ondas circulares. Su comportamiento es igual que el de las guías rectangulares, sin embargo, la longitud de onda de corte se calcula por la siguiente expresión:

d: Diámetro de la guía de onda (metros)

Una de las principales ventajas de las guías de ondas circulares sobre las rectangulares es que son más fáciles de fabricar y de empalmar.  Entre las desventajas está un área mucho mayor; complementándose con el hecho de que una onda que viaja por una guía de onda circular con polarización horizontal podría cambiar a polarización vertical y viceversa. 

 

Figura 89. Antena Guía de onda hecha con un tubo de desagüe. 

                Se está conectando a 10 km de distancia.

La antena de la figura 89, es de la más  fácil de construir para la banda de 2,4 GHz y presenta un excelente rendimiento, con ganancias de hasta 12 dBi.

3.      GUÍA DE ONDA RÍGIDA

La figura 90, muestra dos clases de guía de onda rígida. Esta clase de guías es más costosa en su fabricación que las rectangulares normales; sin embargo, permite también el funcionamiento a menores frecuencias, para determinado tamaño. En consecuencia, es posible tener menores dimensiones generales de guía de ondas cuando son con entrantes. Esta característica, combinada con su mayor costo, limita su utilidad a aplicaciones especializadas.

Figura 90. Guía de onda rígida. (a) un entrante; (b) doble entrante

4.      GUÍA DE ONDA FLEXIBLE

La figura 91, muestra un tramo de una guía de ondas rectangular flexible. Consiste de  bandas en espiral, de latón o cobre. El exterior esta recubierto con un dieléctrico suave, normalmente de hule, para mantener hermética la guía de onda al aire y al agua. En los sistemas de microondas se usan tramos cortos de guía de onda flexible, cuando se interconectan varios transmisores y receptores con una unidad compleja de combinación o de separación. También, se utilizan mucho las guías de onda flexibles en los equipos de prueba de microondas.

Figura 91. Guía flexible de ondas

COAXIAL

- Se trata de una guía formada por dos conductores, por tanto admite una solución de tipo TEM - Además, análogamente al caso del línea de planos-paralelos, pueden existir modos superiores de tipo TEmn y TMmn - El primer modo superior es el TE11

REFLEXION Y REFRACCION

Física/Óptica/Reflexión y refracción

Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción.

El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada sé desvía un cierto ángulo respecto de la incidente.

La refracción se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagación de las ondas en ellos, cambia de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.

En un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refracción, se desvíe hacia arriba. En esta situación la comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada. El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más rápidamente que el aire.

La reflexión de la luz

Reflexión especular y difusa

Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.

La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.

De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.

En ellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Ésta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.

Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamenteleyes de la reflexión.

Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal.

Refracción de la luz.

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

Medido el campo magnético de la luz en una fibra óptica

Francisco R. Villatoro23OCT

El campo eléctrico es medido en el canal 1 (Ch1) y el magnético en el canal 2 (Ch2). Se muestra el esquema del experimento así como la punta del microscopio óptico por campo cercano.

James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz demostraron teórica y experimentalmente que la luz es una onda electromagnética. En las longitudes de onda ópticas los experimentos han logrado medir solamente la componente eléctrica del campo ya que la componente magnética es muchísimo más débil. Burresi et al. han logrado la primera medida directa de las componentes magnéticas de la luz a la salida de una fibra óptica de vidrio gracias a una sonda metálica nanoestructurada, una especie de microscopio por efecto túnel óptico. La microscopía óptica por campo cercano (SNOM o scanning near-field optical microscopy) permite observar la luz a una distancia menor que una longitud de onda (de dicha luz), es decir, su resolución no está limitada por la difracción de Abbe. Para la luz infrarroja en una fibra óptica, este límite difractivo impide observar la luz en distancias menores de 500 nm. (nanómetros). Gracias a la nueva técnica se han podido observar las características ópticas en la nanoescala de los campos magnéticos en pulsos de luz. Nos lo cuentan Harald Giessen, Ralf Vogelgesang, “Glimpsing the Weak Magnetic Field of Light,” Science 326: 529-530, 23 October 2009, haciéndose eco del artículo técnico de M. Burresi, D. van Oosten, T. Kampfrath, H. Schoenmaker, R. Heideman, A. Leinse, L. Kuipers, “Probing the Magnetic Field of Light at Optical Frequencies,” Science 326: 550-553, 23 October 2009.

El cociente entre la contribución al campo electromagnético de la luz de las componentes eléctrica y magnética por separado es de la constante de estructura fina al cuadrado, aproximadamente 4 órdenes de magnitud. Esta diferencia es tan grande que ha permitido observar experimentalmente la contribución magnética sólo en ondas de radio con una longitud de onda entre centímetros y metros. En el régimen óptico es necesario amplificar la componente magnética de alguna manera. En un metamaterial formado por pequeños anillos resonadores nanométricos (con un área de 100 nm. por 100 nm.) es posible realizar dicha amplificación de los campos magnéticos hasta en 6 órdenes de magnitud. Esta es la técnica que han utilizado Burresi et al. han logrado observar tanto el campo magnético como el eléctrico en una fibra óptica y han comprobado que están desfasados exactamente 90º, como la teoría predice, confirmando que la señal que interpretan como campo magnético realmente lo es.

Fundamentos de la fibra óptica: Monomodo versus Multimodo

¿Estás preparado para contestar la pregunta de qué es mejor para la distribución de señales en tu organización?: ¿Cable de Categoría o Fibra? Disponer de una comprensión fundamental sobre la tecnología de fibra óptica es inestimable, pero ¿quién tiene el tiempo de ordenar toda la información que hay por ahí sobre la fibra? Entendemos lo difícil que encontrar los recursos adecuados que nos ayudan a captar estos conceptos básicos sobre tecnología, por eso, hemos escrito este artículo.

Para maximizar tu tiempo, el experto en tecnología de fibra óptica Paul Hand, Jefe de Producto en AMX, te ofrece su enfoque. Él sugiere comenzar mostrando las diferencias entre los cables monomodo y multimodo. La parte 1 de este artículo se centra en los dos atributos claves de la fibra: distancia y velocidad. En la parte 2 que publicaremos próximamente miraremos hacia los costes asociados a estos tipos de cables.

Definiendo el cable

La fibra óptica es una hebra muy fina, de vidrio puro, que actúa como una guía de ondas para los rayos de luz, a través de largas distancias. Esta tecnología avanzada y compleja se aloja en dos grandes tipos de cables: monomodo y multimodo. Ambos cables guían la luz al centro de la fibra llamada el “núcleo”. La diferencia fundamental, física, entre fibra monomodo y multimodo, es el tamaño del núcleo. El tamaño del núcleo tiene un impacto directo sobre las características más fundamentales de la fibra: la distancia y la velocidad.

Rebotando alrededor del núcleo

La palabra “rebotar” no es un termino técnico, pero encuentro que es la mejor manera de transmitir lo que Paul nos cuenta: En pocas palabras, la naturaleza del tamaño del núcleo tiene una relación directa con la forma en la que el rayo o rayos de luz, viajan a través del núcleo.

En un cable monomodo, con su núcleo único y un solo camino, la luz se alinea hacia el centro del núcleo. El núcleo se estrecha haciendo que un solo rayo de luz pueda viajar por el mismo. Gracias a la tecnología de “revestimiento”, un material especializado que recubre el interior de los muros del núcleo, no hay ningún lugar donde la luz pueda ir, excepto hacia abajo del cable. Como resultado, no hay ninguna oportunidad para que los rayos de luz reboten en la pared del núcleo.

Por su parte, el cable de fibra óptica multimodo, tiene un núcleo de gran diámetro que permite más luz, a través de múltiples vías. El resultado son varias longitudes de onda de luz que se van por el núcleo de la fibra.

Salvando las distancias

El impacto más dramático del monomodo es su capacidad para transportar datos, incluyendo vídeo, a kilómetros. Tomando como referencia el núcleo más pequeño y la menor cantidad de rebotes de la luz, los rayos pueden tomar una única ruta hasta el punto final, sin ralentizaciones.

Cuando aplicamos esta tendencia hacia la luz ‘rebotada’ en el núcleo más grande de un cable multimodo, la causa y el efecto es una “distorsión modal”. Ésta es una forma técnica de decir que los rayos se desaceleran debido al rebote, lo que impacta en la calidad de la señal. Un deterioro como éste limita severamente llevar la señal a largas distancias. Típicamente limitada a 20-500 metros, dependiendo del tipo de señal.

La necesidad de la velocidad

La fibra monomodo puede transportar datos, sin ninguna distorsión o interrupción. Con monomodo esencialmente no se producen rebotes dentro de los muros del núcleo, el resultado es un tiro recto y rápido, hacia el final del cable. Un gran ejemplo de un monomodo es su uso para conectar las telecomunicaciones entre distintas oficinas separadas por varios kilómetros de distancia.

La fibra multimodo, con su núcleo más grande, tiene a la luz viajando dentro en muchos rayos, llamados “modos”. Comúnmente, las aplicaciones generales de fibra multimodo se utiliza para llevar la fibra hasta el escritorio, para añadir segmentos a la red existente, o en aplicaciones modulares individuales, tales como sistemas de alarma.

¿Preparado para la prueba?

No hay debate sobre que la tecnología de fibra óptica sea compleja y altamente avanzada. Este artículo no va a lanzar tu carrera como ingeniero de fibra óptica, pero va a protegerte de no estar al corriente de esta, ahora prolífica, tecnología. Visita este blog en breve para disfrutar de la parte II, donde hablaremos del núcleo y por qué tiene un impacto en el precio.

En AMX, conocemos bastante bien las exigencias sobre la claridad del vídeo de alta resolución, las largas distancias y la máxima seguridad. Afrontamos estas demandas y otras, sin compromisos, utilizando la tecnología de fibra óptica. Por ejemplo, la AMX Epica DGX 16 es una matriz de conmutación de fibra óptica personalizable con conversión de señal integrada, y cuando se utiliza junto con nuestros Transmisores y Receptores DGX de Fibra compatibles, el sistema también proporciona transporte de vídeo sin comprimir, audio embebido y control en un solo sentido junto con el escalado de vídeo, lo que hace que sea una solución fácil de especificar, fácil de instalar y fácil de usar.

Para más recursos sobre tecnología, soluciones o implementaciones, no olvides acudir a nuestra sección sobre la tecnología AMX o nuestro repositorio dedocumentación.

TODO LO QUE DEBES SABES SOBRE LA FIBRA OPTICA

Todo lo que debes saber sobre FIBRA OPTICA

"Fibra óptica"

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente enredes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED. 
Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio o cable. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión..


• Sistemas de comunicación


Los sistemas de comunicaciones se pueden clasificar de diferente forma, dependiendo del parámetro de comparación. Por ejemplo, los podemos clasificar por la forma en que se envía el 
mensaje ya sea digital o analógico, si el mensaje se manda en banda base o se monta en una portadora, por el valor de la frecuencia de la portadora, etc. Otro parámetro muy importante que se puede emplear para clasificar a los sistemas de comunicaciones es el medio de transmisión que emplean, dependiendo del medio o canal de transmisión empleado los sistemas pueden poseer alguna o algunas características insustituibles con respecto a otros sistemas que emplean diferentes medios de comunicación. Por el medio de 
transmisión los sistemas de comunicaciones se pueden clasificar en: 

• Sistemas por cable eléctrico 
• Sistemas por fibras ópticas 
• Sistemas de radiocomunicación


• SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACION


Todos los sistemas de radiocomunicación emplean el espacio como medio de transmisión. La información viaja en forma de ondas electromagnéticas no guiadas desde el transmisor hasta el receptor. Para que el transmisor radie energía electromagnética al espacio circunvecino, es necesario emplear un 
transductor, el cual transforma ondas de voltaje y corriente u ondas electromagnéticas guiadas en ondas electromagnéticas no guiadas, este transductor es la antena transmisora, la cual dependiendo de la frecuencia y de la aplicación del sistema puede radiar energía de igual manera en todas las direcciones o en una dirección preferida. En el receptor también se tiene que emplear un transductor que transforme ondas electromagnéticas no guiadas, en ondas de voltaje y corriente y en ondas electromagnéticas guiadas. Este transductor es la antena receptora, la cual dependiendo de la frecuencia y de la aplicación del sistema puede recibir señales provenientes de todas las direcciones de igual manera o en una dirección preferida. 

Un diagrama a bloques de un sistema de 
radiocomunicación punto a punto se ilustra en la 
figura siguiente. 



El hecho de que los sistemas de radiocomunicación no emplean un medio físico para la transferencia de energía desde el transmisor al receptor, hace que 
éstos posean una serie de características particulares para ellos y que en ciertas aplicaciones son insustituibles y en otras sería más conveniente emplear sistemas con otros medios de transmisión. 

Las principales ventajas y limitaciones de los sistemas de radiocomunicacion son:

VENTAJAS

• Facilidad de comunicaciones móviles 
• Facilidad de reconfiguración 
• Facilidad de comunicaciones multipunto 
• Facilidad de establecer enlaces de difícil 
acceso o sin infraestructura 
• Económicos 
• Menor tiempo de instalación

LIMITACIONES

• Susceptibilidad a interferencias electromagnéticas 
• Espectro electromagnético limitado 
• Privacidad pequeña 
• Dependencia de las condiciones ambientales


• SISTEMAS DE COMUNICACIONES POR 
CABLE ELECTRICO.



Los sistemas de comunicaciones por cable eléctrico 
necesitan de un medio físico como canal de transmisión, y éste debe ser conductor de 
electricidad. Esta propiedad le da una serie de características a los sistemas. Un diagrama a bloques 
de un enlace punto a punto de un sistema de comunicaciones que emplea como medio de 
transmisión conductores eléctricos (par de alambres, cable coaxial, guía de onda). 

Se muestra en la figura siguiente:



El hecho de que estos sistemas empleen un medio 
físico el cual es conductor de la electricidad le da una serie de características particulares, las más 
sobresalientes son:

• El medio de transmisión cuesta 
• Se emplea tiempo en instalar el medio de comunicación 
• Menor facilidad de reconfigurar al sistema 
• Comunicación móvil solo en áreas pequeñas 
• Dificultad de comunicación punto multipunto 
• Menor susceptibilidad a interferencias electromagnéticas 
• Facilidad de conducir energía eléctrica 
• Dificultad de emplearlos en medios explosivos y corrosivos 
• Problemas de diafonía 
• No existen límites físicos a la capacidad de transportar 
información 
• Problemas de bucles de tierra 
• Mayor privacidad 
• Sensibilidad al medio ambiente



• SISTEMAS DE COMUNICACIONES POR 
FIBRA OPTICA.


Los sistemas de comunicación por fibra óptica emplean también un medio físico dieléctrico como canal de transmisión. En este tipo de sistemas la información viaja en forma de rayos de luz, o sea en ondas electromagnéticas guiadas; la única diferencia con las ondas electromagnéticas de radio es la frecuencia de operación. Como los sistemas de radiocomunicación, estos sistemas requieren de transductores para el acondicionamiento de la señal útil a transmitirse y recibirse. En el transmisor se requiere de transductor de ondas de voltaje y corriente en ondas luminosas, en el receptor se requiere de un transductor de ondas luminosas en ondas de voltaje y corriente. Un diagrama de bloque de un sistema de comunicaciones punto a punto por fibras ópticas donde se incluyen los elementos básicos de estos sistemas se muestra en la siguiente figura. 



Algunas de las principales ventajas y limitaciones de los sistemas de comunicaciones por fibras ópticas con respecto a los sistemas de radiocomunicaciones y a los sistemas por cable eléctrico, se debe a las características inherentes de transmisión, que es la fibra óptica.



• CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE 
LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES POR FIBRAS ÓPTICAS.


Requieren un medio Físico (FIBRA ÓPTICA) como medio de transmisión (vidrio SiO2 - medio de transmisión dielectrico) 

 



Otras características adicionales:

- Alta privacidad de la transmisión. 
- Sensibilidad limitada por el ruido quántico. 
- Niveles pequeños de potencia eléctrica en el transmisor. 
- Se facilita la movilidad en áreas reducidas (gracias a su peso y dimensiones menores en comparación con el peso y dimensiones de los conductores eléctricos). 
- Las derivaciones de la fibra optica son más complicadas e introducen mayores atenuaciones en comparación con las derivaciones con cable eléctrico. 
- Gran abundancia de la materia prima SiO2. 
- Interferencia pequeñas entre fibras. 
- Cableado de muchas fibras en un solo ducto.


• COMPATIBILIDAD DE LOS ELEMENTOS 
ÓPTICOS CON LOS SISTEMAS 
DE COMUNICACIONES. 

Los elementos ópticos que contiene cualquier sistema de comunicaciones por fibra óptica son: fuentes ópticas, fibras ópticas empalmes, conectores y detectores ópticos. Las fuentes ópticas son los transductores que transforman las ondas de voltaje y corriente guiadas en ondas luminosas guiadas. Las fibras ópticas son el medio de transmisión y son las guías de las ondas luminosas. Los empalmes son las uniones permanentes entre secciones de fibra óptica. Los conectores son uniones removibles que se emplean generalmente para conectar al transmisor y al receptor con la fibra óptica. 

Los detectores ópticos son transductores que transforman las ondas luminosas en ondas de voltaje y corriente u ondas electromagnéticas guiadas de radio. 

En algunos enlaces punto a punto o en enlaces de muchos puntos también se pueden emplear multiplexores de longitud de onda y acopladores ópticos direccionales, estos últimos pueden ser pasivos o activos.


• COMPATIBILIDAD DEL MEDIO DE TRANSMISIÓN.


Un medio de transmisión debe tener características que lo hagan compatible con los requerimientos que exigen los sistemas de comunicaciones, y también se requiere compatibilidad con los otros sistemas que forman parte del sistema. Los requerimientos más importantes exigidos a la fibra óptica son: 
- Atenuación pequeña. 
- Distorsiones Pequeñas. 
- Tamaño y peso Pequeños. 
- Costo competitivo. 
- Baja sensibilidad al medio ambiente. 
- Ventajas de transmisión compatibles 
con las fuentes y detectores ópticos. 
- Velocidades de transmisiones grandes.

En la actualidad existen diferentes tipos de fibras ópticas que cumplen estas características, para darles robustez ante las inclemencias del medio ambiente, las fibras ópticas pueden tener uno o varios recubrimientos plásticos, pueden estar acompañadas de uno o varios alambres de acero para darles rigidez mecánica, o estar agrupadas en cables de fibra ópticas. Una representación de una fibra óptica y de un cable que agrupa a un conjunto de fibras ópticas se representa en la siguiente figura.






• MEDIOS DE TRANSMISIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES ÓPTICOS.


El medio típico de transmisión de los sistemas de comunicaciones ópticas, son las fibras ópticas que son de vidrio o plástico y tienen un núcleo a través del cual viaja el haz de luz; además del núcleo tiene una cubierta óptica y uno o varios recubrimientos de protección mecánica. La geometría típica de la fibra óptica se muestra en la siguiente figura:



Para aplicaciones en telecomunicaciones se fabrican cables de fibra óptica, ya sean circulares o en forma de cinta. Estos cables contienen dos o más fibras ópticas como se muestra en la siguiente figura:



Además estos cables pueden ser parte de otros cables de mayor número de fibras ópticas, un ejemplo de cables ópticos de 12 - 24 fibras se muestra en la siguiente figura. Con los cables de cinta se pueden fabricar cables de más de cien fibras ópticas.




• MECANISMOS DE PROPAGACIÓN DE LA LUZ.


Para descubrir los mecanismos de propagación de la luz a través de una fibra óptica, aquí se usará la óptica geométrica. Esta aproximación es suficiente para analizar las principales características de las fibras como medio de transmisión de un sistema . La óptica geométrica se basa en que a la luz se considera como rayos angostos. 

Los rayos cumplen las siguientes reglas:

a - En un medio denso (cualquiera que no sea el vacío) los rayos viajan a una velocidad (v), igual a : 

v = c/n

b - Los rayos viajan en línea recta, a menos que exista un cambio del índice de refracción. 

c - Cuando un rayo llega a una frontera entre dos medios con diferentes índices de refracción, éste es reflejado y el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, como se ilustra a continuación.



• CONECTORES Y EMPALMES.

CONECTORES:

Las fibras ópticas para conectarse tanto al receptor como al transmisor requieren de uniones removibles, éstas se logran por medio de conectores. Existe un conjunto de diferentes conectores tanto para fibra monomodo como multimodo. Entre los más usados están los bicónicos, de abrazadera de precisión, de bolas, de lentes, de abrazadera y de plástico, etc. Una ilustración de un conector de abrazadera de precisión bicónica se muestra en la siguiente figura:



EMPALMES:

La unión permanente entre dos secciones de fibras ópticas (empalmes) se realiza por medio de diferentes técnicas: fusion o con adhesivo. También se emplean diferentes métodos para alinear las fibras: camisas, ranuras,, varillas, etc. Una ilustración de las diferentes técnicas de realizar empalmes, se ilustra en la siguiente figura: 



Al realizar empalmes y conexiones se introducen atenuaciones causadas por distintos factores: desalineamiento de ejes, inclinación de las caras, diferencia de los diámetros de los núcleos, entre otros. En un empalme o conexión pueden estar presentes uno o varios factores que introducen atenuación. Niveles típicos de atenuación introducida por los factores antes enunciados se presentan en la siguiente tabla:






FUENTES ÓPTICAS:

Entre las diferentes fuentes ópticas que existe, los diodos Láser (LD) y los diodos emisores de luz (LED) son los únicos que satisfacen todos los requerimientos exigidos por los sistemas de telecomunicaciones. Actualmente, la instalación de sistemas de comunicaciones por fibras ópticas se ha difundido ampliamente debido principalmente a dos factores: enorme capacidad de transmitir de información, y costo relativamente bajo. Estos logros han sido posible gracias a los grandes avances tecnológicos: desarrollo de fibras de vidrio con bajas pérdidas y grandes anchos de banda; desarrollo de dispositivos ópticos de alta calidad y confiabilidad ( fuentes ópticas LED, LD, detectores ópticos PIN Y APD).


• DIODOS EMISORES DE LUZ.


Los diodos emisores de luz (LED) son fuentes de luz con emisión espontánea (no coherente), son diodos semiconductores p-n que para emitir luz se polarizan directamente. 

Un semiconductor p tiene huecos libres en la banda de valencia y un semiconductor n tiene electrones libres en la banda de conducción, cuando el semiconductor p se une con el semiconductor n se forma una barrera de potencial. En esta condición, los electrones no tienen suficiente energía para atravesar la barrera de potencial y llegar al semiconductor n y recombinarse con electrones libres, por lo tanto no existe ningún movimiento de carga. 

Si se aplica una polarización directa al diodo, la barrera de potencial disminuye elevando la energía potencial en el semiconductor p. 



Existen 2 tipos de LED uno que emite la luz a través de la superficie de la zona activa y otro que emite a través de la sección transversal. La representación de un LED de superficie se presenta en la siguiente figura:



Representación de una doble heterounión

Bajo esta condición los electrones y huecos tienen suficiente energía para atravesar barrera, los electrones pasarán de la banda de conducción a la de valencia recombinándose con los huecos, si el semiconductor es de transición directa, la energía perdida por los electrones se convertirá en energía óptica en forma de fotones. 

Para la fabricación de diodos de alta eficiencia que acoplen suficiente energía es necesario que la recombinación de electrón-hueco se realice en un área pequeña, y que los fotones emitidos se radien en una dirección preferida. Esto se logra confinando a los portadores de carga en un área pequeña con barreras de potencial y confinando a los fotones con perfiles adecuados de índices de refracción. 

Lo anterior se logra con heterouniones, las cuales son uniones de semiconductores disímbolos con diferentes niveles de energía y con índices de refracción diferentes. 

CABLE UTP CAT6

CABLE DE CATEGORÍA 6,

El Cable de categoría 6, o Cat 6 (ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1) es un estándar de cables para Gigabit Ethernet y otros protocolos de redes que es retrocompatible con los estándares de categoría 5/5e y categoría 3. La categoría 6 posee características y especificaciones para evitar la diafonía (o crosstalk) y el ruido. El estándar de cable se utiliza para 10BASE-T, 100BASE-TX y 1000BASE-TX (Gigabit Ethernet). Alcanza frecuencias de hasta 250 MHz en cada par y una velocidad de 1 Gbps. La conexión de los pines para el conector RJ45 que en principio tiene mejor inmunidad a interferencia arriba de 100Mbps es el T568A

Los cables UTP Cat 5 y Cat 6 disponen de 4 pares de cables que se alojan en una funda de plástico o vinilo. Cada par de cables tienen un código de color con un cable que tiene un aislamiento de color solido y el otro cable un aislamiento rayado con el mismo color. Los cables sólidos y rayados del mismo color están trenzados para reducir las interferencias. Las vueltas tienden a anular las señales, tales como perturbaciones externas que son las mismas en los dos cables, pero la señal es transmitida solo en un cable.

Velocidad

El cable Cat 5 tiene una frecuencia nominal de ancho de banda de 100 MHz. Esta frecuencia te indica que el cable puede ser utilizado para redes Ethernet que funcionan a una velocidad de hasta 100 Mbps (megabits por segundo). El cable Cat 6 es probado para una frecuencia de 250 MHz. Esta alta frecuencia le permite a las redes con cables Cat 6 operar a 1000 Mbps o 1 gigabit de velocidad. En cualquier caso, los cables son compatibles, pudiendo correr los más lentos en las redes ethernet más viejas sin ningún problema.

Conectores

Los conectores para los cables CAT 5 y CAT 6 son idénticos. Ambas normas utilizan conectores RJ45, lo que significa que la velocidad de la red de los dos cables son completamente intercambiables. Los conectores RJ45 de 8 pines coinciden con el número de cables en ambos estándares. Los conectores RJ45 son muy fáciles y fiables de usar.

Estándares

CAT 5 es un estándar oficial de red, lo que significa que tienes asegurado un determinado nivel de rendimiento cuando compras un cable CAT 5. La norma oficial más rápida es CAT 5e, una versión más rápida de CAT 5 que puede alcanzar 350 Mbps. CAT 6, sin embargo, todavía no es un estándar oficial. Aunque algunos fabricantes son capaces de alcanzar 1 Mbps, otros sólo pueden alcanzar 600 Mbps. Se espera que CAT 6 se defina como un estándar formal en el futuro.

¿Por qué utilizar el cable CAT.6A blindado (F/UTP)?

Las características básicas del cable CAT.6A para transmisión en 10 Gbps sobre par trenzado, con frecuencias y parámetros de transmisión definidos hasta 500 MHz, son definidas por la norma ANSI/TIA-568-C.2. Debido a la alta frecuencia necesaria para atender esta tasa de transmisión, la norma incluye un parámetro de transmisión denominado Alien Crosstalk (ANEXT). A continuación, algunas preguntas y respuestas que facilitarán la comprensión de la importancia del blindaje en los cables CAT.6A.

¿En qué se basa el parámetro de transmisión Alien Crosstalk (ANEXT)?

Este parámetro, medido típicamente en laboratorio -cuyas condiciones para evaluación están especificadas por norma- se basa en una configuración "six around one" o seis cables agrupados alrededor de un cable víctima. El ensayo consiste en la medición, sobre el cable víctima, de los ruidos provenientes de los seis cables adyacentes.

¿Cómo es diseñado el cable CAT.6A no blindado (U/UTP) para minimizar los ruidos?

El cable CAT.6A sin ningún tipo de blindaje metálico exige tener un mayor diámetro para atender el parámetro del Alien Crosstalk. Para esto cuenta con espacios de aire entre sus elementos, lo que torna la cubierta del mismo ranurada y más gruesa. Al haber mayor distancia y mejor aislamiento entre cables, es posible garantizar un menor efecto de ruido de ANEXT, garantizando la transmisión en tasas de 10 Gbps.

¿Cuáles son las características constructivas del cable CAT. 6A blindado (F/UTP) para 10 Gbps?

• Uso de conductores 23AWG.
• Paso de contenedores bien cortos.
• Presencia del elemento de separación entre los pares.
• Cinta de blindaje.

¿Cuál es la principal ventaja del cable CAT.6A blindado (F/UTP) para transmisiones en 10 Gbps?En este cable, los ruidos provenientes de los cables adyacentes no tienen efecto en función de la protección metálica existente. Eso hace que no exista la necesidad de espacios de aire y cubierta más gruesa, resultando en un menor diámetro del cable.

¿Qué tipos de ruido elimina el blindaje?

La cinta metálica actúa como una barrera previniendo, no sólo los ruidos de cables adyacentes, sino también ruidos EMI -de motores, máquinas, cables de energía- y ruidos RFI, de celulares, access points y radios.

¿Por qué el cable CAT.6A blindado (F/UTP) para transmisión en 10 GbE revolucionó el mercado?

Estos cables revolucionaron el mercado debido a la gran ventaja de su menor diámetro, además de un mayor headroom para transmisión en 10 GbE. Estudios demuestran que los cables blindados CAT.6A, CAT.7 y superiores siempre garantizan un mayor headroom para 10 GbE en par trenzado.

CABLE COAXIAL

El cable coaxial es un tipo de cable que se utiliza para transmitir señales de electricidad de alta frecuencia

Parámetros característicos


Impedancia característica (Ohm): 
Es la relación tensión aplicada / corriente absorbida por un cable coaxial de longitud infinita. Puede demostrarse que, para un cable coaxial de longitud real conectado a una impedancia exactamente igual a la característica, el valor de la impedancia de la línea permanece igual al de la impedancia característica. 
Cabe recordar que en un sistema que trabaja a máxima eficiencia, la impedancia del transmisor, la del receptor y la del cable deben ser iguales, de no ser así se producirán reflexiones que degradarán el funcionamiento del sistema. 
La impedancia característica no depende de la longitud del cable ni de la frecuencia. Los valores nominales para los cables coaxiales son 50, 75 y 93 Ohm. 

- Impedancia transferencia (Ohm/m): 
Define la eficiencia del blindaje del conductor externo. Expresada habitualmente en miliohm por metro. Cuanto más pequeño es el valor, mejor es el cable a los efectos de la propagación al exterior de la señal transmitida y de la penetración en el cable de las señales externas. 

- Capacidad (F/m): 
Es el valor de la capacidad eléctrica, medida entre el conductor central y el conductor externo, dividida por la longitud del cable. Se trata de valores muy pequeños expresados en picofarad por metro. Varia con el tipo de material aislante y con la geometría del cable. 

- Velocidad de propagación (%): 
Es la relación, expresada porcentualmente, entre la velocidad de propagación de la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz en el vacío. Varía con el tipo de material aislante, en función de su constante dieléctrica. 

- Atenuacion (dB/m): 
Es la pérdida de potencia, a una determinada frecuencia, expresada generalmente en decibel cada 100 metros. Varía con el tipo de material empleado y con la geometría del cable, incrementándose al crecer la frecuencia. 

- Potencia transmisible (W): 
Es la potencia que se puede transmitir a una determinada frecuencia sin que la temperatura del cable afecte el funcionamiento del mismo. Disminuye al aumentar la frecuencia y se mide en Watt. 

- Tension de trabajo (kV): 
Es la máxima tensión entre el conductor externo e interno a la cual puede trabajar constantemente el cable sin que se generen las nocivas consecuencias del "efecto corona" (descargas eléctricas parciales que provocan interferencias eléctricas y, a largo plazo, la degradación irreversible del aislante). 

- Structural return loss (S.R.L.): 
Son las pérdidas por retorno ocasionadas por falta de uniformidad en la construcción (variación de los parámetros dimensionales) y en los materiales empleados, que producen una variación localizada de impedancia, provocando un "rebote" de la señal con la consiguiente inversión parcial de la misma. 


SUS PARTES:


A) Conductor central: 
- Cobre electrolítico, con pureza superior al 99% y resistividad nominal a 20°C de 17,241 Ohm mm² / km. 

- Cobre estañado, limitado a los cables empleados en aparatos que requieran buenas condiciones de soldabilidad (su uso incrementa la atenuación con respecto al cobre solo). 

- Cobre plateado, para mejorar la atenuación a altísima frecuencia y por su estabilidad química en presencia de dieléctricos fluorados. 

- Acero cobreado (copperweld), alambre obtenido por trefilación de cobre sobre un alma de acero. Si bien su conductividad normal es del 30% al 40% de la del cobre, a altas frecuencias (MHz) su conductividad es prácticamente idéntica a la del cobre, a raíz del efecto pelicular (skin effect); mientras la carga de rotura mínima es 77 kg / mm² y el alargamiento el 1% mínimo. Este material se emplea por razones mecánicas en los cables de secciones menores. 

B) Aislante: 

- Polietileno compacto: es el material más empleado como aislante en los cables coaxiales, a raiz de su excelente constante dieléctrica relativa (2,25) y rigidez dieléctrica (18 kV/mm). 

- Polietileno expandido: se obtiene introduciendo en el polietileno sustancias que se descompongan con la temperatura generando gases, con la particularidad de que los poros quedan uniformemente distribuidos y sin comunicación entre sí. La misma expansión se puede obtener con inyección de gas en el momento de la extrusión, obteniendo características eléctricas superiores. 
Este material, de reducida constante dieléctrica (1,4 / 1,8, dependiendo del grado de expansión) y bajo factor de pérdida (tgd = 0,2 . 10-3), permite lograr una notable reducción de la atenuación, comparándola con el uso de polietileno compacto. 

- Polietileno/aire: es obtenido por la aplicación de una espiral de polietileno alrededor del conductor central, a su vez recubierto con un tubo extruido de polietileno. 

- Tefzel (copolímero etileno - tetrafluoroetileno): se emplea para temperaturas entre -50°C a +155 °C, con una constante dieléctrica de 2,6 y una rigidez dieléctrica de 80 kV/mm. 

- Teflón FEP (copolímero tetrafluoroetileno - exafluoropropileno): se emplea para temperaturas entre -70 °C y +200 °C, con constante dieléctrica de 2,1 y rigidez dieléctrica de 50 kV/mm. 

Estos dos últimos materiales se emplean, además de las aplicaciones de altas temperaturas para aplicaciones militares, electrónica, misiles, etc., en donde se requiera gran resistencia a los agentes químicos orgánicos e inorgánicos. 

C) Conductor externo: 
- Cobre: generalmente bajo la forma de trenza constituida por 16, 24 o 36 husos, con ángulos entre 30 y 45°. 

- Cobre estañado: cuando se necesitan buenas condiciones de soldabilidad. 

- Cobre plateado: en presencia de aislantes fluorados (estabilidad química). 

- Cintas de aluminio/poliester y aluminio/polipropileno: aplicadas debajo de la trenza reducen notablemente el efecto radiante y disminuyen la penetración de señales externas. 

D) Cubierta externa: 

- Cloruro de polivinilo (PVC): es el material más empleado como cubierta, pudiéndose modificar sus características en función de exigencias específicas (bajas o altas temperaturas, no propagación del incendio, resistencia a los hidrocarburos, etc). 
Uno de los requisitos básicos para el PVC de la cubierta es no contaminar, con la migración de su plastificante, el aislante interno; si esto ocurre, al cabo del tiempo se pueden deteriorar las características eléctricas del aislante, produciéndose un constante aumento de la atenuación. 

- Polietileno: con una adecuada dispersión de negro de humo para mejorar su resistencia a las radiaciones ultravioletas. 

- Materiales fluorados (Tefzel y Teflón FEP): para empleo con altas temperaturas o en presencia de agentes químicos. 

Poliuretano: cuando se necesiten buenas características mecánicas. 

E) Armaduras: 
Alambres de acero: puestos bajo la forma de trenza o espiral, para instalaciones subterráneas. 

F) Elementos autoportantes: 

En las instalaciones aéreas para sustentar el cable se emplean construcciones especiales que preveen un alambre o cuerda de acero paralelo al cable coaxial envolviendo los dos elementos, conjuntamente con una cubierta de PVC o polietileno, formando un perfil en forma de "ocho". 



BENEFICIOS • La principal ventaja de utilizar un cable coaxial es que la mayoría de los electrónicos que se utilizan son compatibles con los cables coaxiales. Otras ventajas del cable coaxial incluyen su capacidad para proteger tu televisor de la interferencia externa. Esto puede maximizar la calidad de imagen y ayudar a evitar la estática.

DESVENTAJAS • Por un lado, son voluminosos y no pueden hacerse más pequeños, además de lo voluminoso, pueden ser difíciles de instalar. El cable tiene que ser atornillado a la unidad receptora. Al instalarlo, los usuarios tienen que asegurarse de que el seguimiento de tornillo coaxial coincide con la unidad receptora, la extracción del cable también puede ser una molestia ya que en ocasiones requiere de una herramienta como una llave.