FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS

SISTEMAS DE

COMUNICACIONES

Líneas de Transmisión

SESION 4

SISTEMAS DE

COMUNICACIONES

Líneas de Transmisión

SESION 4

Ing. CHUMAN ZUÑE, Freddy

AWG (American Wire Gauge Standard ): Proporciona un estándar de referencia que permitirá saber el diámetro y superficie o área de sección del conductor. Los números AWG y las dimensiones de los cables que representan tienen una relación inversa.Diámetro más pequeño 36AWG = 5mm, y el diámetro más grande 4/0= 460mm

22AWG= 0.64mm; 23AWG=0.57mm; 24AWG=0.51mm (Más usados en par trenzado)

La dimensión en el sistema AWG representa aproximadamente el número de pasos que fueron envueltos en el proceso de diseño del cable.

AISLACIÓN: Usado para aislar el flujo de corriente, para prevenir el contacto directo entre conductores, un conductor y su ambiente. Consiste de uno o más materiales de plástico. Históricamente los conductores de cables de telecomunicaciones fueron aislados con PVC(Polyvinyl Chloride, para planta interna) y PE (Polyethylene, planta externa)Los materiales que proporcionan mejor característica de fuego y humo, así como mejorado rendimiento de transmisión es FEP (fluorinated ethylene Propylene) y ECTFE (Ethylene Clorotrifluorothylene)

AWG y Aislación

Los parámetros más usados para la definición del rendimiento de cables y componentes son especificados usando el decibel (dB) como una unidad de medida.El decibel es usado para expresar una razón entre dos voltaje o potencias. El decibel refleja el uso de una escala logarítmica, el cual significa que un amplio rango de voltajes y niveles de energía puede ser cubiertos usando un rango muy pequeño de números para expresar razones en dB. Estas son las ecuaciones que muestran la relación de dB a razones de voltajes y potencias.

2110 /log20 VVdB

Unidad de Medida (dB)

2110 /log10 PPdB

CONCEPTOS DE LINEAS DE TRANSMISIÓN

Una línea de TX ideal, está comprendida de dos conductores que están separados por un material dieléctrico uniformemente espaciado sobre su longitud.

Se ilustra una línea de transmisión comprendida de:

02 conductores de diámetro “d”, físicamente separados una distancia “D”. Un voltaje balanceado (V) es aplicado entre los dos conductores, corrientes iguales y opuestas (I) fluyen en cada conductor.

El voltaje de caída en cada conductor es directamente proporcional al flujo de corriente y la resistencia de la línea en ohms.

Diámetro del conductor más grande, menor es la resistencia. Conductividad es más alta del material conductor, menor es la resistencia. CONDUCTANCIA (G), es el recíproco de la resistencia, representa la corriente de fuga a través de un dieléctrico no ideal. G, entre los dos conductores de línea.

MODELO CAPACITIVOEl voltaje aplicado entre conductores causa un movimiento de carga eléctrica, de tal manera que cargas iguales y opuestas son depositadas en la superficie de cada conductor.

La distribución de carga eléctrica define un campo eléctrico en el espacio dieléctrico, alrrededor de cada conductor.

Este campo es típicamente modelado como capacitancia (C).

Las unidades de la capacitancia son medidas en faradios (F)

Con los últimos progresos hechos en tecnología de TX, llegó a ser aparente que los modelos capacitivos y resisitivos no fueron adecuados. Algún otro factor necesitó ser considerado.

MODELO INDUCTIVOEl flujo de corriente define un campo magnético concéntrico (B), alrededor de cada conductor. B es reforzado en el espacio entre los conductores y es disminuido en la región externa a ambos conductores.

Una mayor separación entre los conductores resulta en un mayor campo magnético y por lo tanto una inductancia más alta.La magnitud de la inductancia también depende de la permeabilidad magnética, de algún material magnético alrededor de los conductores.

PRINCIPALES PARAMETROS DE TX

RESISTENCIA SERIE: RLine

Es la resistencia lazo de un par de conductores para una longitud incremental.Está relacionado a las dimensiones y separaciones de los conductores

INDUCTANCIA SERIE: LLine

Es la inductancia lazo de un par de conductores para una longitud incremental. Está relacionado a las dimensiones y separaciones de los conductores CAPACITANCIA MUTUA: CLine

Es la capacitancia entre un par de conductores para una longitud incremental.Está relacionado a las dimensiones y separaciones de los conductores y la constante dieléctrica del aislante y materiales de la chaqueta.

CONDUCTANCIA MUTUA: GLine

Es la conductancia entre un par de conductores para una longitud incrementalEsta relacionado a la pérdida dieléctrica del aislante y materiales de la chaqueta.

MODELO GENERAL DE TX

Los principales parámetros (R, L, G y C), se calculan de un conocimiento del diseño físico de los cables que depende de:

GEOMETRIA DEL CABLEPROPIEDADES DE LOS MATERIALES DEL CABLEFRECUENCIA DE LA SEÑAL APLICADA

Los parámetros secundarios de una línea de transmisión son calculados de los parámetros principales y obtenidos por medida directa. Pueden ser usados para modelar el comportamiento de una señal eléctrica cuando pasa a través del cable.

IMPEDANCIA CARACTERÍSTICAZo corresponde a la impedancia de entrada de una línea de transmisión uniforme de longitud infinita: Zin = Vi/Ii

Es una función de la frecuencia de la señal aplicada pero no está relacionada a la longitud del cable, tiene un componente resistivo y reactivo.La energía máxima es transferida de la fuente a la carga cuando la impedancia de fuente (Zs) y la impedancia de terminación (Zt) son iguales al conjugado complejo de la Zo de la línea de transmisión. Dos impedancias son conjugadas complejas si ellas tienen el mismo componente reactivo y sus componentes reactivos tienen signos opuestos.

Bajo estas condiciones, toda la energía es transmitida y ninguna de la energía es reflejada atrás en la terminación del cable. La impedancia característica de una línea de transmisión depende de los denominados parámetros primarios R, L G , C: La fórmula que relaciona los anteriores parámetros y que determina la impedancia característica de la línea es:En muy alta f, Zo asymptote, lleva un valor fijo que es el resistivo. Ejemplo, los cables coaxiales tienen una impedancia de 50Ω o 75Ω en frecuencias más altas. Típicamente los cables de telefonía de par trenzado balanceado tienen una impedancia de 100 Ω arriba de 1MHz.

Es la relación en dB de la energía de entrada a la energía de salida cuando la impedancia de carga y fuente son iguales a la impedancia característica del cable.

Como una referencia, la energía de entrada es obtenida por medida de energía directamente en la carga sin pasar a través del cable.

Para el caso donde las terminaciones no son perfectamente iguales, la razón de la energía de entrada a salida es llamado atenuación.

ATENUACIÓN

Donde : Vi = Voltaje de entrada

Vo = Voltaje de salida

CROSSTALKEn Telecomunicación, se dice que entre dos circuitos existe diafonía, denominada en inglés Crosstalk, (XT), cuando parte de las señales presentes en uno de ellos, considerado perturbador, aparece en el otro, considerado perturbado. Es la interferencia de la señal entre pares de cables, el cual puede ser causado por: PARES ADYACENTES DE CONDUCTORES o CABLES CERCANOS.

EJEMPLO.- Esta interferencia puede resultar del campo magnético alrededor de algún conductor que transporta corriente.

La diafonía, en el caso de cables de pares trenzados se presenta generalmente debido a acoplamientos magnéticos entre los elementos que componen los circuitos perturbador y perturbado. La interferencia crosstalk puede ser inteligible o no inteligible, dependiendo de los modos de acoplamiento.

NEXT (Near End Crosstalk) - FEXT(Far End Crosstalk) - ELFEXT Equal Level FEXT - PSNEXT (Power Sum NEXT)

RELACIÓN ATENUACIÓN A CROSSTALK (ACR):

ACR = mínima NEXT – máxima ATENUACIÓN.RELACIÓN SUMATORIA DE ENERGÍA ATENUACIÓN A CROSSTALK (PCACR):

PCACR = mínima PSNEXT – máxima ATENUACIÓN máxima

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN NOMINAL

Una señal que viaja desde la entrada a la salida, es retrasada en tiempo por una cuenta igual a la longitud del cable dividido por la velocidad de propagación para el medio de transmisión. En una línea de transmisión ideal, la velocidad de propagación es igual C en el vacíoLa velocidad de propagación depende de las propiedades de los materiales dieléctricos alrrededor de los conductores. En muy alta frecuencias tiende hacia un valor constante. DONDE:

C = Velocidad de la Luz en el vacío.μ = PERMEABILIDAD relativa del dieléctricoε = PERMITIVIDAD relativa del dieléctrico.

La NVP, es iniciada como un porcentaje de la velocidad de la luz. Ejemplo NVP = 62% o .62c.Valores típicos van del rango de .6c .9c

RETARDO DE PROPAGACIÓN

El desarrollo de nuevas aplicaciones de alta velocidad requieren el uso de múltiples pares para la transmisión paralela ha mostrado la necesidad para especificaciones de transmisión adicional. Ejemplo Propagation Delay y Delay Skew, para sistemas de cableado de cuatro pares de 100Ω. La siguiente ecuación es usada para calcular el máxima retardo de propagación disponible entre 1MHz a la frecuencia referenciada más alta para una categoría de cable dada.

DELAY SKEW, es la diferencia en el retardo de propagación entre el par más rápido y el más lento en una categoría6/clase E y categoría5e/ClaseD, no excederá los 45ns en 100m.

COEFICIENTE DE REFLEXIÓN (ρ)El coeficiente de reflexión relaciona la amplitud de la onda reflejada con la amplitud de la onda incidente

El coeficiente de reflexión viene dado por:

Donde:Z1 es la impedancia de carga al final de la línea Z0 es la impedancia característica de la línea de transmisión

PERDIDA DE RETORNO (RL)La energía de la señal reflejada es llamada perdida de retorno (RL), en dB es derivado del coeficiente de reflexión.

Es un parámetro importante para redes gigabits, que emplean transmisión paralela, full-dúplex sobre los cuatro pares que transportan información en ambas direcciones. Alguna impedancia no igual entre componentes resultará en reflejo de la señal (ecos) que aparecen como ruidos en el receptor. Sin embargo este ruido es parcialmente cancelado en el equipo, que puede ser muy significante contribuidor al ruido total.

PERDIDA DE RETORNO (RL)

La energía de la señal reflejada es llamada pérdida de retorno (RL), en dB es derivado del coeficiente de reflexión.

Es un parámetro importante para redes gigabits, que emplean transmisión paralela, full-dúplex sobre los cuatro pares que transportan información en ambas direcciones. Alguna impedancia no igual entre componentes resultará en reflejo de la señal (ecos) que aparecen como ruidos en el receptor. Sin embargo este ruido es parcialmente cancelado en el equipo, que puede ser muy significante contribuidor al ruido total.

MISMATCH LOSS.La energía de la señal transmitida es reducida por una cantidad llamada PÉRDIDA MISMATCH (M) en dB y es derivada del coeficiente de reflexión.

Para alguna longitud del cable, la atenuación puede ser calculada tomando en cuenta la atenuación del cable más el efecto de reflexiones múltiples en cada extremo del cable.

RELACION SEÑAL A RUIDO (SNR)

Es la relación entre el nivel de la señal recibida y el nivel del ruido recibido.

El nivel de la señal recibida debe significativamente exceder el nivel del ruido recibido para transmisiones aceptables.

DONDE:

Vo = NIVEL DEL VOLTAJE DE LA SEÑAL RECIBIDA

Vn = NIVEL DEL VOLTAJE DE LA SEÑAL DEL RUIDO EN EL RECEPTOR

Vi = NIVEL DEL VOLTAJE DE LA SEÑAL TRANSMITIDA

RUIDOEn el ámbito de las telecomunicaciones y de los dispositivos electrónicos, en general, se considera ruido a todas las perturbaciones eléctricas que interfieren sobre las señales transmitidas o procesadas.

Origen del ruidoLos orígenes del ruido son múltiples, pudiendo citarse como más importantes:

La agitación térmica producida en las moléculas del material que forma el conductor, por el choque con los electrones en movimiento.El movimiento desordenado, en las válvulas termoiónicas y especialmente en los semiconductores, de los electrones u otros portadores de corriente, lo que les lleva a emplear más o menos tiempo en su recorrido de un electrodo a otro. Este movimiento desordenado de los portadores de carga aumenta considerablemente con la temperatura.La irradiación de los cuerpos negros es otro factor importante en el ruido de las comunicaciones por radio, ya que todos los objetos del universo, dependiendo de su temperatura, emiten energía en forma de OEM.El ruido producido por fuentes tales como contactos defectuosos, artefactos eléctricos, radiación por ignición y alumbrado fluorescente.

El ruido errático producido por fenómenos naturales tales como tormentas eléctricas con relámpagos y rayos, eclipses y otros disturbios en las atmósfera o fuera de ella como las manchas solares.

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