act.7 reconocimiento

Escuela De Ciencias Básicas Tecnología E Ingeniería Sistemas Avanzados de Transmisión I. Código 208001 2.014_I

Act: 7 – Reconocimiento Unidad 2 .

Nombre de curso: 208001 – Sistemas Avanzados de Transmisión I.

Temáticas revisadas: Capitulo Uno: Guías De Ondas Cerradas Multidielectricas Y Dieléctricas, Capitulo Dos: Líneas De Trasmisión, Capitulo Tres: Adaptación De Impedancia.

Fibra Óptica Las Fibras Ópticas han sido utilizadas ampliamente como un medio de transmisión para

redes de comunicaciones de datos basadas en tierra y redes de área local (conocidas por

sus siglas en inglés LAN, Local Area Network) durante muchos años y ahora están siendo

introducidas en los últimos modelos de aeronaves de transporte de pasajeros para satisfacer

las necesidades de ancho de banda de las redes de aviónica y los sistemas de

mantenimiento de cabina.

En virtud de su poco peso, tamaño compacto, y el excepcionalmente ancho de banda, las

fibras ópticas son muy adecuadas para sustituir las redes convencionales de cableado de

cobre. Sin embargo, esta tecnología es relativamente nueva en la industria de las aeronaves

civiles y trae con ella un conjunto nuevo de problemas y desafíos para aquellas personas

relacionada con la operación y el mantenimiento de las aeronaves.

Ventajas y Desventajas

Las fibras ópticas ofrecen algunas ventajas significativas sobre los cables convencionales de

cobre. Éstas son:

• Son ligeras y de tamaño pequeño.

• Son capaces de soportar grandes anchos de banda a altas velocidades de transmisión de

datos.

• Están relativamente libres de la interferencia electromagnética.

Escuela De Ciencias Básicas Tecnología E Ingeniería Sistemas Avanzados de Transmisión I. Código 208001 2.014-I

• Tienen un reducido ruido y cruce de datos comparadas con los cables de cobre

convencionales.

• Tienen relativamente valores bajos de atenuación debido al medio de transmisión.

• Tienen una alta fiabilidad junto con una larga vida operativa.

• Tienen aislamiento eléctrico y están libres de conexión a tierra.

La reducción en peso resultante del uso de fibra óptica puede reportar ahorros significativos

de combustible. El cableado de cobre es normalmente cinco veces más pesado que un

cableado de fibra óptica de polímero y 15 veces más pesado que la fibra óptica de sílice. En

una aeronave grande de la última generación con sofisticados sistemas de aviónica, el peso

total que puede ser ahorrado puede llegar a 1.300 kg.

Las fibras ópticas tienen algunas desventajas:

• La resistencia de la industria a la introducción de una nueva tecnología.

• Necesidad de un alto grado de precisión cuando se conectan cables y terminales o conectores.

• Necesidad de tener en cuenta la resistencia mecánica de las fibras y la necesidad de asegurar que las curvas que dan los cables tengan radios suficientemente grandes para minimizar las pérdidas o la posibilidad de daños a las fibras.

• Tiene la menor atenuación y el mayor ancho de banda entre todos los sistemas de Transmisión guiados

• Es inmune a las interferencias electromagnéticas y al acceso no autorizado

• Aunque es más costosa que el par trenzado, se recomienda en instalaciones de altas prestaciones.

La fibra óptica (F.O) forma parte de las guías de onda dieléctricas con configuración

geométrica de forma cilíndrica. La F.O está formada por un núcleo cilíndrico de material

dieléctrico rodeado por otro material dieléctrico con un índice de refracción ligeramente

inferior, esto con el objetivo de facilitar la propagación de las señales en su interior.


Del análisis electromagnético de la propagación de las señales en las fibras se desprenden

los posibles modos del campo que ésta es capaz de guiar. La propiedad de guiar o bien uno

o bien múltiples de estos modos permite establecer una clasificación básica de las fibras: una

fibra recibe el calificativo de multimodo cuando a través de ella pueden propagarse varios

modos; se dice que una fibra es

fundamental.

Reflexión y Refracción de la Luz

monomodo si sólo admite la propagación

del modo

Reflexión de la Luz: Cuando un rayo de luz incide en la interfaz entre dos medios de diferente

índice de refracción un porcentaje de la luz es reflejada, ésta cantidad depende de θi. El

ángulo θr permanece en el mismo plano descrito por el rayo incidente y la normal al plano de

la interfaz, en el lado opuesto a dicha normal y con igual ángulo θi.

Refracción de la Luz: Cuando un rayo de luz incide en la interfaz entre dos medios de

diferente índice de refracción con un ángulo, θi, su dirección de propagación se modifica a un

ángulo de refracción θt, aplicándose la LEY DE REFRACCIÓN DE SNELL:

Donde c1 y c2 son las velocidades de la luz en los medios con índices de refracción n1 y n2

respectivamente.


Reflexión Total Interna

Cuando un rayo de luz incide en una interfaz desde un medio más denso n1 a otro menos

denso n2 y (n1 > n2 ) para cualquier θi el rayo se refractará con un ángulo mayor que el

primero.

Para algún ángulo de incidencia θ0 (denominado ángulo crítico), el θt = 90º. Así para todo

ángulo de incidencia > θ0 no existirá luz refractada y toda la potencia lumínica será reflejada:

Índice de refracción: El índice de refracción de un material se define como el cociente entre

la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de fase en ese medio:

Apertura Numérica

El efecto de Reflexión Total Interna es usada en guías ópticas constituidas por un núcleo de

vidrio cilíndrico con índice n1 rodeado por un recubrimiento con índice n2 donde n1 > n2.

Para que el rayo luminoso que incide sea guiado es necesario que en

Núcleo /recubrimiento exista reflexión total

la interfaz

Si se analiza el caso límite donde a debe ser igual al ángulo crítico del caso, es posible

determinar el máximo ángulo de aceptación de la fibra θ (θ máx.) cuyo seno se define como

la Apertura Numérica de la fibra a:


Número de Modos en una Fibra Óptica

Una caracterización matemática común en el análisis modal es la llamada frecuencia

normalizada

(V): El número de modos (N) en una fibra óptica depende de la frecuencia normalizada:

Donde g es el factor de potencia del perfil del índice de refracción, su valor es 2 para índices

gradual y ∞ para índices escalonados.

Si V es menor o igual a 2,405 entonces sólo el modo fundamental es conducido y se dice que

se cuenta con una FIBRA MONOMODO

Perfil de índice de refracción

Es la variación índice conforme nos movemos en la sección transversal de la fibra óptica, es

decir a lo largo del diámetro. Se tiene al índice escalón e índice gradual.

Fibras de índice escalón o también llamadas salto de índice (SI), son aquellas en las que al

movernos sobre el diámetro AB, el índice de refracción toma un valor constante n2desde el

punto A hasta el punto donde termina el revestimiento y empieza el núcleo. En ese punto se


Produce un salto con un valor n1 > n2donde también es constante a lo largo de todo el núcleo.

Este tipo de perfil es utilizado en las fibras monomodo.

En las fibras de índice escalón multimodo la dispersión del haz de luz ocasionado por retardo

de los distintos caminos de los modos de propagación, limita en ancho de banda

Fibras de índice gradual.- El índice de refracción n2 es constante en el revestimiento, pero

en el núcleo varía gradualmente (en forma parabólica) y se tiene un máximo en el centro del

núcleo. Este tipo de perfil es utilizado en las fibras multimodo pues disminuye la dispersión

de las señales al variar la velocidad para las distintas longitudes de los caminos en el centro

y próximos a la frontera.

PATRÓN DE ONDA ESTACIONARIA

El desacople entre ZL y ZC es causante de la existencia de la onda reflejada. La onda reflejada «interfiere» con la onda incidente creando un patrón de amplitudes que se

caracteriza por la existencia de máximos (allá donde las ondas incidente y reflejada se

suman constructivamente) y de mínimos (allá donde las ondas incidente y reflejada se suman

destructivamente) distribuidos periódicamente (línea sin pérdidas) a lo largo de la línea. Este

patrón de amplitudes se conoce como patrón de onda estacionaria. A mayor diferencia entre


ZL y ZC mayor la interferencia. Una medida de esta interferencia es la relación de onda

estacionaria, abreviada ROE en castellano y VSWR en inglés (Voltage Standing Wave ratio).

Relación de onda estacionaria –ROE–

La relación de onda estacionaria se define como la relación del voltaje máximo al voltaje

mínimo:

Tomando en cuenta que podemos expresar la ecuación así:

La Ec ROE, hace referencia a que el valor del coeficiente de reflexión en la carga determina el patrón de onda estacionaria y su módulo el valor de la ROE.

Complementando el tema de fibras ópticas la Reflexión La luz viaja a velocidades diferentes

según el tipo de material que atraviesa. Cuando un rayo de luz, denominado rayo incidente,

cruza los límites de un material a otro, se refleja parte de la energía de el rayo de luz. La luz

reflejada recibe el nombre de rayo reflejado.


Gráfico a: Reflexión;Fuente: Academia de Networking CISCO, CCNA1

El ángulo que se forma entre el rayo incidente y una línea perpendicular a la Superficie del

vidrio, en el punto donde el rayo incidente toca la superficie del vidrio, recibe el nombre de

ángulo de incidencia. Esta línea perpendicular recibe el nombre de normal. El ángulo que se

forma entre el rayo reflejado y la normal recibe el nombre de ángulo de reflexión. La Ley de la

Reflexión establece que el ángulo de reflexión de un rayo de luz es equivalente al ángulo de

incidencia. En otras palabras, el ángulo en el que el rayo de luz toca una superficie reflectora

determina el ángulo en el que se reflejará el rayo en la superficie.

Gráfico b: Reflexión; Fuente: Academia de Networking CISCO, CCNA1

Refracción: La energía de la luz de un rayo incidente que no se refleja entra en el material.

El rayo entrante se dobla en ángulo desviándose de su trayecto original. Este rayo recibe el

nombre de rayo refractado. El grado en que se dobla el rayo de luz incidente depende del

ángulo que forma el rayo incidente al llegar a la superficie del material y de las distintas

velocidades a la que la luz viaja a través de las dos sustancias.


Gráfico C: Refracción; Fuente: Academia de Networking CISCO, CCNA1

La densidad óptica del material determina la desviación de los rayos de luz en el vidrio. La

densidad óptica se refiere a cuánto la velocidad del rayo de luz disminuye al atravesar una

sustancia. Cuanto mayor es la densidad óptica del material, más se desacelera la luz en

relación a su velocidad en el vacío. El índice de refracción (η) se define como la velocidad de

la luz en el vacío dividido por la velocidad de la luz en el medio.

=

Por lo tanto, la medida de la densidad óptica de un material es el índice de refracción de ese

material. Un material con un alto índice de refracción es ópticamente más denso y

desacelera más la luz que un material con menor índice de refracción.

Leyes de la Refracción

Primera Ley : El rayo refractado se encuentra en el plano del rayo incidente y la

Normal que pasa por el punto de incidencia.

Segunda Ley: Denominada Ley de Snell y viene representada por la siguiente

Ecuación:

Gráfico D: Ley de Snell

Fuente: http://usuarios.lycos.es/Fibra_Optica/comparacion.htm


El ángulo θI es el llamado ángulo de incidencia y el θR es el ángulo refractado. Estos

ángulos son medidos desde la línea normal a la superficie.

Reflexión interna total: Un rayo de luz que se enciende y apaga para enviar datos (unos y

ceros) dentro de una fibra óptica debe permanecer dentro de la fibra hasta que llegue al otro

extremo. El rayo no debe refractarse en el material que envuelve el exterior de la fibra. La

refracción produciría una pérdida de una parte de la energía de la luz del rayo. Es necesario

lograr un diseño de fibra en el que la superficie externa de la fibra actúe como espejo para el

rayo de luz que viaja a través de la fibra. Si un rayo de luz que trata de salir por el costado de

la fibra se refleja hacia dentro de la fibra a un ángulo tal que lo envíe hacia el otro extremo de

la misma, se formaría un buen "conducto" o "guía de ondas".

Gráfico E: Guía de ondas

Fuente: Academia de Networking CISCO, CCNA1

Las leyes de reflexión y de refracción ilustran cómo diseñar una fibra que guíe las Ondas de

luz a través de la fibra con una mínima pérdida de energía. Se deben cumplir las dos

siguientes condiciones para que un rayo de luz en una fibra se refleje dentro de ella sin

ninguna pérdida por refracción.

• El núcleo de la fibra óptica debe tener un índice de refracción (n) mayor que el del

material que lo envuelve. El material que envuelve al núcleo de la fibra recibe el

nombre de revestimiento.

• El ángulo de incidencia del rayo de luz es mayor que el ángulo crítico para el núcleo y

su revestimiento.


BIBLIOGRAFÍA Estos tres libros los consideramos muy adecuados para el desarrollo del programa en la parte de la propagación guiada de ondas electromagnéticas. • “Óptica electromagnética. Volumen I: Fundamentos”. José Manuel Cabrera, Fernando

Jesús López y Fernando Agulló López. Addison-Wesley/Universidad Autónoma de Madrid.

1998.

• “Instalaciones de Fibra Óptica Fundamentos, Técnica s y Aplicaciones” . Chomycz, B.

España: McGraw-Hill. (1998).

• “Líneas de Transmisión” . Neri, V. México: McGraw-Hill. (1.999).

• “Comunicaciones Ópticas-Conceptos Esenciales Y Reso lución De Ejercicios” .

España Boquera, María Carmen. España: Ediciones Díaz De Santos S.A. (2005).


WEB GRAFIA

� Imágenes Microsoft. Recuperado el 2 de Octubre de 2010 del sitio WEB:

http://office.microsoft.com/es-es/images/academico-CM079001901.aspx#ai:MC900343351|

� Waveguides. Recuperado el 2 de Octubre de 2010 del sitio WEB: http://www.antenna-

theory.com/tutorial/waveguides/waveguides.php

� Barba, M. Simulación simple de la Carta de Smith. Recuperado el 19 de Septiembre de 2010 del sitio

WEB: http://www.etc.upm.es/cartadembenetc.html

� Espectro Electromagnético. Recuperado el 19 de Septiembre de 2010 del sitio WEB:

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

� Electromagnetic Waves. Recuperado el 19 de Septiembre de 2010 del sitio WEB: http://www.amanogawa.com/archive/RectWaveGuide/RectWaveGuide-2.html

� Pérez,C. (2010). Sistemas de Telecomunicación. Recuperado el 24 de Octubre de 2010 del sitio WEB: http://personales.unican.es/perezvr/

act.7 reconocimiento

Documents