Aplicaciones de las ondas electromagneticas en las telecomunicaciones

Aplicaciones de las ondas electromagneticas en las telecomunicaciones[Escriba el subttulo del documento][Escriba aqu una descripcin breve del documento. Normalmente, una descripcin breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aqu una descripcin breve del documento. Normalmente, una descripcin breve es un resumen corto del contenido del documento.]De

DedicatoriaEste trabajo esta dedicado a todas las personas que lo quieran leer y esten interesadas por conocer ms de las aplicaciones de las onda electromagneticas en las telecomunicaciones.

Agradecimientos

ContenidoINTRODUCCION91.TELECOMUNICACIONES101.1 QU SON LAS TELECOMUNICACIONES?101.2 QU SON LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS?101.3 HISTORIA DE LAS TELECOMUNICACIONES101.1.1 Transmisiones en un sentido o una va (simplex)121.1.3.Tipos de seales141.4. EL ESPECTRO DE ONDAS ELECTROMAGNTICOS EN LAS COMUNICACIONES152.COMUNICACIN DE LUZ VISIBLE (VCL)192.1.LA LUZ VISIBLE192.2.HISTORIA DE LA COMUNICACIN CON LUZ VISIBLE192.3.TECNOLOGA APLICADA EN LA VCL202.3.1.Transmisores:202.3.2.Receptores:202.4.Ventajas y Desventajas de la aplicacin de VCL213.MEDIOS DE TRANSMICIN223.1.MEDIOS ALMBRICOS223.1.1.El par trenzado22APLICACIONES IMPORTANTES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS44TELEVISIN44Telefonia Movil45Contaminacin electromagntica461 Historia de la ciencia y la tecnologia/ History of Science and Technology473Televisin prctica y sistemas de vdeo474Interaccin Electromagntica: Teora Clsica475 sistemas de telefonia486 comunication theory Dr. JSChiote481 Domtica para Viviendas y Edificios482Fisica y Quimica Aplicadas a la Informatica483 Toxicologa fundamental48

Indice de figuras

Indice tablas

ResumenLa ondas electromagneticas

INTRODUCCION

La aplicacin de las ondas electromagnticas en las telecomunicaciones representa la solucin tecnolgica de nuestra sociedad al problema que nuestros antepasados trataron de solucionar con seales de humo, hogueras, tambores, etc. Los sistemas actuales son conjuntos de equipos elctricos, electrnicos o electroopticos, as como dispositivos y accesorios, todos eslabonados por lneas fsicas o el espacio libre por donde se propagan las ondas que llevan la informacin. Estos dispositivos estn destinados a asegurar la prestacin de servicios de telecomunicaciones.Gracias a los incalculables esfuerzos realizados por intelectuales y actores de las telecomunicaciones a lo largo de la historia, el desarrollo econmico, social, cultural y poltico de la humanidad ha dependido siempre de las telecomunicaciones.Esta dependencia se ha multiplicado en la actual sociedad de la informacin.El acelerado avance de las tecnologas, el alto costo de estas y el lento desarrollo de la correspondiente normatividad son limitaciones para que las posibilidades de las telecomunicaciones estn al alcance de la mayora de la poblacin mundial.En este trabajo de investigacin daremos a conocer las aplicaciones de las ondas electromagnticas en las telecomunicaciones y sus efectos. Ya que estas repercuten en nuestras vidas diarias y en la sociedad.

1. TELECOMUNICACIONES

1.1 QU SON LAS TELECOMUNICACIONES?Es una forma de comunicacin a distancia que se realiza por medios electromagnticos. La Unin Internacional de Telecomunicaciones (ITU) define telecomunicacin como toda transmisin, emisin o recepcin de signos, seales, escritos, imgenes sonidos o informacin de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios pticos u otro sistema electromagntico.

Figura N1. Sistema de telecomunicacionesFuente:http://www.eveliux.com/mx/modelo-de-un-sistema-de-comunicaciones.php

1.2 QU SON LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS?Las ondas electromagnticas son sealesque oscilan; esto es, las amplitudes de los campos elctrico y magntico varan a una razn especfica. Las intensidades de campo fluctan hacia arriba y hacia abajo y las polaridades se invierten un nmero dado de veces por segundo. Las ondas electromagnticas varan senoidalmente. Su frecuencia se mide en ciclos por segundo (cps) o en Hertz (Hz). Estas oscilaciones pueden ocurrir a muy bajas frecuencias o a frecuencias extremadamente altas. El intervalo de seales electromagnticas que comprende a todas las frecuencias se llama espectro electromagntico.

Figura N 2. Onda ElectromagnticaFuente:http://www.unicrom.com/Tel_onda-electromagnetica.asp1.3 HISTORIA DE LAS TELECOMUNICACIONES La comunicacin entre seres humanos primitivos estaba limitada a encuentros cara a cara. La comunicacin a larga distancia problamente pudo realizarse mediante envo de seales simples con golpes de tambor, por el soplo de un cuerno o por seales de humo, y ms tarde haciendo ondear una bandera (semforos). Con esos mtodos, la distancias de transmisin estaban limitadas. Las seales enviadas desde una colina, montaa o cadena de torres muy altas, podran cubrir distancias de algunos kilmetros. Al repetir los mensajes de sitio en sitio podan alcanzarse an mayores distancias.La palabra escrita aumento la distancia a la que poda enviarse la comunicacin. Los mensajes y cartas eran transportados de un lugar a otro. Por muchos aos, la comunicacin de larga distancia estaba limitada al envo de mensajes verbales o escritos por medio de correos humanos, jinetes embarcaciones y ms tarde el ferrocarril.A finales del siglo diecinueve, las comunicaciones humanas dieron un salto dramtico cuando se descubri la electricidad y se exploraron sus diversas aplicaciones.Samuel Morse desarrollo en 1837 el primer sistema electrnico de comunicaciones. Uso la induccin electromagntica para transferir informacin en forma de puntos, rayas y espacios entre un transmisor y un receptor sencillo, usando una lnea de transmisin que consista en un tramo de conductor metlico. Llamo telgrafo a su invento. En 1876, Alexander Graham Bell y Thomas A. Watson fueron los primeros en transferir en forma exitosa la conversacin humana a travs de un sistema sencillo de comunicaciones con hilo metlico, al que llamaron telfono.Guglielmo Marconi transmiti por primera vez seales de radio, sin hilos, a travs de la atmosfera terrestre en 1894, y Lee Deforest invento en 1908 el trodo, o vlvula de vaco que permiti contar con el primer mtodo practico para amplificar las seales elctricas. La radio comercial comenz en 1920, cuando las estaciones de radio comenzaron a emitir seales de amplitud modulada (A.M.), y en 1933 el mayor Edwin Howard Armstrong invento la modulacin de frecuencia (F.M.). La emisin comercial de F.M. comenz en 1936.Tabla N 1. Eventos de la Historia de las TelecomunicacionesCundo?Quin?Qu?

1837Samuel MorseInvencin del telgrafo (patentado en 1844)

1876Alexander BellInvencin del telfono

1877Thomas A. EdisonInvencin del fongrafo

1879George EastmanInvencin de la fotografa

1887Heinrich Hertz Descubrimiento de las ondas de radio.

1887MarconiDemostracin de las comunicaciones inalmbricas

1923Vladimir ZworykinInvencin y demostracin de la televisin.

1940 1945Inglaterra, Estados UnidosInvencin y perfeccionamiento del radar (Segunda Guerra Mundial)

Cundo?Quin?Qu?

1958 1962Estados UnidosSe aprueba el primer satlite de comunicaciones

1975Estados UnidosPrimeras computadoras personales

1977Estados Unidos Se usa por primera vez el cable de fibra ptica.

1983Estados UnidosRedes telefnicas celulares.

1990Estados UnidosAdopcin general y crecimiento de las redes de computadoras, incluyendo redes en rea local (LANS). Uso del sistema de posicionamiento global (GPS) para navegacin por satlite.El internet y la Word Wide Wed.

Fuente:FRENZEL LOUIS E.2005. SISTEMAS ELECTRONICOS DE COMUNICACIONES. Edit. Alfaomega, Mxico. Pg. 3 4.1.1. TIPOS DE COMUNICACIONES ELECTRNICASLas comunicaciones electrnicas se clasifican en:1) Transmisiones en un sentido o una va (simplex) o en dos sentidos (full dplex o halfDplex) y 2) Seales analgicas o digitales.

1.1.1 Transmisiones en un sentido o una va (simplex)La forma ms sencilla en que puede conducirse una comunicacin electrnica es en un sentido, conocida como simplex. Enuna comunicacin simplex, la informacin viaja en una sola direccin. Ejemplos:La forma ms comn de comunicaciones simplex, es la radiodifusin de radio y televisin. La audiencia no responde. Otro ejemplo de comunicacin en una sola direccin son las transmisiones de radiolocalizacin a travs de un receptor personal, sistema de radiolocalizacin (beeper).

Figura N3. Va Simplex Fuente:http://frc-hramos.blogspot.com/

Full DplexLa mayora de las comunicaciones electrnicas son en dos direcciones o dplex. Ejemplo, la gente se comunica por telfono puede hablar y escuchar al mismo tiempo. Estas comunicaciones de transmitir y recibir se conocen como full dplex.

Figura N 4Full Duplex Fuente: http://frc-hramos.blogspot.com/

HalfDplexLa forma de comunicaciones en ambos sentidos, en el cual solo una de las partes puede transmitir a un tiempo, se conoce como half dplex. La comunicacin es ambos sentidos, pero las direcciones se alternan: La mayora de las transmisiones de radio, tales como las utilizadas en los servicios militares, de bomberos, policas, navegacin area, marina y otros, son comunicaciones en half dplex. La banda civil y las comunicaciones de los radio aficionados en general tambin son en half dplex. La mayor parte de los sistemas de intercomunicacin permiten solo a una de las partes transmitir cada vez.

Figura N5 Half Duplex Fuente: http://frc-hramos.blogspot.com/

1.1.3. Tipos de seales

Seales AnalgicasUna seal analgica es un voltaje o corriente que vara suave y continuamente.Una onda senoidal es una seal analgica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son seales analgicas que varan de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la informacin que se est transmitiendo.Seales DigitalesLas seales digitales, en contraste con las seales analgicas, no varan en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos. La mayora de las seales digitales utilizan cdigos binarios o de dos estados. Ejemplo, Las primeras formas de las comunicaciones tanto por lnea fsica como por radio, utilizaron un tipo de cdigo digital encendido apagado (on-off). El telgrafo utilizo cdigo Morse, con su sistema de seales corta y larga (puntos y rayas) para designar letras y nmeros.En la telegrafa por radio, tambin conocida como transmisin de onda continua, una seal de forma senoidal se conmuta en la forma encendido(esta) apagado (no est) por una duracin corta o larga para representar los puntos y las rayas. Los datos utilizados en las computadoras tambin son digitales. Los cdigos binarios que representan nmeros, letras y smbolos especiales se transmiten en forma serial por lneas, radio o un medio ptico. El cdigo digital ms comn utilizado en comunicaciones es el cdigo estndar americano para intercambio de la informacin (ASCIL, American Standart Code for InformationInterchange, pronunciado asqui).1.4. EL ESPECTRO DE ONDAS ELECTROMAGNTICOS EN LAS COMUNICACIONES

Los diversos tipos de ondas electromagnticas se registran en el espectro. En la figura se muestra el espectro electromagntico completo dando la frecuencia como las longitudes de onda. El espectro de frecuencia se subdivide en subsecciones o bandas. Cada banda tiene un nombre y sus lmites.El espectro total til de radiofrecuencias (RF) se divide en bandas de frecuencias ms angostas, a las que se dan nombres y nmeros descriptivos, y algunas de ellas se subdividen a su vez en diversos tipos de servicios. Estas designaciones se resumen como siguen: Frecuencias extremadamente bajas:( ELF), son seales en el intervalo de 30 a 300 Hz, y comprenden seales de distribucin elctrica (60 Hz) y las de telemetra de baja frecuencia.Generalmente se asocian a la voz humana. Los canales telefnicos normales tienen un ancho de banda de 300 a 3000 Hz, y con frecuencia se llaman canales de frecuencia de voz.Frecuencias muy bajas (VLF), son seales dentro de los lmites de 3 a 30 kHz, que comprenden al extremo superior del intervalo audible humano. Las VLF se usan en algunos sistemas especiales, del gobierno y militares, como por ejemplo las comunicaciones con submarinos.Frecuencias bajas (HF), son seales en el intervalo de 30 a 300 kHz. Y se usan principalmente en la navegacin marina y aeronutica.Frecuencia intermedias (MF), son seales de 300kHz a 3 MHz y se usan principalmente para emisiones comerciales de radio AM (535 a 1605 kHz).Frecuencias Altas (HF), seales en el intervalo de 3 a 30 MHz, con frecuencias llamadas ondas cortas. La mayora de las radiocomunicaciones en dos sentidos usa este intervalo y la voz de Amrica y la Radio Europa libre transmiten en l. Tambin los radios aficionados y la banda civil (CB), usan seales de HF.Muy altas frecuencias (VHF), son seales de 30 a 300 MHz, y se usan en radios mviles comunicaciones marinas y aeronuticas, emisin comercial en FM (88 a 108 MHz), y en la emisin de televisin de los canales de 2 a 13 (54 a 216 MHz).Frecuencia ultra altas (UHF), son seales entre los lmites de 300 MHz a 3 GHz, y las usan la emisin comercial de la televisin en los canales 14 a 83 en los servicios mviles de comunicaciones terrestres, telfonos celulares algunos sistemas de radar y de navegacin y los sistemas de radio por microondas y por satlites. Hablando generalidad se considera que las frecuencias mayores que 1 GHz son de microondas, y eso incluye al extremo superior del intervalo de UHF. Frecuencias sper altas (SHF), son seales de 3 a 30 GHz donde estn la mayora de las frecuencias que se usan en sistemas de radiocomunicaciones por microondas y satlites.Frecuencias extremadamente altas (EHF), son seales de 30 a 300 GHz y casi no se usan para radiocomunicaciones, a excepcin de aplicaciones muy complicadas, costosas y especializadas.Infrarrojo: Las frecuencias del infrarrojo son seales de 0.3 a 300 THz, y por lo general no se les considera como ondas de radio. Infrarrojo indica una radiacin electromagntica que en general, se asocia con el calor. Las seales infrarrojas se usan en sistemas de gua de proyectiles con blancos trmicos, o con la fotografa electrnica y la astronoma.Luz visible: En la luz visible se incluyen las frecuencias electromagnticas captadas por el ojo humano (0.3 a 3 PHz). Las comunicaciones con ondas luminosas se usan en los sistemas de fibra ptica, que en los ltimos aos han llegado a ser un medio principal de transmisin en los sistemas electrnicos de comunicaciones.Rayos ultravioleta, rayos x, rayos gamma y rayos csmicos: tienen poca aplicacin en las comunicaciones elctricas.

Figura N6. Espectro de Ondas ElectromagnticasFuente: http://radioaficionado.wordpress.com/2008/07/12/espectro-electromagnetico-desde-el-elf-hasta-rayos-cosmicos/

Tabla N2 Espectro Electromagntico Utilizado en las Telecomunicaciones.Nmero de la bandaRango de frecuenciaDesignacionesUsos

230 -300 HzELF 8 frecuencia extremadamente bajaNo se utiliza en radiofrecuencias.Telemetra

30.3 3 kHzVF( frecuencia de voz)Asociado a la voz humana

43 30 kHzVLF (frecuencias muy bajas)Comunicaciones gubernamentales y militares Ej.: comunicaciones con submarinos

530 -300 kHzLF (frecuencias bajas)Navegacin martima y aeronutica.

60.3 3 MHzMF( frecuencias intermedias)Emisiones comerciales de radio AM

73 30 MHzHF( frecuencias altas)Radiocomunicaciones en dos sentidos, tambin los radios aficionados y la banda civil.

830 300 MHzVHF (frecuencias muy altas)Televisin (canales 2 13), radio FM, radio mviles, comunicaciones martimas y aeronuticas

9O.3 3 GHzUHF(frecuencias ultras altas)Televisin (canales 14 83)Comunicaciones terrestres, celulares, sistema de radar y de navegacin, sistema de radio por microonda y por satlite.

103 30 GHzSHF (frecuencias sper altas)Radiocomunicaciones por microondas y satlites.

1130 300 GHzEHF (frecuencia extremadamente altas)No se utiliza en radiocomunicaciones.Radioastronoma y radar alta resolucin

120.3 3 THzLuz infrarrojaLas seales infrarrojos se usan en sistemas de gua de proyectiles con blancos trmicos y, la fotografa

133 30 THzLuz infrarroja

1430 300 THzLuz infrarroja

150.3 3 PHzLuz visibleLas comunicaciones con ondas luminosas se usan en los sistemas de fibra ptica.

163 30 PHzLuz ultravioletaTiene pocas aplicaciones en las comunicaciones electrnicas.

Nmero de la bandaRango de frecuenciaDesignacionesUsos

1730 300 PHzRayos XPara el diagnostico en la medicina y tratamiento de cncer.Tiene pocas aplicaciones en las comunicaciones electrnicas.

180.3 3 EHzRayos gammaEsterilizacin de equipos mdicos, para exterminar bacterias insectos, medicina nuclear.

193 30 EHzRayos csmicosTiene pocas aplicaciones

Fuente: TOMASI WAYNE .2003 SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES ELECTRONICAS. Edit. Pearson Educacin, Cuarta Edicin Mxico, pg. 5 y 6.

2. COMUNICACIN DE LUZ VISIBLE (VCL)

Las VLC son una modalidad de las comunicaciones pticas que lleva investigndose ms de 100 aos y que se basa en transmitir datos a frecuencias de entre 400 y 800 THz (es decir, en el espectro visible) en espacio abierto.La idea inicial es simple a la par que potente. Se trata de lograr transmitir informacin con elementos de iluminacin (bombillas) al mismo tiempo que se da luz a una sala, y todo ello sin necesitar complejas infraestructuras o dispositivos, solo con un transmisor y receptor de VCL.2.1. LA LUZ VISIBLELa luz visible es la forma en que la radiacin electromagntica con longitudes de onda en un rango particular es interpretada por el cerebro humano. La luz visible es compuesto por ondas electromagnticas visualmente perceptibles. El espectro visible abarca longitudes de onda de 380 nm a 750 nm. Nm = nanmetro.El espectro visible: Muestra para cada longitud de onda el tono de color asociado segn la percepcin de los seres humanos.En el extremo inferior del espectro hay tonos de violeta-azulado y la luz en el otro extremo del espectro se interpreta para ser claramente rojo. Tenga en cuenta que existen algunos animales cuya visin se funde en el ultravioleta ( 750 nm).

Figura N 7. Longitud de onda (en nanmetros)2.2. HISTORIA DE LA COMUNICACIN CON LUZ VISIBLE

La idea de utilizar la luz visible para la transmisin de datos no es del todo nueva. Faros son empleados para ayudar a los barcos a navegar por las zonas costeras peligrosas mediante el envo de vigas de luz en intervalos peridicos. El "Faro de Alejandra" fue sin duda la primera torre que serva de faro y fue una de las Siete Maravillas del Mundo. Su construccin se remonta al ao 300 a.C. El primer intento sofisticado de aprovechar la luz visible para la transmisin de los datos se llev a cabo por el cientfico e inventor escocs Alexander Graham Bell quien se le atribuye la invencin de entre otros dispositivos al fotfono.

El fotfono era un dispositivo que permite transmitir datos sobre los rayos de luz del sol y se termin en febrero de 1880 por Bell y su asistente Charles Tainter.

Figura N 8. Marcha de los rayos luminosos en el fotfono de articulacin.

2.3. TECNOLOGA APLICADA EN LA VCL

2.3.1. Transmisores:

Cada tipo de fuente de luz tericamente se puede utilizar como dispositivo de transmisin de VLC. Sin embargo, algunos son ms adecuados que otros. Por ejemplo, las luces incandescentes son poco eficientes ya que el 95% de la electricidad que consume la transforma en calor y solo el 5% restante en luz, por lo tanto no se recomienda como transmisores de VCL a la luz fluorescente, pero el Led por su mayor velocidad de transmisin de datos ahora es usado ms que la luz fluorescente.

Figura N 10. LedsFigura N 9. Luz fluorescente

2.3.2. Receptores:

Figura N 11. FotodiodoLa opcin ms comn de los receptores son fotodiodos que convierten la luz en impulsos elctricos. La seal recuperada de esta manera puede entonces ser desmodulado en datos reales.

2.4. Ventajas y Desventajas de la aplicacin de VCL

Esta tecnologa tiene numerosas ventajas, la primera es que no satura la parte del espectro usado actualmente por otros sistemas como WiFi en sus diferentes versiones, ya que usa luz visible. Adems, la informacin llega por el haz de luz de los LEDs, con lo que podemos o bien crear un haz disperso que proporcione una cobertura amplia o bien un haz muy fino que ilumine pequeas regiones y transmita datos de forma ms direccional. Tambin se puede usar para transmitir grandes volmenes de datos entre equipos o a dispositivos multimedia. Por ejemplo suponemos que queremos enviar un vdeo del mvil a un televisor de forma rpida o copiarlo a un disco duro de red. Bastara con apuntar el telfono al televisor o al disco duro durante unos segundos, como ahora hacemos con el mando a distancia para cambiar de canal.

Sin embargo, no todo son ventajas. El principal inconveniente de la tecnologa es su reducido alcance, que se sita en unos pocos metros (tpicamente unos 5 metros) y que la cobertura se corta cuando un objeto se interpone en el haz de luz, pues la luz visible no puede atravesar materiales slidos.

3. MEDIOS DE TRANSMICIN

Son una parte fundamental de las redes de cmputo. Estn constituidos por las enlaces que interconectan los diferentes equipos de red y a travs de ellos e transporta la informacin desde un punto a otro de la propia red. De acuerdo con su estructura fsica, los meios de transmisin se clasifican en almbricos pticos y electromagnticos.

3.1. MEDIOS ALMBRICOS

Son conocidos como cableado de la red. ste se refiere al medio fsico (por lo general lneas de cobre) que se usa para conectar entre si las estaciones de trabajo de los usuarios y con otros dispositivos o nodos de la red apra conseguir el intercambio de informacin entre todos los elementos de la red.

La eleccin de medio almbrico depende de varios factores: Tipo de ambiente donde se va a instalar. Tipo de equipo por conectar. Tipo de aplicacin y requerimiento Capacidad econmica (relacin esperada, costo/beneficio)

En el mercado existen dos tipos: el par trenzado y el cable coaxial.

3.1.1. El par trenzado

Es un cable tipo telefnico es el medio ms utilizado. Est constituido por dos conductores de cobre forrados con plstico, torcidos entre s y protegidos por una cubierta aislante tambin de plstico.La torsin sirve para reducir la interferencia elctrica proveniente de lneas cercanas y evitar la induccin de campos electromagnticos.

3.1.2. El cable coaxialSu configuracin, as como la malla de cobre que va antes de la cubierta externa, le dan caractersticas especiales que lo hacen mucho ms robusto frente a las interferencias de ruido, y presenta menor atenuacin que el par trenzado. La malla metlica, adems de servir de proteccin absorbiendo las seales parsitas e impidiendo que distorsionen la informacin que se transmite, constituye un polo de lnea; el otro polo lo asume el conductor central.

El cable coaxial es una gran eleccin si se desea cubrir grandes distancias y obtener confiabilidad en la transmisin, sin necesidad de equipos sofisticados, a altas velocidades de transmisin.

3.1.3. Comparacin Entre el Par Trenzado y Cable Coaxial:a) VENTAJA- Gran ancho de banda.- Menor radiacin electromagntica.- Ms difcil de interceptar.

b) DESVENTAJAS No tiene la adaptabilidad del par trenzado. Es ms caro. Su instalacin requiere ms tiempo. Es ms pesado

3.2. MEDIO PTICO

3.2.1. QU ES UN SISTEMA PTICO DE TELECOMUNICACIONES?

Es un sistema electrnico que usa luz como portador de informacin. Sin embargo, es complicado e imprctico propagar ondas luminosas por la atmsfera terrestre. Por ello existe un sistema ptico de telecomunicaciones con fibra ptica, stos usan fibras de vidrio o de plstico, donde las ondas luminosas son guiadas como las ondas electromagnticas son guidas en un gua de ondas.

3.2.2. LA FIBRA PTICA

ANTECEDENTES:En 1880, Alexander Graham Bell, invent el fotfono. El fotfono era un dispositivo formado con espejos y detectores de selenio, que transmita ondas sonoras sobre un rayo de luz; pero debido a ser malo, nada confiable y no tena explicacin prctica, no tuvo acogidaDesde el ao 1930, se trabaj con fibra ptica pero hasta antes de 1980 no tena resultados tan satisfactorios, pues la prdida de informacin era en un comienzo 1000dB/km, luego se desarrollaron fibras con prdidas menores que 2 dB/km. Fue el gran avance necesario para permitir los sistemas prcticos de comunicaciones con fibra ptica. A fines de 1980 las prdidas de informacin en la fibra ptica se redujeron a 0.16 dB/km.La fibra ptica se cre debido a que es imprctica la transmisin de ondas luminosas a travs de cualquier distancias til a travs de cualquier atmosfrica terrestre, porque el vapor de agua, el oxgeno y las partculas en el aire absorben y atenan las seales en frecuencias luminosas. En consecuencia, el nico tipo prctico de comunicaciones pticas es el que usa gua de fibra.GUA DE ONDAS:Es una estructura fsica o tubo conductor hueco, por lo general de corte transversal rectangular pero tambin puede ser circular o elptico; donde la energa electromagntica se propaga reflejndose y rebotando en las paredes de este conductor, y su trayectoria es en zigzag.

FRECUENCIA PORTADORA:Es aquella frecuencia generada por las oscilaciones elctricas de un trasmisor.

Esta forma de usar luz como portadora de informacin se puede explicar de la siguiente manera: Una fibra ptica es un finsimo hilo de vidrio muy puro (aunque tambin se construyen de plstico, por economa) con un dimetro entre 5 o 10, los antiguos eran de 5. Para que se pueda manejar, al fabricarlos se rodean de ms vidrio o plstico, pero estas envolturas no son lo que conducen la luz. De hecho las dos partes de la fibra se construyen a propsito con un ndice de refraccin diferente, para que si la luz intenta salir, el vidrio de afuera acte como un espejo y vuelva a meter el rayo para adentro (su ndice de refraccin hace que la luz se refleje y no salga al exterior). Externamente, se pone un recubrimiento para proteccin mecnica, para que no se estropee.

En la imagen izquierda se muestra una fibra con sus partes: a) ncleo (vidrio), b) revestimiento (vidrio) y c) cubierta (plstico).En la imagen derecha se observa al cable de fibra ptica con consta con una parte exterior que se muestra en la imagen d) envoltura.

La fibra ptica permite transmitir comunicaciones a cientos de kilmetros sin necesidad de convertirla en electricidad para amplificarla, pues ya existen amplificadores pticos. La cantidad de informacin que se puede transferir es muy grande.4. CARACTERSITCAS DE LA FIBRA PTICA

Las comunicaciones a travs de este medio tienen varias ventajas a comparacin de las instalaciones convencionales de cable metlico o coaxial.

La fibra que se emplea en las redes de cmputo es sumamente delgada, ligera, fuerte. Debido a su ligereza se puede acomodar en ductos muy congestionados que no admiten el dimetro y el peso de otros cables.

Ventajas de los sistemas de la fibra ptica:A) Mayor capacidad de informacin, esto se debe a su ancho de banda que es extremadamente grande. Se pueden conseguir con anchos de banda de hasta de 10 GHz, esto se debe a que la fibra ptica permite la multiplexacin de mltiples seales en la misma fibra, utilizando diferente frecuencias portadoras (FDM), de esta manera se incrementa la capacidad de transmisin. Tambin se adapta a todos los estndares y velocidades de la red.B) Inmune a la diafona, es cuando una seal que pertenece a un circuito, aparece a en otro circuito, siendo el perturbador y perturbado, respectivamente; las fibra de vidrio o plstico no son conductores de electricidad, por ello, no tienen campos magnticos asociados con ellas debido a la induccin magntica. Las fibras no son conductoras y por ello no propagan descargas elctricas hacia los servidores o el equipo de la red.C) Inmune a la interferencia esttica; ya que la seal se transmite mediante fotones en lugar de electrones, eso infiere a que no exista interferencia electromagntica, o sea, existe ausencia total del ruido y por ende no existirn errores de trasmisin.D) Inmune a las condiciones climticas externas, los cables pticos funcionan dentro de las variaciones ms amplias de temperatura y son menos afectados por los lquidos y gases corrosivos.E) Fcil instalacin, esto se debe a que el tamao y peso utilizados en la fibra ptica es muy pequeo, disminuyendo el costo d la misma y su mantenimiento.F) Seguridad, al no radiar energa al exterior resulta muy improbable la deteccin de la seal que est siendo transmitida. Siendo necesario para ello inferir en el sistema, algo bastante difcil de hacer sin que sea detectado, pues para ello habra de interrumpir el enlace durante un largo perodo de tiempo. sta cualidad hace tractiva a las fibras pticas para las aplicaciones militares.G) Tienen pocas prdidas de potencia, debidas fundamentalmente a la absorcin de la seal y no a la radiacin. Por lo que se pueden conseguir enlaces de varias decenas de kilmetros sin necesidad de usar amplificadores de seal.

Desventajas de los sistemas de fibra ptica

A) Deterioro, debido a diversos cambios climticos se pueden producir fisuras en la cubierta protectora, puede penetrar la humedad en el interior del cable y deteriorar la fibra, para protegerla, se rellena el interior con un gel que evita la entrada de agua en el mismo.B) Resistencia, las fibras pticas de por s tienen una resistencia bastante menor que los cables coaxiales. Esto se puede mejorar recubriendo la fibra con Kevlar normal y una chaqueta protectora de PVC.C) Costoso, puede resultar muy costoso en la instalacin del equipo y para una explotacin adecuada se necesita capacitar al personal. Las fibras pticas son unidireccionales y el costo de las tarjetas de red y dems equipo es mucho mayor que el de sus equivalentes elctricos. TRANSMICIN POR FIBRA PTICA

La transmisin de fibra ptica requiere de tres elementos esenciales: una fuente de luz, la fibra como medio de transmisin y un detector de luz en el receptor. La figura ilustra los componentes de un sistema ptico para la transmisin de datos. El sistema enva los bits de la seal de datos como estados, prendido o apagado, de un rayo de luz. Esta luz (con longitud de onda 1.3 a 1.5 m) la genera en el transmisor un lser o un diodo emisor de luz, DEL (en ingls es conocido como LED, Light EmittingDiode). La luz se desplaza dentro de la fibra sin fugas debido a las propiedades de reflexin y refraccin de su revestimiento, el cual se fbrica en forma de tnel. Tanto el lser como el DEL emiten luz cuando se aplica voltaje a sus terminales. El detector es un fotodiodo que genera un impulso elctrico en el momento de recibir un rayo de luz.

Para el caso de redes con fibra ptica, el medio de transmisin es un fibra ultradelgada de vidrio (dixido de silicio de alta pureza) construida con la tecnologa de la tercera generacin de fibras pticas. Esta tecnologa representa una excelente solucin al problema de dispersin de los pulsos que se produce en las fibras de primera y segunda generacin.

Para la transmisin de informacin en redes locales va fibra ptica, se deben utilizar dos fibras para instrumentar un circuito dplex completo; por una se transmite en un sentido y por la otra en sentido contrario.

Fibra Monomodo:Si en las fibras pticas el dimetro del ncleo (entre 1 y 10 m) es similar a la longitus de onda, slo un rayo de luz o modo puede viajar a travs de ella. Esta solucin proporciona un gran ancho de banda (100 GHz/km). Las fibras monomodo se emplean normalmente en enlaces a larga distancia. Fibra MultimodoEl dimetro del ncleo tiene que ser muy superior (de 50 a 125m) a la longitud de onda de la seal luminosa a transmitir. Esta seal, que entra por un extremo de la fibra con diferentes ngulos, se ve refractada innumerables veces en su camino hacia el otro extremo, llegando, por tanto, con diferentes fases. Los diferentes ngulos de entrada dan lugar a los distintos modos, de ah la denominacin fibra multimodo".

Herrera. 2003. Tecnologa y Redes de Transmisin de Datos. Editorial LIMUSA S.A. de C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES. Mxico. Primera Edicin. Pg. 81-87 Tomasi. 2003. Sistemas de Comunicaciones Electrnicas. Editorial Prentice Hall. Mxico. Cuarta Edicin. Pg. 422-424 Jos Manuel Huidobro. 2003. Manual de Telecomunicaciones. Editorial RA-MA. Espaa. Primera Edicin. Pg. 12-14, 30, 60-61 BIBLIOGRAFA Fuente: ANTUNEZ DE MAYOLO, CARLOS. 2009 TECNOLOGIAS DE TELECOMUNICACIONES POR SATELITES. Edit. Universidad A las Peruanas. Segunda Edicin Lima Per, pg. 29. LOUIS E. FRENZE..2005 SISTEMAS ELECTRONICOS DE TELECOMUNICACIONES. Edit. Alfaomega, Mxico, pag.15. Fuente: ANTUNEZ DE MAYOLO, CARLOS.2009 TECNOLOGIAS DE TELECOMUNICACIONES POR SATELITES. .Edit. Universidad Alas Peruanas .Segunda Edicin Lima Per, , pg. 29. TOMASI WAYNE .2003 SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES ELECTRONICAS. Edit. Pearson Educacin, Cuarta Edicin Mxico, pg. 1. LOUIS E. FRENZEL..2005 SISTEMAS ELECTRONICOS DE TELECOMUNICACIONES. Edit. Alfaomega, Mxico, pag.7 - 10TOMASI WAYNE .2003 SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES ELECTRONICAS. Edit. Pearson Educacin, Cuarta Edicin Mxico, pg. 4 - 6.MICROONDASSe denomina as la porcin del espectro electromagntico que cubre las frecuencias entre aproximadamente 3 GHz y 300 GHz (1 GHz = 10^9 Hz), que corresponde a la longitud de onda en vaco entre 10 cm. y 1mm.La propiedad fundamental que caracteriza a este rango de frecuencia es que el rango de ondas correspondientes es comparable con la dimensin fsicas de los sistemas de laboratorio; debido a esta peculiaridad, exigen un tratamiento particular que no es extrapolable de ninguno de los mtodos de trabajo utilizados en los mrgenes de frecuencias con que limita.Las microondas se parecen, en muchos sentidos, a las ondas de radio, pero son ms difciles de generar, ya que se requieren dispositivos electrnicos especiales, como el Magnetrn o Klystrns. A diferencia de la onda corta, las microondas pueden focalizarse en forma de potentes radiaciones, sumamente direccionales. En su interaccin con la materia, su energa puede ser reflejada, como ocurre cuando inciden sobre superficies metlicas, transmitida con poca prdida de energa en medios transmisores, como el vidrio, o absorbida por la materia irradiada, lo que origina un aumento de temperatura en sta.Dispositivos De Microondas La ingeniera de microondas/milimtricas tiene que ver con todos aquellos dispositivos, componentes y sistemas que trabajen en el rango frecuencial de 300 MHz a 300 GHz; debido a tan amplio margen de frecuencias, tales componentes encuentran aplicacin en diversos sistemas de comunicacin. Ejemplo tpico es un enlace de Radiocomunicaciones terrestre a 6 GHz en el cual detrs de las antenas emisora y receptora, hay toda una circuitera capaz de generar, distribuir, modular, amplificar, mezclar, filtrar y detectar la seal. Otros ejemplos lo constituyen los sistemas de comunicacin por satlite, los sistemas radar y los sistemas de comunicacin mviles, muy en boga en nuestros das.

Generacin De Microondas Existen 2 formas para la generacin de Microondas, las cuales son:1. Dispositivos basados en tubos de vacoOperan teniendo en cuenta el movimiento balstico de un electrn en el vaco bajo la influencia de campos elctricos o magnticos, entre los que se incluyen el magnetrn, el Klistrn, el TWT y el girotrn.

Magnetrn: bsicamente consiste en un cilindro metlico, en el que hay dispuestas de forma radial una serie de cavidades resonadoras, que se comunican con una cavidad central mayor, en cuyo eje existe un filamento metlico de titanio. Esta vlvula fue desarrollada originalmente a partir de la vlvula Klystron.

Klystron: es un tubo de electrones usado como amplificador de microondas o como oscilador. Es un tubo de microondas de haz lineal en el que la velocidad de modulacin es aplicada a un haz de electrones para as producir amplificacin.Los Klystron multicavidad se usan cuando se requiere una alta potencia. Los transmisores usados por la DSN contienen normalmente 7 cavidades, y han de ser sintonizadas para un cierto rango de frecuencias. Adems, dado que los Klystrons son dispositivos trmicos, requieren un tiempo de calentamiento de entre 10 y 30 minutos antes de poder transmitir.

Un tubo de onda progresiva (TWT por Trvelin-Wave Tube): es un dispositivo electrnico usado para amplificar seales de radio frecuencia (RF) mediante un montaje electrnico llamado amplificador de tubo de onda progresiva (TWTA). Los TWT pueden ser de banda estrecha o de banda ancha, siendo estos ltimos los ms comunes, llegando hasta una octava. El rango de frecuencias se encuentra comprendido entre los 300 MHz hasta los 50 GHz. La ganancia de tensin del tubo puede llegar hasta los 70 decibeles.

2. Dispositivos de estado slido: Semiconductores de silicio o arsenuro de galio, e incluyen transistores de efecto campo (FET), transistores de unin bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT.

Arsenuro de Galio: Es el semiconductor ms utilizado de este tipo y su uso en aplicaciones de alta frecuencia y alta velocidad se basa en la mayor movilidad de los electrones en este material que en el Silicio. De hecho puede tener una movilidad 4 veces mayor para el mismo campo elctrico aplicado.

Transistores de Efecto Campo (FET): El Transistor de Efecto de Campo o FET de Microondas comparte el rango de frecuencias con los transistores bipolares, aunque con una ganancia netamente superior y una Figura de Ruido inferior. Es el dispositivo ms comn, por ejemplo, en circuitos de consumo como la LNB de recepcin de TV satlite en la banda Ku.

Transistores de Unin Bipolar (BJT): Son habitualmente usados en RF, pero es ms problemtica su extensin a las frecuencias de microondas, por las limitaciones que impone su estructura, sobre todo por sus altas capacidades que reducen la ganancia con la frecuencia.

Diodos Gunn: este tipo de diodo es similar al diodo tunnel ya que tambin entra en los semiconductores osciladores de resistencia negativa. El efecto fue descubierto por Gunn en 1963. Se trata de un generador de microondas, formado por un semiconductor de dos terminales que utiliza el llamado efecto Gunn.El efecto GUNN es un instrumento eficaz para la generacin de oscilaciones en el rango de las microondas en los materiales semiconductores. Los diodos Gunn son usados para construir osciladores en el rango de frecuencias comprendido entre los 10 Giga Hertz y frecuencias an ms altas (hasta Tera Hertz). Este diodo se usa en combinacin con circuitos resonantes construidos con guas de ondas, cavidades coaxiales y resonadores YIG.

Diodos IMPATT: Este tipo de diodo permite oscilaciones en rango de frecuencias altas, pueden operar desde los 3GHz hasta ms all de los 100GHz. Su construccin se basa en la tpica unin p-n y del efecto de avalancha, esto conduce a una resistencia negativa que permite utilizar el diodo en modo amplificador o en modo oscilador. Es utilizado para la generacin de microondas en radares de seguridad domiciliaria.

Transmisin Sin CableCuando se piensa en comunicacin de datos generalmente se piensa en comunicacin a travs de cable, debido a que la mayora de nosotros tratamos con este tipo de tecnologa en nuestro da a da. Haciendo a un lado las complicadas redes cableadas tambin tenemos la llamada COMUNICACIN INALMBRICA muy comnmente a nuestro alrededor. La Comunicacin de datos inalmbrica en la forma de microondas y enlaces de satlites son usados para transferir voz y datos a larga distancia. Los canales inalmbricos son utilizados para la comunicacin digital cuando no es econmicamente conveniente la conexin de dos puntos va cable; adems son ampliamente utilizados para interconectar redes locales (LANS) con sus homologas redes de rea amplia (WANS) sobre distancias moderadas y obstculos como autopistas, lagos, edificios y ros. Los enlaces va satlite permiten no solo rebasar obstculos fsicos sino que son capaces de comunicar continentes enteros, barcos, rebasando distancias sumamente grandes. Los sistemas de satlites y de microondas utilizan frecuencias que estn en el rango de los MHz y GHz, usualmente utilizan diferentes frecuencias para evitar interferencias pero comparten algunas bandas de frecuencias. Comunicacin Va Microondas Bsicamente un enlace va microondas consiste en tres componentes fundamentales: El Transmisor, El receptor y El Canal Areo. El Transmisor es el responsable de modular una seal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, El Canal Areo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de capturar la seal transmitida y llevarla de nuevo a seal digital. El factor limitante de la propagacin de la seal en enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, adems esta distancia debe ser libre de obstculos. Otro aspecto que se debe sealar es que en estos enlaces, el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mnima sobre los obstculos en la va, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas.

Ventajas de los enlaces microondas Ms baratos Instalacin ms rpida y sencilla. Conservacin generalmente ms econmica y de actuacin rpida. Puede superarse las irregularidades del terreno. La regulacin solo debe aplicarse al equipo, puesto que las caractersticas del medio de transmisin son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo. Puede aumentarse la separacin entre repetidores, incrementando la altura de las torres.Desventajas de los enlaces microondas Explotacin restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces( necesita visibilidad directa) Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer. Las condiciones atmosfricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseo.

Aplicaciones De Las MicroondasSin duda podemos decir que el campo ms valioso de aplicacin de las microondas es el, ya mencionado, de las comunicaciones, desde las que pudiramos denominar privadas, pasando por las continentales e intercontinentales, hasta llegar a las extraterrestres. En este terreno, las microondas actan generalmente como portadoras de informacin, mediante una modulacin o codificacin apropiada. En los sistemas de radar, cabe citar desde los empleados en armamento y navegacin, hasta los utilizados en sistemas de alarma.En el campo mdico y biolgico se utilizan las microondas para la observacin de cambios fisiolgicos significativos de parmetros del sistema circulatorio y respiratorio.

Comunicacin va MicroondasConstituyen una de las formas ms eficientes de transmisin de seales en el espacio libre por la cantidad de canales que pueden ser transportados, debido a un ancho de banda ptimo para llevar a cabo procesos de telecomunicaciones terrestres. La clasificacin de seales microondas se subdividen en bandas de operacin, tenindose un amplio rango de bandas por los cuales se puede llevar a cabo procesos de comunicacin.Figura 1. Bandas de comunicacin por microondas

Para un tipo de comunicacin Dplex, en dos sentidos, normalmente utilizada entre estaciones va Microondas. La banda por la cual se est llevando a cabo el proceso de comunicacin es dividida en 2; Banda baja y Banda alta. En una estacin de radio el transmisor se comunica mediante la banda baja o alta y el receptor lo hace mediante la contraria. RadarSistema que utiliza seales electromagnticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades. Su funcionamiento se basa en la emisin de una seal electromagntica, que se reflejara en el objeto en cuestin para recibir este impulso en el equipo y extraer la mayor cantidad de informacin.Sus principales aplicaciones se dan en las reas de meteorologa, control de trfico areo y terrestre y usos militares.Microondas Terrestres En los sistemas de microondas terrestres se emplea una propagacin en la lnea de vista en la que se dispone de una antena parablica que debe estar perfectamente orientada con la antena receptora. Para conseguir transmisiones a larga distancia se conectan distintos enlaces punto a punto entre antenas situadas en torres adyacentes hasta cubrir la distancia deseada.Este tipo de microondas se emplean en servicios de telecomunicacin para transmitir televisin y voz alargas distancias. La banda de frecuencias est comprendida entre 1 y 40GHz. Cuanto mayor sea la frecuencia mayor es el ancho de banda potencial para los canales que se definen y, por lo tanto mayor es la velocidad de transmisin que es posible alcanzar. En este tipo de ondas la atenuacin aumenta con la lluvia y masas de agua, incluido los seres vivos (ejemplo zonas muy pobladas), siendo este efecto especialmente significativo para frecuencias por encima de 10GHz. La banda de 12GHz es empleada para la transmisin por cable. Frecuencias superiores tienen mayor atenuacin por lo que son empleadas para la transmisin a cortas distancias.Microondas por satlite Un satlite de comunicaciones es esencialmente una estacin que retransmite microondas. Se usa como enlace entre dos o ms receptores/transmisores terrestres, denominadas estaciones base. El satlite recibe la seal en una banda de frecuencia (canal ascendente), la amplifica o repite, y posteriormente la retransmite en otra banda de frecuencia (canal descendente). Cada uno de los satlites geoestacionarios ( esto quiere decir que el satlite completa una rbita terrestre cada 24 horas, en sincrona con la rotacin del planeta, as que desde la superficie parece mantener una posicin estacionaria) operar en una serie de bandas de frecuencias llamadas transponder chaneles o simplemente transponder. La figura 2. muestra dos configuraciones usuales en las comunicaciones va satlite. En la primera de ellas, el satlite se utiliza para proporcionar un enlace punto apunto entre dos antenas terrestres alejadas entre s. En la segunda, el satlite se usa para conectar una estacin base transmisora con un conjunto de receptores terrestres. Para que un satlite de comunicaciones funcione con eficacia, generalmente se exige que se mantenga una rbita geoestacionaria. Si no fuera as, no estara constantemente alineado con las estaciones base. El satlite, para mantenerse geoestacionario, debe tener un periodo de rotacin igual al de la tierra y esto slo ocurre a una distancia de 35,784 Km.Si dos satlites utilizaran la misma banda de frecuencias y estuvieran suficientemente prximos, podran interferir mutuamente. Para evitar esto, los estndares actuales exigen una separacin mnima de 40(desplazamiento angular medido desde la superficie terrestre) en la banda 4/6 GHz, y una separacin de al menos de 30a 12/14 GHz. Por lo tanto, el nmero mximo de posibles satlites est bastante limitado.

Figura 2. Distintas configuraciones de comunicaciones va satlite

Se puede observar que las ondas microondas tienen una gran funcionalidad para el ser humano, ayudando en tareas desde el hogar hasta avanzados sistemas de telecomunicaciones. En telecomunicaciones es esencialmente importante el uso de sistemas que utilizan microondas puesto que se evita la necesidad de formar instalaciones fsicas para el transporte de informacin, evitando la destruccin de grandes extensiones de bosque para llevar a cabo estos procesos. Adems mediante la utilizacin de este tipo de seales, al utilizar seales de corta longitud de onda las antenas que se deben utilizar son relativamente pequeas.

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COMUNICACIN POR INFRARROJOS

LA RADIACIN INFRARROJA: La radiacin infrarroja (IR) es una radiacin electromagntica cuya longitud de onda comprende desde los 760-780 nm, limitando con el color rojo en la zona visible del espectro, hasta los 10.000 o 15.000 nm (segn autores), limitando con las microondas.La Comisin Internacional de Iluminacin ha establecido tres bandas en el IR: IRA: 780-1,400 nm IRB: 1.400-3.000 nm IRC: 3.000-10.000 nm

Dentro del espectro electromagntico, la radiacin infrarroja se encuentra comprendida entre el espectro visible y las microondas. Las ondas infrarrojas tienen longitudes de onda ms largas que la luz visible, pero ms cortas que las microondas; sus frecuencias son menores que las frecuencias de la luz visible y mayores que las frecuencias de las microondas.

PRODUCCIN DE INFRARROJOS

Los IR se produce por los cuerpos calientes ya que se deben a cambios en los estados de energa de electrones orbitales en los tomos o en los estados vibracionales y rotacionales de los enlaces moleculares. Todos los objetos a temperatura superior al cero absoluto (-273 C) emiten radiacin IR. La cantidad y la longitud de onda de la radiacin emitida dependen de la temperatura y la composicin del objeto considerado.

COMUNICACIN CON INFRARROJOS

Al hablar de comunicacin inalmbrica lo primero que se piensa es en seales de radio. Sin embargo, olvidamos que nos comunicamos habitualmente con equipos electrnicos utilizando una tecnologa que se ha vuelto muy comn, extremadamente sofisticada y eficaz: las comunicaciones mediante infrarrojos. Como por ejemplocuando se opera un control remoto, lo que uno hace es comunicarse por medio de luz en la gama de los infrarrojosUn enlace de este tipo puede servir, por ejemplo, para enviar datos a unrobot desde sensores, establecer y detectar balizas en el entorno, comunicar varios robots entre s, o para que una persona d rdenes utilizando un aparato convencional de control remoto (como el de su TV).

Figura. Ejemplos de sistemas infrarrojos de comunicaciones inalmbricas. (a) Terrestre, (b) tierra-aire, (c) entre dispositivos de computo, (d) tierra-satlite, (e) aire-submarino, (f) Inter-satelital

CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS INFRARROJOS DE COMUNICACIONES.En general los sistemas de comunicaciones infrarrojos ofrecen ventajas significativas respecto a los sistemas de radio frecuencia. Al utilizar luz, los sistemas Infrarrojos de comunicaciones cuentan con un canal cuyo potencial de ancho de banda es muy grande y no estn regulados en ninguna parte del planeta.Adems, los sistemas infrarrojos de comunicaciones son inmunes a interferencias y ruido de tipo radioelctrico. Como la luz infrarroja no puede atravesar paredes, es posible (en comunicaciones interiores) operar al menos un enlace (celda) en cada cuarto de un edificio sin interferencia con los dems, permitiendo as una alta densidad de reso del sistema, obtenindose una gran capacidad por unidad de rea. Aunque los sistemas infrarrojos son inmunes al ruido e interferencias de tipo radioelctrico, stos sufren de degradaciones causadas por el ruido infrarrojo existente en ambientes exteriores e interiores, proveniente principalmente del sol y de fuentes de luz fluorescente e incandescente.

El ruido infrarrojo, junto con las prdidas de propagacin limita el alcance de los sistemas infrarrojos, debido a que la relacin seal a ruido (S/N) en el receptor disminuye a medida que nos alejamos del transmisor, o a medida que aumentamos el ngulo de visin en el detector.Una forma de mejorar la relacin S/N es aumentando la potencia de la seal transmitida. En ambientes interiores la potencia pudiera ser aumentada hasta niveles muy grandes sin que esto cause problemas de interferencia en celdas vecinas, pero hay dos aspectos que limitan la potencia del transmisor: uno es el suministro limitado de energa por parte de la batera (en un sistema porttil), y el otro es referente a la seguridad ocular de los usuarios y dems personas que deambulan en el rea de cobertura.

CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS INFRARROJOS.En general, los sistemas IR se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios.

El primero criterio es el grado de direccionalidad del transmisor y del receptor, as podemos encontrar enlaces dirigidos y enlaces no dirigidos. Los enlaces dirigidos emplean transmisores y receptores altamente direccionales, los cuales deben apuntar uno al otro o hacia un rea comn (generalmente en el techo) para establecer el enlace. Mientras que, en los enlaces no dirigidos se emplean transmisores y receptores de gran ngulo, disminuyendo as la necesidad de tal apuntamiento.En los enlaces directos se maximiza la eficiencia de potencia, ya que sta se dirige en un rango muy pequeo de direcciones, y por lo mismo se minimizan las prdidas de propagacin y la recepcin de ruido causado por la luz ambiental. Al ser mnima la necesidad de apuntamiento, en un enlace no dirigido se facilita su reconfiguracin. Es posible establecer enlaces hbridos, en los cuales, se combinan transmisores y receptores con diferente grado de direccionalidad.

El segundo criterio de clasificacin est relacionado con la existencia o no de una lnea de vista entre el transmisor y el receptor. En los enlaces de lnea de vista, la luz emitida por el transmisor llega directamente al receptor, y en los enlaces sin lnea de vista, la luz que sale del transmisor llega al receptor generalmente despus de haberse reflejado difusamente en una o varias superficies. Figura. Clasificacin de los sistemas infrarrojos de acuerdo a la direccionalidad del TX y del RX, y a la existencia o no de una lnea de vista entre ellos

Sistemas IR punto a punto.

Figura. Posible panorama de una red de satlites interconectados mediante enlaces infrarrojos.En un enlace punto a punto, el transmisor concentra su potencia en una pequea regin del espacio, por lo cual, para una potencia dada, este sistema es el que mayor distancia puede alcanzar. De una manera parecida, el receptor capta luz infrarroja solo de una pequea regin del espacio, producindose as un mnimo de distorsin por multitrayectorias y de ruido causado por las fuentes de luz ambiental. La combinacin de estas caractersticas da como resultado altas razones de transmisin y grandes alcances. Adems de esto, los sistemas punto a punto son relativamente baratos y simples.

Un buen ejemplo de sistemas infrarrojos punto a punto para ambientes exteriores (donde la potencia puede ser alta) es el Terra Link, de AstroTerra Corporation", el cual, en ptimas condiciones atmosfricas transmite a razones de 622 Mbps y alcanza una distancia de 3.5 km. La principal aplicacin de este producto es la interconexin de redes de alta velocidad, tales como, Fast Ethernet" (125 Mbps), FDDI (125 Mbps) y ATM (155 y 622 Mbps). Otra aplicacin que los sistemas IR punto a punto van a tener en un futuro cercano, est en los enlaces intersatelitales, en donde las condiciones ambientales (vacio) permiten que con relativamente pequea potencia se tengan alcances y razones de transmisin muy grandes (cientos o miles de km y varios Gbps). Aunado a esto, el reducido espacio y poco peso de un sistema IR, cuestiones importantes en los satlites, le dan una gran ventaja respecto a los sistemas de RF en este tipo de aplicaciones.

Sistemas IR cuasi-difusos.

En el modo casi-difuso, el tipo de emisin es radial; esto es, la emisin se produce en todas direcciones, al contrario que en el modo punto a punto. Para conseguir esto, lo que se hace es transmitir hacia distintas superficies reflectantes, las cuales redirigirn el haz de luz hacia la/s estacin/es receptora/s. De esta forma, se rompe la limitacin impuesta en el modo punto a punto de la direccionalidad del enlace. En funcin de cmo sea esta superficie reflectante, podemos distinguir dos tipos de reflexin: pasiva y activa. En la reflexin pasiva, la superficie reflectante simplemente refleja la seal, debido a las cualidades reflexivas del material. En la reflexin activa, por el contrario, el medio reflectante no slo refleja la seal, sino que adems la amplifica. En este caso, el medio reflectante se conoce como satlite. Destacar que, mientras la reflexin pasiva es ms flexible y econmica, requiere de una mayor potencia de emisin por parte de las estaciones, debido al hecho de no contar con etapa repetidora.

Sistemas IR difusos. Como se analiz anteriormente, entre todos los tipos de sistemas IR, los sistemas IR difusos son los ms fciles de utilizar y tambin los ms robustos, no se requiere apuntar tanto al transmisor como al receptor, ni se requiere que haya lnea de vista entre estos. Sin embargo, los sistemas IR difusos tienen ms altas perdidas de propagacin que sus contrapartes de lnea de vista, requiriendo altas potencias de transmisin y un receptor que tenga una gran rea de coleccin de luz.Transmisores difusos tpicos emplean varios LEDs, los cuales son orientados en diferentes direcciones, para proveer una diversidad de trayectorias de propagacin. Cuando transmiten, tpicamente emiten una potencia ptica promedio en el intervalo de 100 a 500 mW, esto causa un consumo de potencia elctrica ms alto que el de un transmisor tpico IRDA. Los receptores difusos tpicos emplean como detectores diodos pin de silicio encapsulado en lentes hemisfricos, los cuales concentran la luz y tienen un amplio campo visual. En algunos casos se usan varios detectores, cada uno orientado en diferentes direcciones.

Figura. Tcnicas empleadas en los enlaces infrarrojos difusos

FUENTES PTICAS.

En repetidas ocasiones se ha mencionado que las fuentes pticas ms utilizadas en los sistemas infrarrojos son: el Diodo Emisor de Luz (LED por sus siglas en ingles) y el Diodo Laser (LD). Entre las principales diferencias que guardan dichos dispositivos estn: su longitud de onda, potencia ptica emitida, velocidad de modulacin, tiempo de vida, ancho espectral, eficiencia, sensibilidad a la temperatura y, por supuesto, su costo. La eleccin de una fuente ptica especfica est en funcin de la aplicacin que ha de tener el sistema infrarrojo en cuestin.

DIODOS EMISORES DE LUZ.

Los LEDs son diodos semiconductores que operan en polarizacin directa y emiten luz cuando los huecos y los electrones se recombinan en la zona activa.

Material Rango de longitudes de onda (micras) Energa de la banda prohibida

GaInP 0.64 0-68 1.82 1.94

GaAs 0.9 1.4

AlGaAs 0.8 0.9 1.4 1.55

InGaAs 1.0 1.3 0.95 1.24

InGaAsp 0.9 -1.7 0.73 1.35

Debido a su relativa baja potencia, los LEDs se emplean tpicamente en aplicaciones de corta distancia y con requerimientos de ancho de banda moderado, hasta de 155 Mbps. La longitud de onda de la luz emitida durante el proceso de recombinacin de huecos y electrones depende de la energa del ancho de la banda prohibida Wg, como lo muestra la siguiente ecuacin

Con el factor 1,24 la longitud de onda estar dada en micras cuando la energa de la banda prohibida este dada en ev. En la tabla se da una lista de materiales semiconductores utilizados para fabricar LEDs y su relacin con la energa de la banda prohibida y la longitud de onda de la luz emitida. Los LEDs que se utilizan en los sistemas inalmbricos infrarrojos son construidos con GaAs y con ALGaAs, porque emiten luz con longitudes de onda que caen dentro de una de las ventanas de transmisin atmosfricas alrededor de 850 nm.

DIODOS LASER. Los Diodos Laser tienen funciones similares a los de los LEDs, pero con algunas diferencias en cuanto a su funcionamiento y a sus caractersticas. Los LEDs generan luz por emisin espontanea, radindola en todas direcciones por lo que su ancho de haz es muy grande. El LD tiene construida internamente una cavidad resonante tal, que cuando se excede la corriente de umbral (despus de la emisin espontanea) se tiene una emisin estimulada, con gran amplificacin de luz, que se genera con alta coherencia, por lo que se tienen anchos de lnea pequeos entre 1 y 5 nm. y anchos de haz muy angostos. Al igual que en el caso de los LEDs, existen LDs con emisin de superficie y de arista. Los LDs con emisin de arista producen altos niveles de potencia, hasta de 100 mW. a una velocidad de modulacin de 1 GHz. y estn disponibles comercialmente en el rango de 850 nm de longitud de onda. Su ancho de haz tpico es de 20x35 grados. Los LDs de emisin de superficie producen mucho menos potencia ptica de salida, pero tienen un patrn de emisin casi simtrico con un ngulo de divergencia tpico de 12 grados. Resumiendo un poco, el LD con respecto al LED es mucho ms rpido, su potencia de salida es mayor y su haz es coherente, pero, su construccin es ms compleja, su potencia ptica de salida depende fuertemente de la temperatura, es bastante susceptible a transitorios, es ms costoso y requiere de un circuito de excitacin con compensacin de temperatura, con compensacin contra envejecimiento y de proteccin contra transitorios. En la tabla III se presenta una comparacin entre LEDs y LDs.

Caractersticas LEDs LDs

Anchos de lnea (nm) 20 - 100 1 -5

Tiempo de Subida (ns) 2 - 250 0.1 1

Ancho de banda de modulacin (MHz)