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Aplicaciones de la fibra óptica.

Telecomunicaciones

Un sistema de comunicaciones ópticas es una forma de transmitir información cuyo soporte básico es la luz. La información viaja en forma de luz a lo largo de dicho sistema. Hoy en día , se sabe que la forma más eficiente de que la luz viaje desde un punto hasta otro es mediante la fibra óptica.

Internet

El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación de este medio: La lentitud del trato de la información. La conexión de Internet mediante fibra a parte de ser mucho mas rápida, no nos plantea un gran problema que sucede con el método convencional: caerse de la red continuamente. La fibra también nos resuelve en gran medida los problemas de masificación de interlocutores, aunque esto todavía no está totalmente resuelto.

Nos permite trabajar con gran rapidez en entornos multimedia, tales como videos, sonidos, etc. Por ello las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.

Redes

La fibra óptica ha ganado gran importancias en el campo de las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN (redes locales de información) permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.

Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones.

Telefonía

En este campo es en el que más se está extendiendo la fibra óptica. Actualmente, en todas las modernas ciudades se está introduciendo el sistema de fibra para el teléfono e Internet. La fibra nos permite una comunicación libre de interferencias, así como de posibilidad de boicoteo de la línea (tan común en las líneas de cobre) .El sonido es mucho mas nítido, y no hace falta, como en el resto de las telecomunicaciones por fibra el empleo de amplificadores de señal cada pocos kilómetros.

Otra ventaja del teléfono mediante fibra óptica es la posibilidad de establecer conexión de Internet y teléfono al mismo tiempo y con tan solo una línea. Esto no sería posible en una línea de teléfono convencional debido a lo reducido de su ancho de banda para transmitir información.

Otras Aplicaciones

La fibra óptica permite acceder a una infinidad de servicios referente a las telecomunicaciones tales como:

Televisión: Recepción de una gran número de canales con distintas opciones de compra. Paquete básico, canales premium, vídeo bajo demanda, pago por visión ... una oferta amplísima compuesta por canales informativos, musicales, espectáculos, deportivos, documentales, infantiles...

Banco en Casa: Realización de cualquier tipo de transacción bancaria, desde movimientos entre cuentas, contratación de un depósito o la cancelación y cambio de entidad.

Telecompra: Tendrá acceso directo a anuncios por palabras con opción a compra, hasta navegar por un centro comercial con la posibilidad de adquirir el objeto que más desee.

Telemedida: La fibra óptica permite recoger información sobre medidas de servicios como el agua, el gas o la electricidad que, posteriormente serán enviados a las empresas correspondientes que nos pasarán la factura de acuerdo con lo consumido.

Web TV: Será uno de los mejores ejemplos de la interactividad que permite la fibra óptica. Facilitará el acceso a información sobre restaurantes, comercios, eventos, espectáculos...

Radio Digital: Canales temáticos para todos los gustos musicales, pero con la mejor calidad de sonido.

Resumen: Fibra óptica.

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Fibra óptica.

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Ejercicios vistos en clase.

Radios de onda corta

La segunda practica que realizamos en el laboratorio de ondas trato de medir la potencia que transmitía un radio de onda corta  y también la potencia después de pasar por una linea de cable coaxial RG11 con 75 ohm de impedancia característica.
El procedimiento que se siguió fue el siguiente:
1. conectamos el radio a la fuente de alimentación.
2. después conectamos el radio al wattimetro para poder así medir la potencia de salida.
3. conectamos el wattimetroa la linea de cable coaxial RG11 con impedancia característica de 75 ohm.
4. se conecto el otro extremo de la linea a otro wattimetro para medir la potencia de entrada en la carga.
5. al final conectamos la carga con una impedancia aproximada ala del la linea coaxial; 74.5 ohm.
los datos obtenidos fueron los siguientes.
⦁ potencia inicial: aproximado a 2 watts.
⦁ potencia final: 1 watt.



La teoría dice que una linea acoplada es el resultado de que la impedancia característica sea igual a la impedancia de la carga y con esto se evita la existencia de perdidas de información en la linea de transmisión, en este caso existe una diferencia de 0.5 ohm entre las impedancia, esto se nota en los resultados obtenidos al ver que si existe una perdida de potencia de aproximadamente 1 watt.




WATTIMETRO
Un wattímetro direccional de RF es un dispositivo de inserción (pasante) capaz de medir una tensión o una corriente de DC proporcional a la potencia que se propaga a lo largo de una línea de transmisión en forma direccional, es decir, en un sentido u otro.
Básicamente consta de un sistema acoplador que toma una muestra de la onda que se propaga en un sentido u otro, un circuito rectificador y un indicador calibrado en watts. La directividad del acoplamiento será la cualidad que tenga el wattímetro en poder discriminar entre la onda que se propaga en el mismo sentido del acoplamiento de aquella onda que se propaga en sentido opuesto.
Acoplador direccional tipo Bruene:

Este tipo de acoplador se basa en la interacción entre un acoplamiento capacitivo, formado por un divisor capacitivo con una tensión Vc proporcional a la tensión de la línea VL, y un acoplamiento inductivo M (a través de un transformador toroidal por ejemplo) con una corriente proporcional a la corriente de la línea IL.
La tensión en la entrada del circuito rectificador será: Vm = VR + VL
Debido a que la corriente inductiva tiene el mismo signo que la dirección de la onda que se propaga (incidente o reflejada) pero la corriente capacitiva es independiente de la misma, la directividad se logrará cuando ambos acoplamientos sean iguales y las corrientes en un sentido se sumen y en el otro sentido se anulen. Finalmente se mide la corriente rectificada con un amperímetro calibrado en potencia.
A continuación se observan 2 tipos de acopladores tipo Bruene. El circuito de la izquierda posee 2 acoplamientos capacitivos idénticos, un transformador entre ambos y 2 circuitos rectificadores. En el circuito dela derecha, se le agrega al secundario del transformador, un punto medio y así se elimina uno de los acoplamientos capacitivos. En ambos casos se necesitan 2 medidores (incidente y reflejada) o un medidor y una llave selectora.








RADIOS DE ONDA CORTA.
La onda corta, también conocida como SW (del inglés shortwave) o HF (high frequency) es una banda de radiofrecuencias comprendidas entre los 2300 y los 29 999 kHz en la que transmiten (entre otras) las emisoras de radio internacionales para transmitir su programación al mundo y las estaciones de radio aficionados.

En estas frecuencias las ondas electromagnéticas, que se propagan en línea recta, rebotan a distintas alturas (cuanto más alta la frecuencia a mayor altura) de la ionosfera (con variaciones según la estación del año y la hora del día), lo que permite que las señales alcancen puntos lejanos e incluso den la vuelta al planeta.

Se distinguen: entre 14 MHz y 30 MHz las bandas altas o bandas diurnas cuya propagación aumenta en los días de verano, y entre 3 MHz y 10 MHz las bandas bajas o nocturnas cuya propagación es mejor en invierno. Las bandas intermedias como la de radio aficionados de 10 MHz (30 m) y la de radiodifusión internacional de 25 m presentan características comunes a ambas.

Las bandas nocturnas son bandas cuya propagación es mejor durante la noche, y mejor en las noches de invierno.

Las bandas diurnas son bandas que, debido a la física de la ionosfera, tienen una mejor propagación de día que de noche, y mucho mejor durante los días de verano. Además, las bandas altas presentan otros modos de propagación, comunes con los de la VHF, como las Esporádicas-E.

La estación del año influye no sólo en la duración respectiva del día y de la noche. También influye en la llamada propagación en zona gris, que permite aprovechar una buena propagación durante algunos minutos entre zonas que comparten la misma hora solar de amanecer o puesta del sol.

En radiodifusión están las bandas tropicales de 90, 75 y 60 metros, y las bandas internacionales de 49, 41, 31, 25, 21, 19, 16, 13 y 11 metros.

Los radio aficionados cuentan con varias bandas en HF: las de 3, 7, 10, 14, 18, 21, 24 y 28 MHz, que corresponden a las bandas de 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12 y 10 metros respectivamente.

La radio de onda corta es similar a las estaciones de onda media local (AM) que se pueden oír normalmente, sólo que la señal de onda corta viaja más distancia.

Normalmente se utiliza el modo AM (Amplitud Modulada) y la BLU o SSB (Banda Lateral Única o Single Side Band) tanto superior como inferior. También se usa el modo de telegrafía CW, el RTTY, la Frecuencia Modulada, la SSTV, entre otros tipos de modulación.

A pesar de lo que se piensa, no se necesita una radio extraordinaria para oír estas transmisiones provenientes de todo el mundo. Todo lo que se necesita es una radio "normal" que pueda recibir la banda de onda corta. Tales radios pueden ser muy baratos. Para oír transmisiones internacionales, puede usarse simplemente la antena telescópica que se encuentra en muchas radios de FM. Sin embargo para la recepción de transmisiones internacionales más exóticas se debe conectar un trozo de cable ó alambre simple a la antena de un radio. Puede encontrarse mucha información al respecto en algunos programas en onda corta, en revistas como "ShortWave Magazine" (SWM), o a menudo en los grupos de noticias especializados, como "rec.radio.shortwave".

Las bandas compiten actualmente con la programación entregada por satélite.

Actualmente, en varios países las emisiones tradicionales en analógico (AM) se están sustituyendo por emisiones digitales en formato DRM.

CABLE COAXIAL.

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.

Características constructivas

A continuación se presenta un resumen de los principales materiales empleados para la construcción de cables coaxiales.

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".

Elección del cable coaxial


Los cables coaxiales se eligen en base a los siguientes parámetros, que son impuestos por el circuito al que deberán ser conectados:

-Impedancia característica (50, 75 o 93 Ohm)

-Frecuencia de trabajo (de 100 kHz a 3000 MHz)

-Atenuación máxima (de 1 a varios cientos de dB/100 m.) y/o potencia máxima (de unos pocos W hasta algún kW, referido a una frecuencia de trabajo).

-Capacidad (de 30 a 100 pF/m)

-Máxima tensión de señal

-Aunque de menor importancia, en ciertas aplicaciones se requiere considerar también la velocidad de propagación y la impedancia de transferencia.

Una vez definida la impedancia se puede elegir el cable operando sobre el correspondiente gráfico de los cables normalizados; con el valor de la frecuencia de trabajo se individualiza el punto de intersección correspondiente a la atenuación o potencia. Es suficiente adoptar el valor del diámetro D inmediatamente superior para definir en forma unívoca el tipo de cable adecuado.
En caso de no encontrarse un cable normalizado se deberá recurrir a un diseño especial.

En laboratorio de ondas guiadas realizamos una practica simple pero significativa, consistía en realizar una conexión del cable coaxial que utilizamos en nuestras televisiones en le hogar, la prueba era hacer la conexión correcta y resistente a alguna alteración física del cable.

Museo de la telegrafía.

Visita al museo

El día jueves 18 de agosto del año 2016 visite el museo del telégrafo que se encuentra en la Ciudad de México, la entrada a este museo es completamente gratuita y las personas te reciben muy amablemente.

Entrando en el museo encuentras muchas cosas que son y fueron de suma importancia para la consolidación de las telecomunicaciones que hoy en día conocemos, además de encontrar artefactos de gran importancia también te muestra un la historia que conlleva el entorno de la telegrafía.

Dentro de este encontré artefactos que ahora son muy importantes para el estudio de algunas ramas de investigación como son el capacitometro, ondametro, volt amperímetro; talvez no se les conozca del mismo nombre pero siguen siendo de mucha utilidad.

Ondametro.

Capacitometro.

Lo que me pareció muy interesante fue que a finales del siglo xx en las comunicaciones ya existía un conmutador telegráfico que servia para interconectar diferentes oficinas telegráficas.

OPINIÓN: El museo me pareció muy interesaste por que en realidad no conocía una oficina telegráfica ni nada por el estilo aun que ciertamente me gustaría que se pudiera hacer un poco mas dinámica la visita al museo con alguna actividad relacionada al uso del telégrafo o algún vídeo corto que explicara su funcionamiento.

Conceptos Básicos Ondas Guiadas

Conceptos Básicos Ondas Guiadas

Onda: Es una perturbación (cualquier tipo de alteración del medio) que se propaga, estas transportan energía de un punto a otro. Las ondas son consecuencia natural de muchos procesos físicos: las oscilaciones en océanos y lagos, ondas sonoras que viajan en el aire, ondas electromagnéticas que constituyen la luz, sismos y muchos otros.

Las ondas son de dos tipos:

Ondas transitorias provocadas por perturbaciones de corta duración.

Ondas armónicas continuas generadas por una fuente de oscilación.

Ondas transversales en estas la dirección en que se produce la perturbación y la dirección en que se propaga son perpendiculares. Algunos ejemplos de ondas transversales son: ondas electromagnéticas, la onda que se transmite en una cuerda, las ondas en la superficie de un lago.

Ondas longitudinales  en estas la dirección de perturbación y la de propagación es la misma. El sonido es una onda longitudinal.

Las ondas electromagnéticas no necesitan ningún medio para propagarse. Pueden hacerlo en el vacío, mientras que las demás necesitan un medio para su propagación por los que se les denomina “ondas materiales”.

Longitud de onda (λ)

Se define como la distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación completa. También se define como la distancia entre dos crestas, dos valles o dos nodos consecutivos.  Se mide en metros [m]

 .

Amplitud (A)

Es el valor máximo que adquiere la perturbación o magnitud del máximo desplazamiento.  En el caso de una cuerda, la amplitud seria la distancia máxima que un punto de la cuerda se separa de su posición de equilibrio. Se mide en metros [m].

Tiempo (t)

Es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos. Se mide en segundos [s].

Periodo (T)

Es el tiempo que se tarda en realizar una onda, ciclo o revolución. Se mide en segundos [s].

Frecuencia (f)

Es el número de oscilaciones, vibraciones, revoluciones o ciclos que se efectúan en un segundo. Se mide en Hertz [Hz].

Frecuencia angular (w):

Análogo al movimiento armónico simple. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo.

Velocidad de propagación (vp)

Es la velocidad con la que avanza la onda. Se mide en metros sobre segundo.

vp=λ f= e/t [m/s]. e=espacio recorrido.

Las ondas luminosas viajan a una velocidad de 3x10^8 m/s .

Las ondas sonoras viajan a una velocidad de 330 m/s.

Reflexión de las ondas: La reflexión se produce cuando una onda encuentra una superficie contra la cual rebota. En la reflexión el rayo incidente y el reflejado se propagan en el mismo medio.

Se denomina ángulo de incidencia el formado por el rayo incidente y la normal a la superficie y ángulo de reflexión el formado por el rayo reflejado y la normal.

Leyes de la reflexión

-El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano.

 -Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales: i = r

Refracción de las ondas: La refracción es cuando una onda que se propaga en un medio pasa a otro en el cual su velocidad de propagación es distinta.

Para las ondas luminosas se define el índice de refracción del medio, n, como el cociente entre la velocidad de la luz en el aire, c, y la velocidad de la luz en el medio, v: c n = v

Leyes de la refracción

 -El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano.

- La relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción viene dado Ley de Snell:

 n1 sen i = n2 sen r.

 Resonancia: Es la transmisión de una vibración de un cuerpo a otro si coinciden sus frecuencias.

Cuando una fuerza se aplica repetidamente a un sistema con la frecuencia natural de mismo el resultado es la aparición de oscilaciones de gran amplitud a este fenómeno se le conoce como resonancia

Modulación: La modulación es la alteración  de una onda portadora,  modifica el valor de una frecuencia, fase o amplitud de una onda y es utilizada en telecomunicaciones para transferir información desde un origen a un destino, también la modulación contribuye a proteger la señal de interferencias y ruidos.

Potencia: Capacidad para realizar una acción. Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Atenuación: Es la disminución de la densidad de potencia de una onda.
Señal analógica: Una señal analógica es aquella señal que es continua.
Señal digital: Una señal digital es aquella que es discreta, es decir solo se toman muestras y/o puntos (maestrear) de una señal.