DI-4-Distribución de Componentes.pdf
April 30, 2017 | Author: David Arroyo | Category: N/A
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Certificación en Redes de Distribución
DI-4 DISPOSITIVOS
DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES
Universidad Técnica Cablemás | Gerencia de Mantenimiento
DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Tabla de contenido Tabla de contenido................................................................................................................................ 1 Capítulo 1 Dispositivos usados en redes HFC ..................................................................................... 5 Calculo en cada uno de los dispositivos activos .............................................................................. 5 Comprensión de los deciBeles...................................................................................................... 5 Razones o Relaciones ................................................................................................................... 6 El Bel .............................................................................................................................................. 6 El deciBel ....................................................................................................................................... 7 Logaritmos .................................................................................................................................... 7 Razones o Relaciones de Potencia ............................................................................................... 8 El deciBel-milivoltio (dBmV) ....................................................................................................... 12 Uso del dB y el dBmV.................................................................................................................. 12 Resumen sobre dB y dBmV ........................................................................................................ 13 Reglas para dBmV y voltajes: ..................................................................................................... 14 dBm ............................................................................................................................................. 15 dBµV ............................................................................................................................................ 15 Notación Científica ..................................................................................................................... 16 Sistema Internacional de Unidades (SI) ..................................................................................... 17 Sistema Ingles ............................................................................................................................. 18 Unidades usadas en CATV .......................................................................................................... 18 Ley de OHM................................................................................................................................. 19 Introducción al Equipo ................................................................................................................... 20 Amplificadores ............................................................................................................................ 20 Resumen ..................................................................................................................................... 24 El Filtro Diplexor ......................................................................................................................... 25 Fuentes de Energía CA ................................................................................................................ 26 Dispositivos Pasivos para Sistemas Coaxiales ........................................................................... 26 Divisores...................................................................................................................................... 27 Acopladores Direccionales ......................................................................................................... 28 Taps para Abonado ..................................................................................................................... 30 Taps Activos para Abonado ........................................................................................................ 32 Tap condicionado o ventana de reversa condicionada ............................................................. 33
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Tabla de valores: Tap 2 salidas ................................................................................................... 33 Tabla de valores: Tap 4 salidas ................................................................................................... 33 Tabla de valores: Tap 8 salidas ................................................................................................... 34 Tabla de valores: Tap Condicionado 2, 4 y 8 salidas. ................................................................ 34 Ecualizador de Línea ................................................................................................................... 35 Insertor de Potencia ................................................................................................................... 35 Otros Dispositivos Pasivos.......................................................................................................... 35 Especificación del Ancho de Banda ............................................................................................ 36 Resumen ..................................................................................................................................... 36 Ruido ........................................................................................................................................... 36 Deterioro por el ruido en imágenes de TV ................................................................................ 37 Cifra o Figura de Ruido ............................................................................................................... 38 Relaciones Señal/Ruido y Portadora/Ruido (RSR y RPR) .......................................................... 39 Relación Portadora a Ruido (RPR).............................................................................................. 40 Calculo del RPR ........................................................................................................................... 41 Combinación de RPRS................................................................................................................. 42 Especificaciones del Equipo........................................................................................................ 42 Ecualización y EPR....................................................................................................................... 42 Resumen ..................................................................................................................................... 43 Distorsión por intermodulación ................................................................................................. 43 Distorsión como fenómeno del sistema .................................................................................... 43 Formas de Distorsión por Intermodulación ............................................................................... 44 Resumen ..................................................................................................................................... 45 Capítulo 2 Receptor Óptico ............................................................................................................... 46 Nodo o Receptor Óptico ............................................................................................................ 46 Nodo escalable NC4000SG—Diagrama de bloque simplificado ............................................... 46 Receptores .................................................................................................................................. 47 Bandeja del Amplificador de RF ................................................................................................. 47 Transceptores ............................................................................................................................. 47 Transponedores .......................................................................................................................... 47 Parámetros de Operación .......................................................................................................... 48 1 GHz ........................................................................................................................................... 48
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes 870 MHz ...................................................................................................................................... 49 Salida de RF del receptor de envío en el punto de prueba -20 dB............................................ 49 Capítulo 3 Cable Coaxial .................................................................................................................... 50 Diferentes tipos de cable............................................................................................................ 50 Características de los cables coaxiales ....................................................................................... 51 Impedancia Característica (Ohm)............................................................................................... 51 Impedancia de transferencia (mili Ohm/m) .............................................................................. 52 Capacidad (pF/m) ....................................................................................................................... 52 Velocidad de propagación (%).................................................................................................... 52 Atenuación (dB/100m) ............................................................................................................... 52 Potencia transmisible (W) .......................................................................................................... 52 Tensión de ejercicio (kV) ............................................................................................................ 52 Pérdidas de retorno estructural (dB/100m) (Structural Return Loss - SRL) ............................. 53 Componentes .............................................................................................................................. 53 Conductor central ....................................................................................................................... 53 Aislante ....................................................................................................................................... 53 Conductor externo...................................................................................................................... 54 Cubierta externa ......................................................................................................................... 54 Armaduras .................................................................................................................................. 55 Elección del cable coaxial ........................................................................................................... 55 Las normas .................................................................................................................................. 55 Fabricación y control de calidad ................................................................................................ 55 Cables flexibles ........................................................................................................................... 56 Cables semiflexibles ................................................................................................................... 57 Pérdidas del Cable ...................................................................................................................... 57 Fórmulas para sacar la pérdida en el cable ............................................................................... 58 Mínimo Radio de Curvatura ....................................................................................................... 58 Efecto Skin (Pelicular) ................................................................................................................. 60 Flujo de electrones en un conductor ......................................................................................... 60 Pérdida del retorno .................................................................................................................... 61 Conectores .................................................................................................................................. 61 Características............................................................................................................................. 61
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Como Interface Física. ................................................................................................................ 61 Como Interface Electrónica. ....................................................................................................... 61 Conectorización .......................................................................................................................... 62 Recomendaciones de Conectorización ...................................................................................... 62 Conector KS-KS ........................................................................................................................... 63 Conectores tipo Codo 90° o 180°. .............................................................................................. 63 Carga Troncal .............................................................................................................................. 64 Consideraciones importantes de manejo .................................................................................. 64 Activos y Pasivos ......................................................................................................................... 65 Instalación y contracción de termo contraíbles ........................................................................ 65 Datos importantes ...................................................................................................................... 66 Principio Físico ............................................................................................................................ 66 Notas: .......................................................................................................................................... 67 Capítulo 4 Balanceo de Equipos Activos ............................................................................................ 68 Balanceo y Mantenimiento ........................................................................................................ 68 Balanceo...................................................................................................................................... 68 Principios de balanceo en retorno ............................................................................................. 70 Proceso........................................................................................................................................ 71 Balanceo Nodo Óptico Aurora - Forward a 1 GHz (1310 nm) ................................................... 71 Esquema para balanceo de Forward en el receptor óptico ...................................................... 73 Reversa........................................................................................................................................ 74 Esquema para balanceo de Reversa en el Receptor Óptico...................................................... 75 Balanceo Amplificadores: Forward ............................................................................................ 76 Esquema para balanceo de forward en el amplificador ........................................................... 79 Reversa........................................................................................................................................ 79 Tablas de Ecualizadores .............................................................................................................. 80 Forward ....................................................................................................................................... 80 Inverso (simuladores) ................................................................................................................. 80 Reversa........................................................................................................................................ 81 Simbología .................................................................................................................................. 81 Bibliografía .......................................................................................................................................... 82
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Capítulo 1 Dispositivos usados en redes HFC Calculo en cada uno de los dispositivos activos Comprensión de los deciBeles En un STVC es necesario poder diseñar, construir y operar la planta por un largo periodo de tiempo, mientras se mantienen niveles y calidad de señal de constancia relativa, en todos los puntos del sistema. Para lograr esto, se han adoptado unidades estándar de medición, con las que debemos estar familiarizados a plenitud y sentirnos confortables con su utilización. Los dos factores básicos involucrados en la transmisión de RF por cables coaxiales son, las perdidas por transmisión, introducidas por el propio cable y por dispositivos pasivos tales como divisores, taps, etc. y la ganancia de transmisión introducida por amplificadores. Es posible hacer toda una ingeniería y mantenimiento del sistema usando niveles reales de potencia de la señal, pero esto sería muy complicado. Por ejemplo, considérese una señal de TV saliendo de la cabeza del sistema a un nivel de 13.3 microwatts que es, como luego comprenderemos +30dBmV. Un microvatio es una millonésima de vatio. Si lanzamos esta señal dentro de un cable coaxial de cualquier longitud significativa, se propagará a través del cable y recuperaremos algo de señal, pero no toda, en el extremo distante del cable. No recuperaremos toda la energía de la señal porque el cable introduce pérdidas por transmisión. Es posible calcular la cantidad de potencia de la señal que se perdería al pasar a través del cable y, podemos determinar cuánta potencia de señal recuperaríamos al final del cable. Podemos también calcular de modo similar, las pérdidas de transmisión por dispositivos pasivos tales como divisores, taps, etc. Por lo tanto podemos establecer el nivel de potencia de la señal en cualquier punto dado del sistema. Este método funcionaría y es factible desde el punto de vista técnico pero requeriría muchos cálculos e introduciría la posibilidad de muchos errores, también sería una labor muy tediosa y prolongada. Un método más conveniente emplearía unidades de medida que fueran aplicables por igual, tanto en las pérdidas como a las ganancias de transmisión, así como también a los niveles de señal. En este caso el desarrollo del nivel de la señal, en cualquier punto de un sistema, sería cuestión simple de sumas y restas. Esto, con exactitud, es lo que se ha hecho y el concepto básico implícito es tratar con relaciones o razones de potencia, en lugar de hacerlo con niveles discretos de potencia.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Razones o Relaciones Una razón, por definición, es la relación de grado o número entre dos cosas similares. Por ejemplo la relación entre un peso de 10 libras y otro peso de una libra, es 10. No diez libras, sino una razón, o relación, de 10 a 1, porque un peso de 10 libras es 10 veces superior (o más pesado), que el peso de una libra. La razón entre un peso de cien libras es diez veces superior que el de diez libras. Nótese que cuando tratamos con razones, no podemos expresarnos en forma correcta un peso como una razón. En nuestro caso anterior una razón de diez fue por igual precisa y aplicable a ambos ejemplos, aun cuando los dos pesos comparados fueran diferentes por cada ejemplo. La razón es una cifra o valor muy útil, como veremos, y la emplearemos mucho en la tecnología de la televisión por cable. En la transmisión de RF por cables coaxiales (tecnología TVC), estamos interesados en niveles de potencia. Recuérdese que nuestra señal de la cabecera fue lanzada dentro de un cable coaxial, en el primer ejemplo, fue definida con un nivel de potencia de 13.3 microwatts. Reconocemos que en el extremo lejano del cable recuperamos una señal con un nivel más bajo de potencia, debido a las pérdidas de transmisión del cable. Estamos considerando dos niveles diferentes de potencia, la señal de entrada al cable, de más alto nivel, y la señal de salida del cable, de más bajo nivel. Podríamos, si fuera útil hacerlo, denotar la razón entre dos niveles, pero para ello requeriremos algún término.
El Bel Un término básico, utilizando para denotar la razón o relación de dos niveles de potencia, voltaje, corriente o intensidad de sonido, es el Bel, nombrado así en honor de Alexander Graham Bell. Tal como nuestro primer ejemplo con pesos, el Bel no puede usarse para denotar nivel específico alguno, sino sólo para la relación o razón entre dos niveles. Por definición, un Bel denotará una relación de 10 a 1, pero siempre entre dos niveles discretos de potencia. Asegurémonos de comprender este punto. Si tuviéramos una señal de 10 watts a la entrada de un dispositivo (al vatio es la unidad para medir potencia) y una señal de 100 watts a la salida de ese dispositivo, la razón entre estos dos niveles de potencia es de 10 a 1. Como el nivel de salida es mayor que el nivel de entrada, se diría que el dispositivo tiene ganancia y ésta se denotaría como +1 Bel, debido a que la razón entre los niveles es de 10 a 1. Esto sería también cierto para otro dispositivo cuya entrada fuera 100 watts y cuya salida fuera 1,000 watts y cuya salida fuera 1,000 watts. Como la razón entre los dos niveles de potencia es de 10 a 1, este dispositivo también tendría una ganancia de +1 Bel. Un Bel puede ser un valor positivo o negativo y, por lo tanto, puede denotar ganancia o pérdida. Por ejemplo, si la potencia de entrada de una sección de cable fuera de 100 watts y la señal recuperada en el extremo lejano del cable fuera 10 watts, la relación entre los dos niveles de potencia es de 10 a 1. Como la entrada es mayor
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes que la salida, se diría que el cable tuvo pérdidas y éstas podrían denotarse como -1 Bel. Ya que la razón entre los dos niveles fue de 10 (ó 10 a 1). En otro ejemplo, si el nivel de entrada a un dispositivo fue de 10 watts y la salida de ese dispositivo fue 1 vatio, la razón entre los dos es de 10 a 1, pero sería expresada como un número negativo, -1 Bel. Con 1,000 watts de entrada y 100 watts de salida, la pérdida también se expresaría como una relación o razón negativa de -1 Bel. El Bel es una unidad de medición perfecta y respetable, aceptable desde el punto de vista técnico, pero al mismo tiempo demasiado grande. Para evitar tener que calcular con valores decimales de Bel, se adoptó por el deciBel.
El deciBel El deciBel, escrito dB, (nótese la d minúscula y la B mayúscula), es una décima de un Bel. Así, 10 dB =1 Bel, 20 dB = 2 Bels y 30 dB = 3 Bels, etc. En todos los aspectos, el deciBel funciona exactamente igual que el Bel. Puede ser negativo o positivo, para denotar ganancia o pérdida, pero no puede usarse por sí mismo para denotar nivel alguno en específico de potencia, sino solo para la relación o razón entre dos niveles discretos de potencia. Usamos el deciBel en forma exclusiva y extensa en el negocio de la TVC y lo encontramos empleado, también bastante, en otras disciplinas de transmisión. Las relaciones internas entre razones de potencias y, tanto Beles como deciBeles, son logarítmicos.
Relación de Potencias Valor en Beles Valor en deciBeles 1a1 0 0 2a1 0.3 3 10 a 1 1 10 100 a 1 2 20 1,000 a 1 3 30 10,000 a 1 4 40 Tabla 1 Beles y deciBeles
Logaritmos El logaritmo (log) de un número se define como el exponente de la base de 10, que produce dicho número. Por ejemplo, el logaritmo de N es 4, si 10⁴ = N. Nótese que en esta expresión 4 es el exponente de 10. Ejemplo 1: N = 1000
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Ó N = 10ᶾ Ó N = 10 * 10 *10 Ó N = 100 * 10 Ó N = 1,000 Ya que 1,000 = 10ᶾ, entonces 3 es el logaritmo de 1000. Ejemplo 2: La potencia se define como: X = bⁿ Si b =10, n = 4, X =? Sustituyendo en X = bⁿ X = 10⁴ = 10 * 10 * 10 * 10 = 10,000 Su logaritmo es: Log ₁₀ (10000) = 4
n log b x Todos los ejemplos previos usaron múltiplos de diez por simplicidad, pero todo número tiene un logaritmo. Algunos ejemplos al azar son: Número 2 3 7 10 14 100 283
Logaritmo 0.301 0.477 0.845 1.000 1.146 2.000 2.452
Nótese que para los números inferiores al 10, el, logaritmo es un número decimal menor que 1 más algún número decimal, o bien 1.xxx. Para números entre 100 y 1,000 el logaritmo siempre será más algunos decimales, es decir, 2.xxx. El logaritmo de cualquier número puede encontrarse en una tabla de logaritmos, en muchos libros técnicos, u obtenerse directamente de una regla de cálculo o de una calculadora.
Razones o Relaciones de Potencia Hay una fórmula para determinar la razón en deciBeles entre dos niveles de potencia, es decir la Ganancia en deciBeles de un circuito y está dada por: P G dB 10 log SAL PENT Donde PSAL o P2 y PENT o P1, representan las potencias promedio de salida y de entrada del circuito, respectivamente.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Ejemplo 1: ¿Cuál es la relación de potencias entre una máquina de 400 cv y otra de 200 cv? dB = 10 log = 10 log = 10 log 2 (log de 2 es .3) = 10 * 0.3 = 3 dB Ejemplo 2: Dada la entrada a un dispositivo de 100 watts y una salida del mismo dispositivo de 1,000 watts; ¿cuál es la relación de potencias en dB? dB = 10 log = 10 log = 10 log 10 (log de 10 es 1) = 10 * 1 = +10 dB Ejemplo 3: Si el cociente de dos potencias es igual a 2, su ganancia o pérdida en decibeles será de: G dB = 10 log 2 = 3.01 dB Ejemplo 4: ¿Qué pasa cuando la potencia de salida es el doble que la de entrada?
G dB 10 log
PSAL 2 10 log 10 log 2 3.01 dB PENT 1
Ejemplo 5: ¿Qué pasa cuando la potencia de salida es igual que la de entrada?
G dB 10 log
PSAL 1 10 log 10 log 1 0 dB PENT 1
Ejemplo 6: ¿Qué pasa cuando la potencia de salida es la mitad que la de entrada?
G dB 10 log
PSAL 1 10 log 10 log 0.5 - 3.01 dB PENT 2
Como establecimos antes, dB puede ser negativo o positivo denotando:
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Un resultado positivo indica ganancia en deciBeles. En las redes de cable los amplificadores son ejemplo de dispositivos que ofrecen ganancia.
Un resultado negativo indica pérdida en deciBeles. En las redes de cable los atenuadores son ejemplo de dispositivos que provocan pérdida.
Una razón de potencias de 2 a 1, sería +3 dB. Se deduce que el doble de la potencia, una razón 2 a 1, sería +3 dB, y la mitad de potencia, una razón de 1 a 2, sería -3 dB. Una razón de 10 a 1, o 10 veces más potencia, seria + 10 dB. Se deduce que una décima de potencia (una razón de 1 a 10) sería de -10 dB. Una razón de 100 a 1 serían + 20 dB si fuera ganancia y una centésima de potencia serían -20 dB.
En la gráfica siguiente se aprecia el comportamiento del logaritmo del cociente de dos potencias (P2/P1, donde P2 es la potencia de salida y P1 es la potencia de entrada).
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A medida que la potencia de salida (P2) aumenta en relación a P1, la gráfica no crece linealmente sino que experimenta un crecimiento gradual. A medida que la potencia de salida disminuye (cuando es menor que la potencia de entrada), la gráfica decrece drásticamente y se acerca al eje vertical.
Ahora, ¿cómo se relaciona todo esto con niveles discretos de señal?
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes El deciBel-milivoltio (dBmV) Se ha establecido un nivel de referencia en potencia llamado deciBel – miliVolt y que se escribe: dBmV (nótese las mayúsculas B y V). A esta unidad se le asignó un valor en específico: 0 dBmV = 1 milivoltios medido a través de 75 ohmios. Los decibeles se utilizan para facilitar las operaciones. En los cálculos para la industria del cable sería muy difícil trabajar con miliVolts (mV) en lugar de dBmV (decibeles referidos a un miliVolt). Ejemplo: En lugar de decir que el nivel de salida de un equipo es de 4 dBmV, se tendría que decir que el nivel es de 0.001585 volts. Otra ventaja de los decibeles es que, al no basarse en una escala lineal, permiten realizar gráficas en escalas reducidas.
Uso del dB y el dBmV Dado cualquier nivel discreto de señal en dBmV, lo que sería un nivel absoluto de potencia porque es una razón de potencias con referencia a un nivel absoluto de potencia (0.0133 x 10 watts o 0 dBmV), podemos trabajar en forma conveniente y directa con razones de ganancia o pérdida de potencia que estén dados en deciBeles (dBs). En la siguiente figura se muestra una sección de sistema que incluye dos amplificadores y una longitud indeterminada de cable coaxial de interconexión. La pérdida de transmisión del cable se conoce que es de 22 dB, relación o razón entre la potencia de entrada del cable y la potencia de salida del cable. El nivel de la señal de entrada al primer amplificador es de 12 dBmV, el cual es un nivel específico de potencia. Se especifica que el amplificador tiene una ganancia de 22 dB, razón de la potencia de entrada respecto a la potencia de salida del amplificador. Un amplificador con 22dB de ganancia podría tener una entrada de +10 dBmV y producir una
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes salida de + 32dBmV, o podría tener una entrada de + 20 dBmV y producir una salida de + 42 dBmV pero, en ambos casos, estaría suministrando una ganancia de 22 dB.
Entrada al Amplificador + 12 dBmV
Entrada al Amplificador + 12 dBmV
Perdida del cable = 22 dB
Salida del Amplificador + 34 dBmV
Salida del Amplificador + 34 dBmV
Dada una entrada al amplificador de +12 dBmV y una ganancia de amplificación de 22 dB, determinamos que el nivel de salida del amplificador es de + 34 dBmV por simple suma o adición de las dos cifras. Dada la cifra de pérdida del cable de 22 dB, solo restamos esta cifra del nivel de salida del primer amplificador (+34 dBmV) y determinamos que el nivel de entrada al segundo amplificador es de +12 dBmV. De nuevo, con 22 dB de ganancia en este segundo amplificador y una entrada de +12 dBmV, se establece el nivel de salida en +34 dBmV, por simple suma. Este ejemplo demuestra claramente lo fácil que es usar dB y dBmV, en lugar de calcular niveles discretos de señal en unidades convencionales de medición de potencia, tales como miliwatts o microwatts, etc. Debido a que cualquier valor de dBmV representa un nivel discreto de potencia, no hemos sacrificado precisión con este proceso, sino que hemos ganado un método muy manejable y simple.
Resumen sobre dB y dBmV Como ya hemos visto, cada vez que sea necesario o deseable, podemos simplemente determinar el nivel de la señal en unidades de potencia (watts, miliwatts, microwatts, etc.) Partiendo del valor en dBmV, ya sea por cálculo o por medio de tablas de equivalencias en libros de consulta que dan también los valores exactos. Es importante recordar que los dBs sólo identifican una razón entre dos niveles de potencia y no pueden utilizarse para denotar niveles discretos o específicos de señal. Los deciBeles milivoltios (dBmV) sí denotan niveles específicos de señal. Sin embargo, ambos términos (dB y dBmV) están relacionados y los cálculos en sistemas y substracciones o restas simples, produciendo un nivel específico de señal en dBmV, para cualquier punto en un sistema, cuando sea necesario. El nivel, en dBmV puede convertirse a unidades de potencia en cualquier momento. En la práctica diaria, a veces somos descuidados en el uso de estos dos términos. No es raro oír personas que se refieren al nivel de entrada de un amplificador como +12 dB, o que el nivel de señal a la entrada de un televisor es de +3 dB pero esto es incorrecto, desde
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes el punto de vista técnico, y también un poco falto de profesionalismo. De aquí en adelante trataremos de usar en forma correcta éstos, y todos los demás términos.
Escala Lineal 512 mV 256 mV 128 mV 64 mV 32 mV 16 mV 8 mV 4 mV 2 mV 1 mV 0.5 mV 0.25 mV 0.125 mV 0.0625 mV 0.03125 mV 0.015625 mV 0.0078125 mV 0.00390625 mV 0.001953125 mV
Escala Logarítmica 54 dBmV 48 dBmV 42 dBmV 36 dBmV 30 dBmV 24 dBmV 18 dBmV 12 dBmV 6 dBmV 0 dBmV -6 dBmV -12 dBmV -18 dBmV -24 dBmV -30 dBmV -36 dBmV -42 dBmV -48 dBmV -54 dBmV
Tabla 3 Conversión mV a dBmV Reglas para dBmV y voltajes:
6 dBmV equivale al doble del voltaje (V2 = 2V1).
-6 dBmV equivale a perder la mitad del voltaje (2V2 = V1).
El mismo voltaje equivale a 0 dBmV (V2 = V1).
12 dBmV equivale a cuatro veces el voltaje de entrada (V2 = 4V1).
20 dBmV es diez veces el voltaje (V2 = 20V1)
G dB 20 log
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VSAL VREF
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes dBm Una referencia frecuente utilizada en ingeniería de microondas y ondas de luz, así como en trabajo de transmisión telefónica, es 0 dBm. Por definición, 0 dBm es un nivel de potencia de una milésima de un vatio, o 1 milivatio (mW). Nótese que la definición es menos compleja que la de dBmV porque no se especifica ningún valor de impedancia. Esta referencia, 0 dBm, siempre es igual a 1 mW sin importar la impedancia del circuito o dispositivo donde se especifique este nivel. La referencia 0 dBmV sólo será igual a 0.0133 microwatts si la impedancia, a la cual se especifica este nivel, es de 75 ohmios. Como sabemos que el nivel absoluto de potencia de 0 dBmV es 0.0133 microwatts (0.0133 x 106 watts) y que 0 dBm es 0.001 watts. Es una medida referenciada a 1 miliwatt (0.001 watts) Se utiliza generalmente para cálculos ópticos G dB 10 log
PSAL PREF
En este caso la referencia para los cálculos es 1 miliwatt (1 mW) dBm 10 log
PSAL 1 mW
dBµV No es muy frecuente pero en algunas ocasiones se utilizan los deciBeles referidos a 1 microvollt (µV):
VSAL 1 V Como se puede apreciar en la fórmula, únicamente cambia el voltaje de referencia a 1 microvolt. dBV 20 log
La diferencia entre dBmV y dBµV son 60 dB. 0 dBmV equivale a 60 dBV
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Notación Científica Pequeños y Grandes números. En el mundo de la televisión por cable se emplean números muy pequeños y muy grandes. En realidad, es difícil entender claramente qué tan pequeñas o grandes pueden ser las cifras. Sin embargo, si pensamos en algún número con el que trabajemos cotidianamente, se puede comprender mejor el concepto. Por ejemplo: Números grandes: La velocidad de la luz en el vacío es de 299, 792,458 metros por segundo (m/s), que usualmente se redondea a 300, 000,000 m/s. El ancho de banda de un canal de televisión en televisión por cable es de 6, 000,000 Hz. Números pequeños: El diámetro de una fibra óptica es similar al de un cabello humano y puede ser de entre 0.000008 m a 0.0006 m dependiendo del tipo de fibra. Las señales que viajan por una fibra óptica pueden tener una longitud de onda de 0.000001310 m. Existen algunas maneras para simplificar y hacer más sencillo el uso de cifras. La notación científica es un método de escritura empleado para facilitar la lectura y manejo de pequeños y grandes números. Se basa en potencias de 10 y se utiliza generalmente para cifras que tienen muchos dígitos, por ejemplo:
1, 000,000 = 1 x 106 300, 000,000 = 3 x 108 0.003 = 3 x 10-3 0.000001310 = 1310 x 10-9 Es decir, para escribir un número en notación científica se reemplazan los ceros o las posiciones que ocupan los dígitos de la cifra, a partir del punto decimal, por potencias de 10. Ejemplo:
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Y para pasar de notación científica al número original simplemente se recorren los lugares que indica la potencia. Ejemplo:
Prefijos Para facilitar aún más la escritura de cifras se utilizan prefijos. Cada prefijo indica la potencia a la cual se eleva la base 10.
Ejemplos:
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• • • •
2 km = 2 x 10 m = 2,000 metros 3 74.5 kg = 74 x 10 g = 74,500 gramos -9 1310 nm = 1310 x 10 m = 0.000001310 metros 3 64 kbps = 64 x 10 bps = 64,000 bits por segundo
• •
6 MHz = 6 x 10 Hz = 6,000,000 Hertz -3 1 mV = 1 x 10 V = 0.001 volts
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Sistema Internacional de Unidades (SI) El Sistema Internacional de Unidades ha definido unidades fundamentales para las magnitudes básicas
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Sistema Ingles El Sistema Inglés también ha definido unidades para algunas magnitudes básicas. Estas unidades se utilizan en algunos países como EU.
Unidades usadas en CATV Existen otras unidades además de las que define el SI y el Sistema Inglés. Las más utilizadas en la televisión por cable son:
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Para hacer conversiones entre unidades del Sistema Inglés y el Sistema Internacional de unidades, refiérase a la tabla del Sistema Inglés. Ejemplo: ¿A cuántos metros equivalen 50 ft? Respuesta: se hace una regla de tres:
Ley de OHM Hay cálculos que deberemos realizar en el diseño u operación de los STVC, que tratan con el voltaje, corriente, resistencia y potencia. La ley básica que gobierna las relaciones entre estos factores es la ley de Ohm, así llamada en honor al físico alemán George Simón Ohm. Esta ley sólo se basa en el hecho de que una diferencia de potencial (voltaje) de un voltio, aplicada a través de una resistencia de un Ohmio, producirá un flujo de corriente de un Amperio, por el dispositivo o red. En otras palabras dice que la corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencia aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Esto puede expresarse como:
I
V R
O bien
V RI
Dónde: V = Voltaje en “volts” (V) I = Corriente en “amperes” (A) R= Resistencia en “Ohms” (Ω)
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Es una de las leyes fundamentales de la electrónica. Permite hacer cálculos con las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico: tensión o voltaje (V), intensidad de la corriente (I) y resistencia eléctrica (R). La ley de Ohm permite, por ejemplo, calcular la ubicación de las fuentes de alimentación en una red de cable
Introducción al Equipo Un punto lógico de partida para nuestro estudio de sistemas de transmisión de TVC, es identificar todas las partes componentes del sistema para que en posteriores referencias no nos resulten extrañas y confusas.
Amplificadores Como su nombre lo indica, cualquier amplificador está destinado a aceptar señales débiles o de baja amplitud, en su entrada y reproducir esas señales a una mayor amplitud en su salida. Así los amplificadores pueden compensar (y de hecho compensan) las pérdidas de transmisión en sistemas de cable coaxial y, a las frecuencias usuales de transmisión utilizadas en los STVC, las pérdidas en el cable son tales que la re amplificación se requiere con mucha frecuencia. Por lo tanto, los STVC prácticos, de cualquier tamaño significativo, implican conexiones en serie de un cierto número de unidades en lo que la industria se conoce como una “cascada”. La conexión serial, o en cascada, se tiene cuando la salida de una unidad se conecta, (en los STVC a través de una sección relativamente larga de cable coaxial), a la entrada de la unidad subsecuente. Todos los amplificadores son dispositivos consumidores de energía, es decir, que para su operación requieren energía de alguna clase y cada amplificador introducirá cierto ruido y distorsión a las señales que pasen por él. Se dispone de amplificadores en una variedad de configuraciones diseñadas para aplicaciones específicas dentro de un sistema. Para los amplificadores de los STVC, tomen energía en forma directa del mismo cable coaxial. Al cable se le aplica un voltaje de corriente alterna CA (por lo comun60 voltios) en puntos periódicos de inserción de energía y todos los dispositivos, como taps, acopladores, divisores, etc. deben ser capaces de dejar pasar a través de ellos, este voltaje de CA para llevar la energía a los amplificadores subsecuentes.
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Dentro de las cajas o cubiertas del amplificador, se derivan dos trayectorias de transmisión separadas en forma distintiva, con el uso de filtros pasa bajas, de modo que pueda tenerse acceso a la corriente alterna de 60 Hz en forma independiente de la trayectoria de transmisión de RF. Una fuente de alimentación del amplificador rectifica, regula y filtra esta CA y entrega corriente directa (CD) para la operación de los módulos del amplificador. Al añadir filtros de RF, el espectro de transmisión puede dividirse también dentro de la caja del amplificador. Así, un solo cable puede equiparse para operar como un sistema bi-direccional, o de transmisión en dos sentidos. El diseño del filtro determinara el ancho de banda de transmisión suministrado para cada dirección de transmisión y se dispone de varias opciones. La siguiente figura muestra una de las distribuciones o asignaciones más comunes, un arreglo Sub – Split (división en la sub).
Los sistemas de cualquier longitud significativa requieren cierto grado de auto regulación automática, como el Control Automático de Ganancia (AGC) y/o Control Automático de Pendiente (ASC). La siguiente figura muestra en un diagrama de bloques, un amplificador de un sentido equipado así. Dentro de la misma caja, la salida del módulo principal de ganancia RF, se toma como muestra a través de un acoplador direccional y esta
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes muestra de RF se aplica a todo el módulo de control automático. Después de procesar esta RF, l módulo de control transmite voltajes de control para regular el propio módulo de ganancia.
Una configuración de amplificador muy común en la actualidad, emplea dos módulos separados de ganancia dentro de una solo caja. La unidad primaria o principal debiera amplificar las señales “througt” (que pasan a través) y la unidad secundaria (llamada amplificador bridger o puente) derivaría una entrada de bajo nivel para alimentar los cables locales de distribución (alimentadores). La misma caja puede incluir alguna instalación que distribuya esta salida de alto nivel, para alimentar a cualquiera de varios cables. La siguiente figura muestra una unidad principal y puente con capacidad para “dirigir la señal” (división de señal) en un sistema de transmisión de un solo sentido.
La siguiente figura muestra la misma unidad con la adición del amplificador de retorno, como en un sistema de transmisión de dos sentidos. Se muestra el flujo de información para ambas direcciones de transmisión y será instructivo seguir toda la transmisión, a través de la unidad, en ambas direcciones. La energía de alta frecuencia lanzada desde el extremo distante de un cable coaxial, entra a la caja por el lado izquierdo del diagrama. Esta energía se presenta al puerto común
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes de un filtro high-low (altas- bajas) de RF. Esta unidad se ha diseñado para que las señales de alta frecuencia “vean” una alta impedancia en el lado Baja y, por ello, salgan de la unidad por el puerto de Alta RF. Pasan a través de un ecualizador, cuyo propósito se verá en un capítulo de subsecuente y se presentan a la entrada del módulo de Ganancia de RF de alta frecuencia. Después de ser amplificadas, las señales se presentan a un Acoplador Direccional. Una salida de esta unidad pasa cierta energía RF de alta frecuencia a otro filtro para alta o baja RF, idéntico al que ya encontramos al entrar a la caja. De nuevo las señales de alta frecuencia encuentran alta impedancia en el lado RF Baja de este filtro y las señales de RF Alta se lanzan al cable coaxial por la salida de la caja y se propagan por el cable hacia subsecuentes dispositivos o amplificadores. El segundo puerto del acoplador Direccional antes mencionado, dirige parte de la energía de alta frecuencia, a la entrada de un módulo puente de alta ganancia, que funciona como lo describimos en la figura anterior. La salida de dicho módulo puente presenta de nuevo un filtro alta – baja RF, en el puerto de alta. Estas señales “ven” una impedancia alta en el puerto de baja y se dirigen al puerto común de salida de este filtro. Aquí entran al director de señal o unidad divisora de señal y son lanzadas a dos o más cables de distribución o alimentadores. De esta manera, las señales de RF de alta frecuencia Downstream se amplifican cuando se requiere (y hasta más). Al utilizar módulos separados de ganancia para cables de servicio “troncales” o “through” y para cables de servicio de distribución o alimentadores, tenemos un control individual del nivel de señal.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Ambas salidas de señal, troncal y alimentadores, tienen controles independientes de ganancia de los módulos de ganancia. Podemos, si así lo deseamos, ajustar niveles de la señal de salida a diferentes amplitudes. La utilidad de esta flexibilidad será aparente a medida que avancemos en el tema. Sigamos la pista de flujo de señal para las transmisiones Upstream. La energía de RF en bajas frecuencias se presentaría a la caja por el cable que entra desde el lado derecho del dibujo. Por supuesto, estas señales se originarían mucho más abajo en el sistema. Se presentan al puerto común del filtro RF Alta/Baja y ven una impedancia alta en el puerto de alta frecuencia. Pasan a través de un dispositivo que combina señales y se presentan al puerto de entrada del módulo de ganancia para bajas frecuencias. Después de su amplificación, la energía de baja frecuencia del filtro RF alta- baja, en la parte izquierda del diagrama. Estas señales ven una alta impedancia en el puerto de altas frecuencias de este dispositivo, por lo que salen sobre el puerto común del filtro y se lanzan el cable coaxial que está conectado a este puerto. Las señales de baja frecuencia recogidas por el sistema con los cables de distribución o alimentadores, entraran a la caja amplificadora en estos cables y, como el Director de señal o divisor no tiene cualidades direccionales o de discriminación de frecuencias, estas señales transitarán por esta unidad y se presentaran al puerto común del filtro RF alta – baja. Al ver una alta impedancia en el puerto de altas frecuencias de este filtro, salen a través del puerto de baja frecuencia. Se presentan al dispositivo combinador de señales, (casi siempre se emplea un acoplador Direccional) y se combinan con las otras señales hacia arriba, de baja frecuencia, que vienen desde el cable de la derecha, cuya trayectoria ya seguimos a través del amplificador. Téngase presente que existe una tercera trayectoria de transmisión a través de la caja, usando los mismos cables coaxiales y que es la trayectoria de muy baja frecuencia empleada para llevar energía al amplificador a través del sistema. La variedad disponible de configuraciones amplificadoras es muy extensa, incluyendo en algunos casos, módulos de respaldo o redundantes, por cada unidad activa dentro de la caja pero, en esencia, todas ellas son simples combinaciones de los ejemplos ya descritos. El técnico debe ser capaz de seguir el flujo de la señal a través, inclusive, de la más compleja combinación, dada una comprensión básica de los elementos internos de un amplificador y de sus funciones. Las cajas amplificadoras (o para amplificadores) van selladas contra la intemperie; están hechas de aluminio, con tapas abisagradas y pueden montarse en el exterior, sea sobre los postes o directamente y suspendidas por los alambres mensajeros que soportan el cable (acero); pueden adaptarse para montarse dentro de sistemas subterráneos.
Resumen Amplificadores: Son elementos activos dentro de una Red de Cable, ya que consumen energía eléctrica y son capaces de variar las características de la señal de RF. Se utilizan para mantener la ganancia unitaria del Sistema de Distribución, supliendo las pérdidas del cable coaxial sufridas tanto por distancia como por frecuencia. De esta forma, los amplificadores son puestos en cascadas, entre las cuales van los elementos pasivos.
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Ruta de Retorno: Es utilizada para llevar señales que provienen desde el Suscriptor, con ruta hacia el CRC. Esta información puede ser: una Caja Digital reportándose con el Servidor, Cable Módem haciendo un requerimiento de conexión a Internet, un sistema de monitoreo ubicado en puntos de la Red para ser analizado en un Centro de Monitoreo (N.O.C.) o cualquier otro tipo de información. El proceso que sufre esta señal de retorno es muy similar a la detallada para Forward, de acuerdo a lo que indica la figura.
El Filtro Diplexor Puesto que las señales en ambos sentidos viajan por el mismo cable coaxial, al entrar a un amplificador, se requiere algún tipo de circuito que separe el flujo de señales en ambas direcciones para poderlas amplificar. Este circuito es el filtro Diplexor que se encuentra a la entrada y salida de cada estación amplificadora. Electrónicamente hablando, es un filtro bidireccional consistente en un filtro pasa-altos en la dirección hacia delante y un filtro pasa-banda en la dirección de retorno.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Fuentes de Energía CA Dentro de un sistema, se van montando con periodicidad las fuentes de energía, sobre un poste, en gabinetes a prueba de intemperie, o en cajas pedestales para instalaciones subterráneas. Estas fuentes requieren una entrada primaria desde el sistema local del distribución de energía usual comercial (117 voltios, 60 Hz CA) y producen un voltaje CA más bajo (típico 60 voltios) para aplicarse al propio cable coaxial. Estas unidades incluyen regulación para corregir las variaciones del voltaje de entrada. La salida, en general, es una onda cuasi cuadrada y no senoidal, lo cual permite una mejor transmisión de la energía. El cable coaxial puede extenderse en forma física hasta y a través de la fuente de energía para la aplicación de los 60 voltios de CA pero, con más frecuencia, se usa un Insertor de Energía. Esta unidad tiene una transmisión muy baja de pérdida de RF nominal por inserción, y la energía de RF queda por completo restringida del puerto para CA, es decir, la RF no pasa hacia la fuente. La energía puede aplicarse, según se necesite, a uno o ambos puertos de RF, por medio de conexiones dentro del propio Insertor. Las fuentes de energía del sistema no deben confundirse con fuentes de energía de amplificadores individuales. Las fuentes del sistema aceptan 117 voltios 60 Hz como entrada de energía comercial y producen 60 voltios Hz de salida que se utilizan para extender la energía de operación aun cierto número de amplificadores dentro de una sección del sistema. Las fuentes de energía de amplificadores individuales son módulos dentro de una caja amplificadora que aceptan la energía al bajo voltaje de 60 Hz desde el cable coaxial, lo rectifican a CD (corriente directa) y lo regulan, suministrando así energía de corriente directa de operación para los módulos activos localizados dentro de esa caja individual para equipo.
Dispositivos Pasivos para Sistemas Coaxiales Se requiere una variedad de dispositivos en sistemas prácticos de transmisión coaxial para acomodar cables en derivación o líneas de excitación y también para alimentar señal a los cables de acometida para servicio a los abonados. Estos dispositivos se consideran pasivos porque no proveen amplificación o ganancia y no consumen o
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes requieren energía de operación para realizar sus funciones. Sin embargo, deben dejar pasar energía de CA a través de ellos para alimentar dispositivos activos subsecuentes tales como amplificadores. Estos dispositivos pueden caracterizarse por pertenecer a tres categorías básicas principales: 1. Divisores 2. Acopladores Direccionales 3. Taps para abonados
Divisores Un divisor es un dispositivo que reparte por igual la energía RF de entrada, entre dos salidas. Es conveniente referirse en deciBeles (dB) a la pérdida del divisor. Si la mitad de la potencia se dirige a cada uno de los dos puertos de salida, la energía de RF disponible en cada uno de los puertos de salida, la energía RF disponible en cada uno de dichos de dichos puertos está, en teoría, 3 dB más abajo que el nivel de la señal en el puerto de entrada. Pero el divisor en si tiene algunas pérdidas inherentes, así que un divisor de dos salidas se especificara como que introduce 3.5 dB, o más de pérdidas de transmisión en cada uno de los puertos de salida. Son posibles las combinaciones de divisores para producir salidas de tres o cuatro vías, en este caso la pérdida de transmisión es tan solo una función de cuantas veces se ha dividido a la mitad la energía de entrada. Por ejemplo, nótese que el divisor de tres salidas mostrado tiene un puerto de salida con una pérdida de 3.5 dB y los otros dos puertos con una pérdida de 7 dB.
Debido a que la energía para operar amplificadores también se pasa a través del sistema junto con las propias señales de RF, los divisores están equipados con circuitos que permiten el paso de energía de 60 Hz independiente de la energía de RF. La energía puede
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes pasar a través de todos los puertos de salida o hacia atrás, a través del puerto del entrada desde cualquier puerto de salida, sin afectar las características de transmisión de RF de la unidad. También posible aislar cualquier ramal especifico o puerto para propósitos de energía CA, sin afectar la transmisión de RF.
Los divisores pueden usarse también para combinar dos fuentes de RF en una salida y a menudo se emplean con este propósito en las cabezas de TVC un divisor no tiene Directividad alguna desde la entrada hacia cualquier puerto de salida pero sí se introduce cierto aislamiento, o pérdida mayor, entre los propios puertos de salida. Y, como en todos los dispositivos de un sistema coaxial, los divisores se especifican por el fabricante también en cuanto a pérdida del retorno, parámetro que examinaremos más adelante. Los divisores están disponibles para instalaciones exteriores, con montaje en el mensajero y también en configuraciones de interiores en las casas del abonado para dar servicio a televisores adicionales, o en el CRC para combinar señales, no incluyen circuitos que permitan el paso de la energía. Los parámetros especificados en forma usual para divisores deberán incluir lo siguiente: 1. Número de puertos de salida 2. Banda de paso, en MHz 3. Pérdida de inserción, en dB 4. Pérdida del Retorno, en dB 5. Aislamiento entre puertos de salida, en dB 6. Capacidad de paso de CA, en Amperios
Acopladores Direccionales Un acoplador direccional puede emplearse cuando sólo una parte de la energía de RF en el cable debe dirigirse a una derivación o cable de alimentación. Puede
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes perfeccionarse el nivel de la señal presentando en la derivación, escogiendo el valor del acoplador. Como lo indica su nombre, el acoplador Direccional tiene una Directividad. La energía RF aplicada al puerto de entrada del dispositivo, pasará a través del dispositivo y aparecerá en el puerto primario de salida. El puerto Tap, o en derivación, también recibirá parte de la energía de RF de entrada y la cantidad de energía derivada dependerá del valor en dBs del acoplador. Es obvio, que si se deriva más energía quedara disponible en el puerto principal de la salida. El acoplador exhibirá alta pérdida en el puerto de salida a todas las señales presentadas en el puerto derivado o Tap; a esto se le llama “aislamiento”. La energía de Rf reflejada en el puerto del Tap debido a desacoplamiento de impedancia, u otra irregularidad del sistema, aparecería atenuada, en el puerto de entrada, en un valor igual al valor del acoplador, pero la energía de RF reflejada que aparezca en el puerto de salida del dispositivo estaría atenuada mucho más que por el valor del acoplador, como se muestra con los valores de la tabla de parámetros, que son valores de un fabricante para unidades con un ancho de banda de hasta 300 MHz.
Los acopladores direccionales también se usan dentro de las cajas de los amplificadores, para derivar niveles más bajos de energía que el de las señales de entrada hacia los amplificadores puente, para puntos de prueba de amplificadores y amplificadores con AGC (control automático de ganancia) y con ASC (control automático de pendiente). Debido al aislamiento que pueden suministrar, los acopladores direccionales se usan algunas veces en las cabeceras para combinar las salidas de equipo procesador de señales. Los amplificadores pueden llevar acopladores direccionales o divisores de enchufe en sus circuitos de salida para suministrar alimentación a cables separados. Al igual que con los divisores, es usual que se construyan circuitos de paso y puenteo de energía, en acopladores del tipo para exteriores y como ya lo mostramos en la figura anterior, las versiones para interiores por lo común no pasan energía. Valor del Acoplador (dB)
Pérdida de Inserción (dB)
7 10 13 16 20
1.7 1.1 0.8 0.6 0.4
Pérdida en Aislamiento Derivación (dB) (dB) 7.3 10.6 12.7 16.2 20.6
22 25 28 31 35
Parámetros de los Acopladores Direccionales
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Las especificaciones para un acoplador Direccional deben incluir: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Valor en derivación, en dB Banda de Paso, en MHz Pérdida de inserción, en dB Pérdida del Retorno, en dB Aislamiento (salida a salida), en dB Capacidad de paso de CA, en Amperios
Taps para Abonado Los taps se utilizan para derivar energía de RF procedente del cable coaxial, y alimentar a los cables de acometida que dan servicio a los abonados. Se dispone de taps para alimentar dos, cuatro u ocho acometidas de servicio desde cualquier unidad. Como los niveles de señal serán distintos en diferentes puntos a lo largo del sistema de cable y, como tenemos que derivar del cable también en diferentes puntos, se dispone de una variedad de valores de derivación. De esta manera, podemos presentar un nivel de entrada de señal relativamente parejo, a todas las acometidas de servicio, sin importar dónde se encuentren a lo largo del cable.
En la siguiente tabla el numeral 2 significa un Tap de dos salidas y el numeral 4 denota un Tap de 4 salidas. Los Taps designados con el sufijo T, tal como 2T y 4T, son Taps terminales y no hay puerto para el cable de salida en tales unidades. Se emplean con exclusividad en los extremos de corridas del cable donde no se requiere extensión del cable.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes No. De Puertos 2T 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4T 4 4 4 4 4 4 4 4
Pérdida al Tap (dB) 4 8 11 14 17 20 23 26 29 32 7 11 14 17 20 23 26 29 32
Pérdida en Insección (dB)
Aislamiento (dB)
2.8 1.5 1.0 0.7 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4
23 26 29 32 35 38 41 44 47
2.8 1.7 1 0.7 0.6 0.4 0.4 0.4
26 29 32 35 38 41 44 47
Parámetros de Tap para abonados Los tipos modernos de taps con acoplador Direccional podrían considerarse como una combinación de un acoplador Direccional y de uno a varios divisores. La siguiente figura muestra un acoplador Direccional alimentado a un Tap de cuatro salidas, el cual se obtiene al conectar en cascada un divisor con otros dos que le siguen. La pérdida de inserción, aislamiento de Tap a salida y pérdidas de entrada a Tap, son similares a las de los acopladores direccionales que vimos con anterioridad. Además, los Taps se diseñan para proporcionar una pérdida relativamente alta de aislamiento entre salidas individuales en derivación, para reducir la interferencia no deseada entre estaciones abonadas alimentadas por el mismo Tap. La selección de un valor específico de Tap se hace durante el diseño del sistema y debe considerar el nivel deseado de señal para alimentar a la acometida de servicio al nivel de señal disponible en el cable de transmisión en el punto donde va a colorase el Tap fuera +33 dBmV, podría usarse un Tap de valor 23 dBmV. Esto producirá + 10 dBmV en cada uno de los puertos del Tap, ya que el nivel de señal de entrada era de + 33 dBmV e impondría una pérdida de inserción a lo largo del cable principal o derivado, de 0.4 dB si fuera un Tap de dos salidas y de 0.6 dB si fuera un Tap de cuatro salidas. Los Taps para exteriores, con montaje en el mensajero, dejan pasar energía CA que ha de suministrarse a subsecuentes amplificadores en el sistema, igual que los acopladores y los divisores.
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Si se instala un Tap sin terminación, al final de una corrida de cable, habrá que terminar el puerto de salida de ese Tap, para evitar reflexiones de RF debido a un desacoplamiento de impedancia. En forma usual, los Taps para exteriores no pasan energía de CA a las acometidas d servicio y, en instalaciones para hoteles y apartamentos se usan versiones para interiores de Taps acopladores direccionales que no pasan energía en absoluto.
Taps Activos para Abonado Aunque los Taps que acabamos de ver son pasivos por completo, es decir, que no requieren energía de operación para realizar sus funciones, hay algunos taps para abonados que son unidades activas y sí consumen energía para su operación. Estas unidades se emplean en sistemas donde se realiza cierto tratamiento de la señal en el mismo Tap y no dentro de las propiedades del abonado. Una filosofía de diseño de sistemas transfiere una cantidad significativa de sofisticación para la terminal del abonado, haciéndolo hacia el Tap del sistema, en lugar de aplicarla en las premisas del abonado. En tales sistemas, los Taps son muy sofisticados y requieren alguna fuente de energía para su operación. Las funciones típicas realizadas por taps activos de este tipo son conversiones de frecuencia y decodificación de señales, como las que el convertidor de abonado realizarían en otros sistemas. Muchas unidades de este tipo son abordables desde el CRC y pueden activarse y desactivarse sin una visita real de un técnico.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Tap condicionado o ventana de reversa condicionada Los Taps ventana de Reverse están diseñados para proporcionar beneficios en la red HFC en Taps con alto nivel de señal de Upstream y con significativa pendiente (up-tilt), por lo regular colocados en lugares cercanos a el nodo y amplificadores, hay tres valores en los taps condicionados: Tap 26, 29 y 32 dB.
Tabla de valores: Tap 2 salidas
Tabla de valores: Tap 4 salidas
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Tabla de valores: Tap 8 salidas
Tabla de valores: Tap Condicionado 2, 4 y 8 salidas.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Ecualizador de Línea Componente que permite ajustar y compensar las frecuencias, cuando las frecuencias altas se vuelven bajas y las bajas se vuelven altas.
Insertor de Potencia Dispositivo utilizado para mezclar la señal de RF y la energía eléctrica.
Otros Dispositivos Pasivos Existe una variedad de dispositivos pasivos subordinados o dependientes usados en sistemas de cable coaxial. Por ejemplo, las cargas terminales, se usan para “terminar” extremos del cable o puertos no empleados de dispositivos, con el objeto de evitar la creación de desacoplamientos y, así, reducir al mínimo los ecos y las reflexiones de RF. Estas cargas terminales debieran colocarse en las conexiones de salida del Tap donde no haya conexiones de acometidas. Una gran variedad de dispositivos de enchufe, localizados dentro de la misma caja amplificadora, se usan junto con los amplificadores, tales como pads, o atenuadores, ecualizadores, filtros bidireccionales y ecualizadores térmicos. Se usa un ecualizador para corregir o introducir distorsiones de respuesta de frecuencia, por ejemplo para “inclinar” la respuesta del amplificador, o para compensar la inclinación de la respuesta introducida por el cable coaxial de interconexión. Los filtros bidireccionales separan secciones del espectro en el sistema, de modo que cierta parte del
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes espectro puede usarse para la transmisión en una dirección mientras otras opciones del espectro se usan para transmitir en la dirección inversa.
Especificación del Ancho de Banda En las tablas anteriores presentamos características de transmisión de algunos Taps de abonado y acopladores direccionales típicos. Nótese que los dispositivos especificados se identificaron para uso con un ancho de banda de un sistema de 300 MHz. Cuando se establece el ancho de banda de un sistema, por ejemplo de 300 o 400 MHz, todos los dispositivos empleados en dicho sistema deben presentar la misma o mayor capacidad de ancho de banda más amplio. Cuando se especifica el ancho de banda de un dispositivo y las pérdidas de transmisión también manifiestan, ello significa que las manifestadas, a cualquier señal cuya frecuencia esté dentro del ancho de banda especificado para el dispositivo. Por ejemplo, un acoplador especificado que presenta 7 dB de pérdida al puerto derivado, e identificado como un dispositivo para 300 MHz, no presentara más de 7 dB de pérdida a cualquier señal a 300 MHz o a menor frecuencia. Sin embargo, puede presentar menos de 7 dB de pérdida en algunas porciones de su ancho de banda de transmisión. Al diseñar artefactos, o dispositivos o amplificadores, es difícil lograr con precisión las mismas características de transmisión a través de todo el ancho de banda del dispositivo. A medida que se incrementa el ancho de banda del sistema, por ejemplo desde 220 hasta 450 MHz, el ancho de banda de todos los dispositivos y amplificadores también debe incrementarse. Las variaciones de las características de transmisión, para un dispositivo de banda más amplia, serán más pronunciadas y más difícil será reducirlas on respecto a un dispositivo de banda más angosta.
Resumen Existen demasiadas configuraciones de equipo para exponerlas aquí pero, en esencia, todas son combinaciones de las unidades que se han descrito con anterioridad. Si se entiende bien la función básica de cada tipo de unidad, es posible analizar cualquier combinación de equipos siguiendo el flujo de la señal como hicimos aquí.
Ruido A medida que las transmisiones pasan a través de un sistema coaxial, las propias pérdidas del cable pueden compensarse insertando ganancia de amplificadores. Cada uno tales amplificadores introducen ruido y distorsión. Es obvio que, entre más largo sea el sistema, mayor será el número de amplificadores requeridos en tándem o cascada y más altos se volverán los niveles de ruido y distorsión. El objetivo es producir una conducta de transmisión de calidad aceptable y práctica, desde el punto de vista económico. La transmisión, la peor o la más pobre, se encontrara en un punto del sistema donde las señales transportadas hayan pasado a través del mayor número de amplificadores.
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Deterioro por el ruido en imágenes de TV Aunque hay diferencias de opinión entre muchos ingenieros de TVC sobre cuanto ruido puede tolerarse en las imágenes de televisión que llegan a los abonados, se han conducido varias pruebas por parte de diversas entidades y, con propósitos de comparación, se aceptan algunas normas sobre el particular. En general, se conoce como “nieve” a la apariencia visual del ruido en las imágenes, pero el ruido se hace perceptible a un espectador y tal vez es un problema para otros, a niveles más bajos de los que producen mucha nieve. Igual que el ruido audible, en sistemas de audio o circuitos telefónicos, es una cuestión de la percepción del que escucha, así es la presencia del ruido en imágenes de televisión. Con lo anterior podemos decir que ciertos niveles de ruido que podían no ser percibidos por algunos espectadores, pueden ser un problema para un observador entrenado o más exigente. En el análisis final, el único método para establecer referencias estándar o normalizadas es el de la observación subjetiva, en la que un gran número de espectadores se exponen al mismo nivel de ruido en una imagen y, de alguna manera, los resultados se cotejan se comparan o se confrontan. Cuando se establecieron las normas para el ruido, en circuitos telefónicos, se requirieron series detalladas de pruebas subjetivas similares. Una serie de pruebas a las que a menudo se hace referencia, fueron conducidas por la Organización para el estudio de Asignaciones en Televisión (TASO) y los resultados se publicaron en un reporte a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en 1959. Con la corrección de estos resultados, para un ancho de banda de 4 MHz, podemos construir la siguiente tabla. Clasificación TASO de la Imagen 1. Excelente (nieve no perceptible) 2. Buena (nieve apenas perceptible) 3. Pasable (nieve perceptible en forma definitiva pero que no es un problema) 4. Marginal (nieve que puede ser un problema) Clasificaciones TASO
Relación S/R 45 dB 35 dB 29 dB 25 dB
Es importante reconocer que una vez que el nivel de ruido está por debajo de un nivel de percepción visual, de ahí en adelante, las mejoras en la relación Señal a Ruido (S/R), no presentan mejoría alguna en cómo el espectador ve la imagen. Si no puede verse el ruido, entonces menos ruido no se percibe como mejoría. Pero el Ruido si se acumula en los sistemas y resulta, como practica sana, buena y prudente de ingeniería, proveer cierto margen para niveles de ruido más altos y subsecuentes, tales como los que en forma inadvertida podrían desarrollarse por problemas en el equipo, o envejecimiento sobre un período de tiempo.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Una norma de gran aceptación, para una acumulación que no presenta problemas de ruido, en un sistema de transmisión por cable coaxial, es una Relación S/R, en 4 MHz de ancho de banda, de casi 39 dB. El diseñador del sistema es libre de imponer una norma más severa de C/N o RPR, pero debe conocerse que tal acción estará acompañada de una penalidad en el costo. Esta más allá de los propósitos de este texto el tratamiento de las normas. En su lugar, nos enfocaremos en la comprensión del ruido y su acumulación en los sistemas, ya que cualquier trabajo particular de diseña puede producir cualquier nivel de conducta en la calidad de transmisión que pudiera requerirse.
Cifra o Figura de Ruido Cualquier amplificador, e inclusive una sola resistencia, generarán cierto ruido interno, debido al movimiento azaroso de los electrones dentro del mismo material conductor. A ésta puede llamársele penumbra de ruido térmico y, se introdujeran señales de entrada a este mismo nivel de amplitud, ellas no podrán distinguirse con respeto al ruido generado. En tal caso, la relación S/R sería cero, porque no habría diferencia de amplitud entre el ruido y la señal introducida. Los factores que involucran al calcular el ruido generado en un dispositivo, incluyen al ancho de banda del dispositivo, la temperatura del dispositivo y la impedancia. Puede demostrarse que el ruido térmico, en un amplificador teórico, perfecto, es -59 dBmV, en un canal de 6 MHz, el cual puede considerarse como un canal de TV en un sistema de 75 ohmios. Por lo tanto, ningún amplificador introducirá menos ruido que éste. Todo amplificador individual puede ser especificado por su fabricante en cuanto a que tiene una figura de ruido (NF o FR), en forma usual declarada en dBs. Ello identifica cuan cerca de la penumbra térmica teórica se comporta dicho amplificador o bien dicho de otro modo. Cuanto ruido por encima del irreducible nivel de penumbra térmica de ruido (59dBmV), será generado dentro de tal unidad. Esta relación se muestra en la siguiente figura. Vemos que dada una figura de ruido FR de 9 dB arriba de -59 dBmV (penumbra térmica) lo que sería -50 dBmV. Es obvio que un valor más bajo de NF o FR indicaría un amplificador de mejor calidad, porque produce ruido de menor amplitud, que es menos destructor. Una figura de ruido (menor) mejoraría la penumbra de ruido en el amplificador como lo muestra la figura. Si por ejemplo, la FR fuera de 7 dB, el amplificador generaría sólo 7 dB más de ruido por encima del punto teórico de penumbra de -59 dBmV y, por lo tanto, la penumbra de ruido del amplificador sería de -52 dBmV.
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Una vez seleccionado el amplificador, estableciendo así la cifra de la figura de ruido y, como no cambiara la penumbra teórica del ruido térmico, el único factor que está bajo el control del diseñador del sistema, respecto a cuanto ruido introducirá un amplificador a ese sistema, es el nivel de la señal que se presente a la entrada del amplificador. El diseñador puede manipular, por selección, el nivel de entrada y controlar así con la contribución del ruido. Puede haber condiciones bajo las que se opera un amplificador que hacen menos importante que la unidad tenga una buena figura de ruido. Considérese el caso en que un amplificador fuera localizado dentro de un sistema de tal modo que siempre tuviera un alto nivel de señal de entrada. En tal caso, la RPR puede ser tan buena que el sistema pudiera tolerar una relación más baja sin comprometer la transmisión al final del sistema.
Relaciones Señal/Ruido y Portadora/Ruido (RSR y RPR) En nuestras discusiones siempre estaremos muy interesados en Portadoras RF que hayan sido moduladas con señales de video y audio, así como el ruido que pudiera estar presente en el espectro de transmisión ocupado por esa portadora RF y, por lo tanto, es apropiada la terminología “Relación Portadora a Ruido” (RPR). Pero si demodularamos la señal extrayéndola de la portadora RF (como lo hace, por ejemplo, un receptor de televisión), recuperaríamos la información original (video, audio etc.) también encontraríamos ruido presente. Podemos medir tanto la señal como el ruido y establecer la relación entre ellos. A esta se la llama “Relación Señal a Ruido” (RSR) y, por definición, es la relación entre la información presente de banda- base, o información no- modulada y el ruido presente dentro el mismo espectro. Portadora a Ruido (RPR) es la relación entre la señal portadora presente y el ruido presente dentro del mismo espectro. Igual que como RSR, podemos medir tanto el ruido presente en un ancho 4 MHz, así como la amplitud de la portadora de una señal presente en el mismo ancho-de-banda.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Hay una equivalencia entre las relaciones RPR y RSR. Si el sistema de transmisión de RF fuera en particular ruidoso (una pobre RPR), el dispositivo demodulador tendría mayor dificultad al diferenciar entre la portadora y el ruido. El resultado sería una RSR más pobre en la información original. Para cualquier RPR de RF dada, se acepta en general que la RSR es 4 dB menor. Por lo tanto, un STVC que produce una RPR de, digamos, 46 dB, se esperaría que produciría una conducta RSR de 42 dB en cualquier señal demodulada que este trasportando. Sin embargo, al referirnos al sistema de transmisión en sí (al sistema de cable coaxial), necesitamos puntos de interfaz con interfaz definida con claridad. Vamos a tener que especificar la conducta a través de la planta sola de cable. Debido a que todas las señales presentadas a, pasadas a través de y recuperadas desde, la planta de cable, son portadoras de RF en operaciones de STVC, en forma usual nos confinamos a RPR en discusiones técnicas.
Relación Portadora a Ruido (RPR) En análisis y diseño de sistemas, es mucho más conveniente usar la relación entre el nivel de ruido y las portadoras transportadas de RF, y no el nivel mismo de la potencia de ruido. Esta relación es conocida como portadora a ruido (RPR) y es mucho más conveniente medirla, así como más adaptable para cálculos de ingeniería. Como se dice antes, la RPR es la diferencia en amplitud entre la portadora deseada de RF y el ruido presente en esa proporción del espectro ocupada por la señal deseada. Se expresa en deciBeles para denotar la razón o relación entre los dos. La naturaleza del ruido térmico generado en el interior, no es sensitiva a la frecuencia; esto es, el ruido presente tiene la misma amplitud a través de todo el espectro del que hablamos. Visto sobre un osciloscopio, el ruido aparecería como una amplia señal con la misma amplitud relativa a través de toda la banda medida. Si es limitado el espectro de interés, por ejemplo en un canal de voz de, digamos 3KHz de ancho-de-banda, sólo cuenta el ruido presente en los 3 KHz ocupados por la información misma de audio. En un sistema de banda amplia, tal como un sistema coaxial debemos estar interesados en el ruido presente en un canal de 4 MHz que es una sola señal de TV, pero el ruido que está presente en cualquier otra parte del espectro no tendrá efecto perjudicial sobre la señal de TV que está en los 4 MHz que estamos viendo. Por lo tanto, la contribución del ruido, en sistemas de banda amplia, es independiente del número de canales de TV que este transportando el sistema y la potencia de ruido es de la misma amplitud a través de todo el espectro del sistema. En efecto, las consideraciones de ruido son idénticas para todos los canales en un sistema, independiente de si son muchos o pocos los canales que este transportando el sistema.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Calculo del RPR La fórmula para calcular el RPR, para un solo amplificador es:
RPR = Sigin + 59 - FR
En el cual RPR = relación P/R para un solo amplificador en dB Sigin = nivel de señal de entrada, en dBmV 59 = ruido térmico en una banda de 4 MHz FR = Figura de ruido del amplificador, en dB
Por ejemplo, un amplificador con una FR de 9 dB al que se le presenta una señal de entrada de +5 dBmV, producirá una PRP de 55 dB como se indica:
RPR = Sigin + 59 – FR = + 5 + 59 – 9 = 55 dB
Es posible y conveniente construir un sistema nomográfico que refleje la relación de los tres factores y pueda usarse con un borde o regla recta en el nomográfico mostrado en la siguiente figura un borde recto usado para conectar un nivel de entrada de +5 dBmV sobre la escala vertical de la izquierda, con una figura de ruido de 9 dB sobre la escala de la derecha indicara una RPR de 55 dB en la escala del centro esto concuerda con los niveles anteriores.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Combinación de RPRS Al construir sistemas, estaremos obligados a conectar varios amplificadores en cascada y, de hecho, también varios elementos separados y básicos de sistema. Por ejemplo, un sistema incluirá una fuente de señales, o Cabecera, que colectará, procesará, y combinará una multiplicidad de señales de televisión. El proceso implica el uso de dispositivos activos o consumidores de energía y, por ello, cada una de tales unidades introducirá ruido. Cada amplificador, en una cascada de amplificadores, también introducirá algún ruido. El efecto líquido, o neto, es que los transistores a través de todo el sistema habrán incurrido en cierta adición de ruido proveniente de todas esas fuentes de ruido combinadas y esto puede calcularse como la relación portadora a ruido del sistema total. Entonces, no podemos evitar el hecho de tener que combinar RPRs total o compuesta. Como estamos hablando de potencia de ruido, la combinación o adición de niveles de potencia de ruido sería una suma de potencias. Se puede determinar con facilidad la potencia del ruido generado dentro de un solo amplificador. La adición de un segundo amplificador en tándem, o en cascada con el primero, requeriría la adición de dos potencias iguales de ruido, si ambos amplificadores fueran idénticos y estuvieran recibiendo el número de amplificadores idénticos, estamos sumando dos potencias iguales de ruido y la potencia de ruido resultante deberá ser 3 dB mayor que cualquiera de las individuales.
Especificaciones del Equipo Es importante que comprendamos cómo fueron desarrolladas las especificaciones de los amplificadores individuales, para no introducir serios errores en nuestros cálculos. En la mayoría de los equipos que utilizaremos, el amplificador incluye accesorios opcionales de enchufe, así como un módulo real productor de ganancia. La mayoría de los fabricantes especifican la FR del amplificador a la entrada del propio módulo de ganancia, ya que ellos no pueden predecir qué unidades de enchufe pueden emplearse en forma subsecuente. Si tal unidad fuera equipada con equipo opcional dentro de la caja del amplificador, delante del módulo de ganancia, las pérdidas de inserción de estas partes podrían producir una FR efectiva a la entrada de la conexión del cable a la misma caja, que podría ser más pobre que la FR especificada para el módulo solo.
Ecualización y EPR El ruido producido en las etapas de entrada de un amplificador es “plano”, en su naturaleza; esto es, está a la misma amplitud para todas las frecuencias dentro de la banda de interés. Por lo tanto, la RPR de un amplificador o de un sistema completo de muchos amplificadores, sería independiente del número de canales de TV, o portadoras para otros servicios transportados por el sistema. Esto es verdad sólo si todas las portadoras se presentan a las etapas de entrada del amplificador con amplitudes iguales. Este requerimiento, por ningún medio, es académico, ya que el propio cable coaxial presenta
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes diferentes características de pérdida de transmisión, a diferentes frecuencias de transmisión. Si vamos a proteger por igual la RPR para todas las portadoras transportadas, debemos ecualizar (igualar) los niveles de transmisión en proporción inversa a las características pérdida/frecuencia del cable.
Resumen Hemos visto como el ruido se introduce y se acumula en sistema y hemos entendido la selección de la FR del amplificador y la manipulación de los niveles de la señal de entrada durante el diseño del sistema, son factores ambos para producir cualquier RPR especificada al final del sistema de transmisión. Las pérdidas de transmisión y niveles utilizados en el texto son arbitrarios pera nuestros propósitos de ejemplo y, cuando utilizamos el término “manipulación” como se aplicó antes a los noveles de entrada de la señal, esta sería la determinación, por selección, de nivel de salida del amplificador precedente, perdida del cable seleccionado y en espacio permitido entre amplificadores. Sin embargo, todos estos factores están a la discreción del diseñador del sistema, quien tiene cierta libertad de selección sobre estos factores. La planta sola de cable de distribución no es , por supuesto, la única fuente de ruido en todo un STVC y hablaremos de esto más adelante; al diseñar, construir y mantener la planta de cable, necesitamos puntos lógicos de interfaz dentro de todo el sistema, así como especificaciones definidas de conducta entre, o dentro de, dichos puntos de interfaz. Por lo tanto, generamos especificaciones separadas para la planta de cable solo, que deben ser compatibles con otras fuentes de ruido cuando se considera todo el sistema, pero que pueden medirse y demostrarse a través de la planta sola de cable. También se ha visto que la especificación crítica del amplificador relativa al ruido, no es un factor complejo del todo y se restringe a la Figura de Ruido, que es independiente del número de señales que pasan a través del amplificador. Dada la FR, no hay nada más que realmente necesitemos saber acerca de las etapas o secciones de entrada de cualquier amplificador o receptor para destinar la unidad, con efectividad, a cualquier aplicación.
Distorsión por intermodulación Cualquier amplificador hará evidente cierto grado de no- linealidad entre las señales de entrada que se le aplican y las correspondientes señales de salida y esta no – linealidad introducirá cierto grado de distorsión a las señales que pasan a través de la unidad. La distorsión podría definirse como cambios en una forma de onda de señal, introducidos durante su transmisión a través de un circuito o dispositivo, esto es, la forma de onda de salida no reproduce con fidelidad a la forma de onda de la entrada. Entre más energía pase a través de unidad menos tendera a ser lineal y, en consecuencia, será más pronunciada la distorsión que introduzca.
Distorsión como fenómeno del sistema
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes En sistemas coaxiales de banda amplia, muchas señales de RF pasan a través de una sola etapa amplificadora y la energía de RF compuesta que se puede manejar, es muy significativa. Esto se complica por el hecho de que requerimos niveles de señal relativamente altos en cada portadora, a la salida de cada amplificador. Por lo tanto, la etapa de salida de los amplificadores en un STVC es susceptible a operaciones no lineales y producirá varios efectos indeseables llamados distorsiones por intermodulación (intermod). Este efecto toma varias formas, pero todas son el resultado de varias o muchas señales individuales inter-actuando con, o sobre, dada una de las demás. Un amplificador que pasa sólo una señal no producirá intermod, pero esta situación, para nuestros propósitos, es tan solo académica. Ya que es la etapa de salida de un amplificador a la que se pide pasar los más altos niveles de señales, la distorsión por intermodulación es un asunto que principalmente le concierne a esta parte de un amplificador y puede tratarse por completo independiente de la RPR, que es una función sólo de la etapa de entrada del amplificador. El amplificador introduce más distorsión de intermod cuando se requiere que la etapa de salida maneje niveles más altos de potencia de la señal. Entonces, la distorsión introducida será proporcional al nivel de salida al que operamos el amplificador. El resultado de la distorsión por intermodulación será la generación de muchas señales espurias, así como la transferencia o superposición de modulación (información) de una u otra portadora. A un cierto nivel de amplitud, la distorsión será visible como interferencia que altera la imagen de televisión. El nivel especifico de visibilidad puede ser diferente para distintas formas de distorsión, pero el diseñador de sistema está obligado a analizar la acumulación de distorsión en su forma más ofensiva, esto es, la distorsión que primero será visible en un sistema particular y asegurarse de que la distorsión inevitable que se acumule, permanezca muy por debajo del nivel de percepción del espectador.
Formas de Distorsión por Intermodulación Una forma de Distorsión de Tercer Orden es la transferencia o superposición de información modulada, de una a otra portadora de RF, y a la que se llama Modulación Cruzada o Mod-X. La Mod-X puede definirse como la relación, expresada en deciBeles, entre una información de video interferente o no deseada, con respecto a la información de video deseada que puede estar modulando a la misma portadora. Tal vez, con más precisión, es la relación entre el nivel de la modulación de video interferente respecto al nivel, a 100% de modulación, de la portadora que sería la que está produciendo la información deseada de video. En general se expresa como una relación negativa en deciBeles, pero a veces como porcentaje. Siempre que se pase más de una señal a través de un amplificador, la salida de dicho amplificador incluirá nuevas señales a frecuencias que no estaban presentes como entrada al amplificador. Es una forma de distorsión, llamada Distorsión de Segundo Orden, cuando dos señales que llamaremos f1 y f2 pasan a través de un amplificador no lineal encontraremos a la salida de la unidad las mismas dos señales originales (f 1 y f2) así como dos nuevas señales cuyas frecuencias son la suma y la diferencia de las frecuencias de las señales originales. Si cualquiera o ambas de estas nuevas señales espurias, a veces
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes llamadas Batidos de Segundo Orden, llegaran a caer en el espectro en el que estamos tratando de transportar una señal de televisión, estarían interfiriendo tal vez hasta el punto de hacerse visibles. Otra forma diferente de distorsión se llama Triple Batido y se hace evidente como señales espurias que se generan dentro de un amplificador cuando se pasan tres o más portadoras a través de la unida. Las señales espurias, conocidas como Triples Batidos, son productos, sumas y diferencias de cualquiera de las portadoras. También se generan combinaciones de distorsiones de intermod tales como el Triple Batido Compuesto, el cual representa el número total de batidos que pueden aparecer (que se apilan) en, o cerca de, una solo frecuencia. Debido al alto número de batidos si no están en fase coherente, el efecto sobre señales transportadas de video, es similar al ruido.
Resumen Los factores básicos que deben considerar el diseñador, en relación a la Mod – X u otras formas de distorsión por intermod, son carga de canales, niveles de operación a la salida y capacidad de salida especificada del amplificador. Como casi siempre se preestablece la carga de canales, por consideraciones de administración o mercadotecnia del sistema y la capacidad de salida es una constante fija una vez que se ha hecho la selección del equipo, el único factor básico que puede manipular el diseñador es el de los niveles de operación de salida del sistema. Hay técnicas, tanto de diseño de equipo como de operaciones del sistema, que reducirán algo de acumulación de Mod-X. por ejemplo, un diseño push - pull de los amplificadores, reduce en forma dramática la creación y acumulación de distorsión de segundo orden y. hoy por hoy, en general no se considera que dicha distorsión sea limitativa en el diseño de sistemas. Una técnica de diseño de amplificadores llamada “feed forward” presenta una ventaja muy significativa en la reducción de la distorsión de intermod, aunque introduce un alto grado de sofisticación en los propios amplificadores. También hay otra técnica de diseño de amplificadores llamada “power doubling”. Esta más allá del propósito de este texto discutir con profundidad diseños individuales de amplificador pero cuán superior pueda ser la capacidad de salida de las unidades empleadas, el proceso para determinar la distorsión por intermod que se acumulara en el sistema, debe también seguirse y el diseñador puede solo tratar estas unidades como dispositivos de alto rango y no como amplificadores libres de intermod. También es posible mejorar la conducta del sistema relacionado por armónicas las frecuencias portadoras. Esto no reduce los batidos producidos, pero los coloca dentro del espectro de transmisión del sistema de modo tal que son más tolerantes. En efecto, todas las portadoras de señal son espaciadas con precisión a 6 MHz de separación y, por lo tanto, todos los batidos generados se encuentran a incrementos de 6MHz. Como las señales de TV están moduladas al tipo “vestigio de banda lateral”, si los productos de batidos pueden ser manipulados para que caigan en, o cerca de, las portadoras RF, son mucho menos ofensivos a la información de video en la banda lateral.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Estos refinamientos están algo más allá del objetivo introductorio de un texto como éste, pero se recomienda con énfasis como temas valiosos para estudios posteriores.
Capítulo 2 Receptor Óptico Nodo o Receptor Óptico Es la interface entre la parte óptica y la parte de RF de la red. Ajustar los niveles correctamente en el receptor óptico es esencial para el buen funcionamiento de toda la parte coaxial. Todos los receptores están conformados por un circuito detector que demodula a la portadora óptica para extraer la señal de RF. Este módulo consiste de un diodo foto detector, de un circuito transimpedancia (para ajustar a los 75 W de la red), y una etapa amplificadora. Por ejemplo en el Fiber Deep, la salida del circuito detector que normalmente es el módulo AR, que alimenta a la etapa amplificadora de la estación, que no es muy diferente a un amplificador de distribución. Los nodos ópticos son los encargados de dar servicio a áreas de aproximadamente 500 hogares. Se ubican en armarios de intemperie, coincidiendo normalmente uno de los cuatro nodos ópticos terminales con la localización del nodo secundario del que depende. En el nodo óptico terminal se recibe la señal del camino descendente, procedente del nodo primario, a través de las redes secundaria y terciaria, se realiza la conversión óptico-eléctrica, y la señal resultante es amplificada y reenviada mediante las cuatro ramas de la red de distribución de coaxial hacia los abonados. Para el camino ascendente, se reciben las señales procedentes de los equipos de abonado, en el ancho de banda reservado a retorno, se combinan todas ellas y se realiza la conversión eléctrico óptica para su remisión hacia el nodo primario. La configuración del nodo óptico terminal se puede descomponer en dos grandes bloques: canal descendente y ascendente. La configuración es modular, integrada en un armario de intemperie, a diferencia en un HFC que no tienen concatenación con otros receptores. En resumen, un Nodo Óptico es un receptor de señales de luz (Fibra óptica), el cual las transforma a radio frecuencia (RF) para su transmisión a través de cable coaxial y viceversa cuando la señal tiene retorno.
Nodo escalable NC4000SG—Diagrama de bloque simplificado
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Receptores La entrada óptica desde la cabecera (o hub) es procesada por uno o más receptores, los que también permiten la salida de señal RF a las fases de amplificación de RF. Diversos receptores proporcionan diferentes filtros pasa banda y características de ecualización. El tipo de receptor depende de la división de frecuencia del nodo. El nodo NC4000SG requiere uno a cuatro receptores de vía de envío, cuando la cantidad de receptores depende de la segmentación de la vía de envío o de los requisitos de redundancia.
Bandeja del Amplificador de RF La bandeja del amplificador de RF OA4444SG consta de cuatro buses RF idénticos y cada bus admite una determinada cantidad de suscriptores. La RF de la vía de envío (≈50 a 1002 MHz) del receptor se guía a través del extremo de paso alto de un Diplexor, luego se amplifica, ecualiza y envía a un puerto RF común (P1, P3, P4, P6). La RF de la vía de retorno de los suscriptores (de ≈5 a ≈50 MHz) se guía a través del extremo de paso bajo del Diplexor; luego se procesa y envía al transceptor.
Transceptores La RF de vía de retorno se guía a través del Diplexor (en el amplificador de RF) hacia los transceptores, los que también permiten el retorno de información óptica a la cabecera (o hub). Hay una serie de transceptores disponibles. El tipo de transceptor depende de la frecuencia RF de retorno y de los requisitos de alcance óptico al siguiente nodo, cabecera (o hub). El nodo NC4000SG requiere uno o más transceptores, cuando la cantidad de transceptores depende de la segmentación de la vía de retorno o de los requisitos de redundancia para servicios Ethernet adicionales. Las señales ópticas de retorno desde varios nodos NC4000SG pueden encadenarse mediante una cadena de tipo margarita.
Transponedores Los transponedores se pueden utilizar en combinación con transceptores de vía de retorno si se requiere un alcance adicional o si se desea el retorno a través de las longitudes de onda DWDM. La salida óptica del transpondedor está en un canal ITU específico (según el modelo de transpondedor).
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Parámetros de Operación 1 GHz
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes 870 MHz
Salida de RF del receptor de envío en el punto de prueba -20 dB.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Capítulo 3 Cable Coaxial El cable coaxial se define como dos conductores metálicos que comparten el mismo eje y están separados por un material dieléctrico (no conductor). Es un cable formado por dos conductores concéntricos. El conductor central o núcleo está formado por un cable sólido de cobre, rodeado por una capa aislante que lo separa del externo, formado por una malla trenzada de cobre o aluminio. Todo el conjunto está protegido por una cubierta aislante. Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet). El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión en largas distancias. Presenta propiedades mucho más favorables frente a interferencias y a la longitud de la línea de datos, de modo que el ancho de banda puede ser mayor. Esto permite una mayor concentración de las transmisiones analógicas o más capacidad de las transmisiones digitales. Su estructura es la de un cable formado por un conductor central macizo o compuesto por múltiples fibras al que rodea un aislante dieléctrico de mayor diámetro. Una malla exterior aísla de interferencias al conductor central. Por último, utiliza un material aislante para recubrir y proteger todo el conjunto. Presenta condiciones eléctricas más favorables. En redes de área local se utilizan dos tipos de cable coaxial: fino y grueso.
Diferentes tipos de cable El empleo de cables coaxiales es indispensable para limitar las pérdidas que se verifican por irradiación todas las veces en que la frecuencia de las señales transmitidas sea del orden de los KHz: el conductor externo, además de conductor de retorno, cumple con la función de blindaje, con la consiguiente estabilización de los parámetros eléctricos
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Características de los cables coaxiales Impedancia Característica (Ohm) Todas las líneas de transmisión tienen una impedancia característica, ya sean pares metálicos torcidos en un cable telefónico, conductores abiertos sobre una línea postal, o cables coaxiales. La impedancia característica del cable coaxial es una función de la relación del diámetro del conductor externo, respecto al diámetro del conductor interno. La naturaleza del dieléctrico en sí, es un factor que influye en el establecimiento de la impedancia característica de los cables coaxiales. Se usa el término factor “K” para definir la Constante Dieléctrica de cualquier material dieléctrico. Algunos cables coaxiales utilizan el aire como dieléctrico y el aire tiene una constante dieléctrica de 2.3, y algunos cables usan un poli material, pero espuman el material con aire, o con un gas inerte, reduciendo la constante dieléctrica a 1.5. La fórmula para determinar la impedancia característica de un cable coaxial, con dieléctrico de aire, es:
Ejemplo: Cuando D = 0.75”, d = 0.175”, y K = 1.5, ¿Cuánto vale Z? Z = 138 x log
√
Z=
Z = 138 x log 3.4993 Z = 138 x 0.54398 Z = 75.1 ohmios
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes En el ejemplo usamos un cable con dieléctrico espumoso, con una constante dieléctrica de 1.5 y produjo una impedancia de 75 Ohms. Si incrementamos solo el diámetro del conductor central y no incrementamos el diámetro del conductor externo, la resistencia del conductor central sería más pequeña, reduciendo la pérdida de transmisión, pero la impedancia característica del cable resulta más pequeña.
Impedancia de transferencia (mili Ohm/m) Expresada en mili Ohm por metro, define la eficiencia del blindaje del conductor externo. 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 señales externas.
Capacidad (pF/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 pico faradios (10-12F) por metro. Varía con el tipo de material aislante y con la geometría del cable.
Velocidad de propagación (%) Es la relación expresada en porcentaje, entre la velocidad de propagación de la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz. Varía con el tipo de material aislante.
Atenuación (dB/100m) Es la pérdida de potencia, a una determinada frecuencia, expresada en decibeles 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 al funcionamiento del mismo. Disminuye al incrementarse la frecuencia y se mide en watios.
Tensión de ejercicio (kV) Es la máxima tensión entre 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).
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Pérdidas de retorno estructural (dB/100m) (Structural Return Loss - SRL) Son las pérdidas por retorno ocasionadas por la no uniformidad en la construcción (variación de los parámetros dimensionales) y en los materiales empleados, que produciendo una localizada variación de impedancia, provocan un "rebote" de la señal con la consiguiente inversión parcial de la misma.
Componentes Para poder responder a las más variadas condiciones de funcionamiento que se exigen para los cables coaxiales, es preciso el empleo de los más modernos materiales:
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 los aparatos que requieran buenas condiciones de soldabilidad (su uso incrementa la atenuación con relación al cobre rojo). 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) son prácticamente idénticas, a raíz del efecto piel (skin effect), mientras la carga de rotura mínima es de 77kg/mm2 y el alargamiento el 1%. Este material se emplea por razones mecánicas en los cables de secciones inferiores.
Aislante Polietileno compacto: Es el material más empleado como aislante en los cables coaxiales, a raíz de su excelente constante dieléctrica relativa (2.25) y rigidez dieléctrica (18kV/mm). Polietileno expandido: Introduciendo en el polietileno sustancias específicas que se descompongan con la temperatura generando gases, se obtiene polietileno expandido, con los poros uniformemente dispersados y no comunicantes entre ellos. La misma expansión se puede obtener con inyección de gas en el momento de la extrusión, obteniendo superiores características eléctricas. Este material de reducida constante dieléctrica (1.4/1.8, dependiendo del grado de expansión) y bajo factor de pérdida, permite una notable reducción de la atenuación, comparándola con el polietileno compacto. Polietileno/aire: Es obtenido con la aplicación de una espiral de polietileno alrededor del conductor central, a su vez recubierta con un tubo extruido de polietileno.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Tefzel (copolímero etileno- tetrafluoretileno): Es empleado para temperaturas entre -50°C a +155°C, con una constante dieléctrica de 2.6 y una rigidez dieléctrica de 80kV/mm. Teflón FEP (copolímero etileno- tetrafluoretileno- exafluorpropileno): Es empleado para temperaturas entre -70°C y +200°C, con constante dieléctrica de 2.1 y rigidez dieléctrica de 50kV/mm. Estos dos últimos materiales fluorados se emplean, además que en altas temperaturas (medios militares, electrónica, misiles, etc.), en las aplicaciones que necesiten grandes inercias a los agentes químicos orgánicos e inorgánicos.
Conductor externo Cobre: Generalmente bajo la forma de trenza constituida por 16, 24 ó 36 husos, con ángulos entre 30° y 45°. Cobre estañado: Cuando se necesitan buenas características de facilidad para la etapa de soldadura. Cobre plateado: En presencia de aislantes fluorados (estabilidad química). Cintas de aluminio/ poliéster y aluminio/ polipropileno: Aplicadas debajo de la trenza mejoran notablemente el efecto irradiante y disminuyen la penetración de señales externas.
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 de fuego, 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 de poco tiempo se deterioran las características eléctricas del aislante, produciéndose un constante aumento de la atenuación. Polietileno: Con una oportuna dispersión de negro de humo, para resistir mejor 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.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Armaduras Alambres de acero: puestos bajo forma de trenza o espiral, para instalaciones subterráneas.
Elección del cable coaxial Cada cable coaxial tiene que cumplir con los tres siguientes parámetros que son impuestos por el circuito al cual tendrá que ser conectado: Impedancia característica Frecuencia de trabajo Atenuación máxima y/o potencia máxima
Una vez definida la impedancia se puede elegir el cable operando sobre el correspondiente gráfico: 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.
Las normas La especificación más difundida que rige la fabricación de los cables coaxiales es la norma militar del gobierno de los Estados Unidos MIL-C-17 E que además de las características dimensionales y eléctricas, define una sigla que identifica a cada tipo de cable. Todos estos cables coaxiales están definidos con las letras RG (radiofrecuenciagobierno) seguida de un número (numeración progresiva del tipo) y de la letra U (especificación universal) o A/U, B/U, etc., que indican sucesivas modificaciones y sustituciones al tipo original. Por esta razón es de fundamental importancia, para la protección del cliente, identificar con la denominación RG únicamente los cables que cumplen en forma integral con la norma MIL-C-17 E, identificando con siglas distintas los que responden a otras especificaciones.
Fabricación y control de calidad En la fabricación de los cables coaxiales, para poder lograr el nivel de calidad requerido, se necesita un equipamiento altamente sofisticado, en forma especial para la aplicación del aislante: la línea de extrusión tiene que ser dotada de los más rigurosos controles de temperatura (del tipo PID), de medidor óptico de diámetro con retroalimentación, con control en línea de la capacidad y con prueba de alta tensión (spark test).
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Pero no son suficientes estos controles intermedios y el riguroso control de las materias primas: la verdadera prueba de fuego, a la cual está sometida la totalidad de la producción, es el control de calidad del producto terminado. Además de los rutinarios ensayos dimensionales y eléctricos son de fundamental importancia las mediciones de capacidad, de impedancia característica, de atenuación entre 10 y 1000MHz de SRL entre 10 y 1000MHz y como control estadístico, de TDR (Time Domain Reflectometer).
Cables flexibles Este tipo de cable es utilizado para las bajadas a abonados desde los Taps. Las medidas generalmente utilizadas son en orden creciente de diámetro: RG59, RG6 y RG11. Los mismos pueden ser del tipo simple, doble o cuádruple mallado siendo este último el más utilizado por sus mejores características de blindaje. Además pueden incorporar para su tendido un "portante" o "mensajero", el cual sirve para sujetar al cable en caso de tendidos aéreos. En todos los casos la impedancia característica es de 75 Ohm.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Cables semiflexibles El tipo de conductor externo en este tipo de cable es semirrígido ya que no se trata de pequeños conductores trenzados sino de un "tubo" de aluminio, el cual también posee mejores cualidades mecánicas. Se utiliza para el tendido de redes troncales y de distribución a abonados. Existen cuatro medidas básicas cuyas denominaciones son: .412, .500, .750 y 1", que corresponden a la medida del diámetro del conductor externo en pulgadas. Los mismos también se construyen provistos de un portante para el tendido aéreo. El tipo que se ve en la siguiente figura corresponde al tipo FOAM, por su dieléctrico.
Pérdidas del Cable Frecuencia 5 MHz 30 MHz 55 MHz 350 MHz 400 MHz 450 MHz 550 MHz 600 MHz 750 MHz
RG-59 2.66 4.76 5.84 14.70 15.80 16.80 18.80 19.70 22.20
RG-6 2.00 3.84 4.72 12.00 12.90 13.70 15.30 16.00 18.00
RG-11 1.18 2.46 3.05 7.74 8.30 8.82 9.87 10.40 11.70
0.540 0.46 1.12 1.54 4.03 4.33 2.59 5.12 5.38 6.07
0.860 0.30 0.75 1.05 2.72 2.89 3.12 3.48 3.61 0.07
Pérdidas en cables en 100 mts.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Fórmulas para sacar la pérdida en el cable Para sacar la pérdida de los cables a cierta distancia y a x frecuencia, se utiliza una regla de tres, por ejemplo: Si tenemos un cable RG-6, a 60 metros, y queremos sacar cuanto pierde ese cable a 750 MHz. Aplicando la siguiente formula sacamos la pérdida del cable a esa distancia: Pérdida 100 mts
________ 60 mts
Perdida X 60 mts / 100 = Si el cable pierde 18 dB a 750 MHz en 100 metros, ¿cuánto pierde a 60 metros? 18 dB 100 mts
_____ 60 mts
= 10.8 dB
La pérdida del cable RG-6 a 750 MHz en 60 metros es de 10.8 dB
Mínimo Radio de Curvatura Es inevitable someter el cable a tensiones al momento de ser tendido. Durante este proceso, cuide no exceder el mínimo radio de curvatura ni sobrepasar la tensión de tiro máxima permisible. Estos dos últimos parámetros se especifican en los catálogos de cada fabricante.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Efecto Skin (Pelicular) Cuando fluye la corriente alterna a través de un conductor metálico, ocurre un fenómeno conocido como “efecto skin” o “efecto pelicular”. Más electrones fluyen a través del conductor en el área cercana a la superficie exterior del conductor. Este es un fenómeno distinto al que ocurre con corriente directa, donde los electrones tienden a fluir a través de toda el área de conducción. Este fenómeno se muestra en la siguiente figura. A frecuencias más altas de CA (Corriente Alterna), a RF, por ejemplo, y a las frecuencias que encontramos los STVC, este efecto pelicular se vuelve más pronunciado. En aplicaciones CD (Corriente Directa) si incrementamos el calibre de un conductor, y con ello, proveemos un área mayor para el flujo de electrones, la resistencia del conductor se reduce. En esta misma condición se experimenta con corrientes alternas, esto es, un conductor de mayor calibre introduce menos pérdidas de transmisión, pero el efecto pelicular hace de las pérdidas de trasmisión un factor sensitivo a la frecuencia. A frecuencias CA más altas, fluyen más electrones más cerca de la superficie exterior del conector. El efecto final es introducir mayores pérdidas de transmisión a frecuencias más altas, ya que esto, en efecto, reduce la sección transversal que en forma real transporta al flujo de electrones esto cuenta para que las pérdidas de transmisión sean más altas a más altas frecuencias CA para el factor de pérdida, raíz cuadrada de la frecuencia que experimentamos STVC. Una burda estimación de la diferencia en pérdidas seria que 216 MHz (canal 13) será atenuado casi el doble que 54 MHz (canal 2) cuando ambos pasan por el mismo cable coaxial.
Flujo de electrones en un conductor Corriente Directa (CD)
Corriente Alterna (CA) “Efecto Skin”
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Pérdida del retorno Para propósitos de medición y referencia, se ha introducido la “Pérdida del Retorno”, otro término para el coeficiente de reflexión, o Relación de Ondas Estacionarias de Voltaje (VSWR), que se expresa en deciBeles. Se refiere al nivel de energía reflejada desde una discontinuidad, la pérdida del retorno será numéricamente grande. Aunque los diseñadores de amplificadores y otros dispositivos sufren para acoplar con cuidado la impedancia de la unidad al cable mismo, es inevitable cierto des acoplamiento de impedancia. En la fabricación del mismo cable se introducen discontinuidades mecánicas periódicas que son des acoplamientos. A esto se le llama “Perdida Estructural de Retorno” y también se especifica en dB. En pocas palabras pero más simples cualquier señal presente a la entrada del dispositivo, producirá una reflexión cuya amplitud estará 20 dB abajo del nivel de la señal original de entrada. Esta reflexión se propagara hacia atrás en el cable, como si fuera una señal deseada lanzada en ese extremo del cable.
Conectores Los conectores de red permiten la conexión de los cables a los diferentes dispositivos pasivos y activos de la red de distribución.
Características Como Interface Física. Debe proveer un acople mecánico seguro. Debe tener un excelente agarre tanto del conductor central como del conductor externo. Como Interface Electrónica. Debe proveer un contacto eléctrico de muy baja resistencia en ambos conductores. Debe evitar la fuga e ingreso de señales.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Conectorización
Utilizar herramientas apropiadas Preparar el cable Limpiar el conductor central Instalar el conector Ajustar el conector desde el equipo hacia fuera siguiendo las indicaciones de torque máximo del fabricante.
Recomendaciones de Conectorización Cuando se utilice cable con chaqueta, no deberán quedar marcas visibles en el conductor externo de aluminio después de que se remueva la chaqueta, debe de usar la herramienta adecuada para retirar la chaqueta. No utilice un cuchillo o un corta corta-tubo para remover la cubierta de aluminio y/o el dieléctrico; en lugar de estos, utilice una herramienta combinada de preparación para cable como: Cable Prep. SCT, Cablematic CST, SST o DST o una equivalente. El conductor central debe ser limpiado utilizando una herramienta no metálica y apropiada para esta tarea, por lo tanto, NUNCA limpie el conductor central con una navaja o cuchillo, lo que se debe de utilizar es el “limpia pin” de acrílico” Gator. El largo del conductor central del coaxial y la instalación de cualquier conector o equipo deben ser realizados de acuerdo a las especificaciones autorizadas por Cablemás.
Ejecute el torque del Conector del Cable antes de apretar el Tornillo de sujeción central.
Existe una variedad de conectores en el mercado pero la marca autorizada por Cablemás son los de 3 cuerpos en el caso para red externa de la marca PPC, en sus diferentes diámetros , 0.860 QR, 0.750 QR , 0.540 QR , 0.500QR ,0.565 QR etc.
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Conector KS-KS De la misma forma, dos o más piezas de equipo conectadas por medio de un conector caja-caja deberán ser suspendidas en el acero, por medio de un Tap bracket apropiado. Ejemplo cuándo conectamos 2 taps se utiliza un conector KS-KS. Cuando se instale un amplificador o line extender y un equipo pasivo, (Acoplador Direccional, Insertor de Potencia, Tap, etc.) o dos elementos pasivos en serie, se deberá usar un conector caja-caja (housing-to housing connector). No se permite utilizar un cable para unir dos piezas de equipo.
Conectores tipo Codo 90° o 180°. El caso de que un cable exceda una curvatura de 90° de un equipo activo o pasivo, utilice conectores de 90° ó 180°.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Queda prohibido el uso de Loop o como comúnmente llamamos ballenas cuando el cable exceda los 90°.
Carga Troncal Se utilizan las cargas troncales en los puntos proyectados, o puntos de término del diseño de nuestras redes, es necesario su instalación para tener nuestra red en su totalidad con una impedancia de 75 Ohms. Y para evitar que el circuito quede abierto, así como para evitar que queden puntos vulnerables de fuga o ingresos, no olvide cortar al pin de la carga a la medida especificada por el fabricante.
Consideraciones importantes de manejo Es necesario aplicar cada uno de estos elementos pasivos para un buen funcionamiento y cuidado de nuestras redes, el debido uso de curvas, esplices, doble pin, y conectores permitirá que nuestros cables coaxiales y nuestros equipos que se encuentran en terreno tengan una mayor vida útil. Procurando también tener el cuidado necesario en el apriete de tornillos de sujeción de los pin que poseen los conectores y curvas, para no provocar el estrangulamiento de estos, o que se atasquen de tal forma que nos impida realizar una futura reparación, es necesario también que este no quede suelto, ya que esto impediría el flujo adecuado de nuestra señal. Para los conectores Feed-thru: ya no se deben de utilizar en Cablemás, ya que este tipo de conectores, al no poseer pin propio del conector utiliza el pin del coaxial haciendo este contacto directo con el tornillo del equipo al cual se va a instalar produciendo ingresos en el espectro de retorno.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Activos y Pasivos Requerimientos de Conectorización en equipos activos. Cuando conecte cualquier equipo activo, observe detalladamente el corte del pin para evitar futuros problemas en la red. En la figura se puede apreciar correctamente como se debe de realizar el corte del pin en el interior del equipo activo:
Para saber identificar las medidas que indican los equipos activos o pasivos para el largo del conductor.
Se precia el correcto corte del pin, el largo del pin, al apretar el tornillo
Instalación y contracción de termo contraíbles El uso de mangas termo contráctiles es obligatorio y dicha manga tendrá un largo estándar de 6” (largo total de la manga = 48” por lo tanto 48”/8 pzas=6”), estas deben ser instaladas y quemadas (chupado de magas) en todos los puntos inmediatamente después de que se instale el conector y no se debe dejar para más tarde. El quemado de mangas se deberá hacer con el uso del soplete, el cual deberá tener la flama larga. Nunca use el soplete con la flama de punta ya que esta quemara la manga y nunca contraerá apropiadamente la manga. Aplique la flama o el calor en el lado del equipo primero, para asegurarse que la manga cubra el lado del equipo en donde el conector entra.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Se deberá sellar la manga retráctil procurando que el calor aplicado sobre esta sea homogéneo, esto se logra rotando el soplete y aplicando calor desde dentro hacia fuera procurando no quemarla, de esta manera evitaremos que dentro de ella quede aire que pueda provocar un desprendimiento de esta en lo futuro, o que pueda entrar agua dentro del conector que pueda provocar daño o corrosión. Una manera fácil de saber si la manga quedo perfecta es que en el extremo que da hacia el cable derrita y que las rayas que contiene la manga cambien de color verde a un color café oscuro.
Datos importantes Principio Físico “Cuando una energía se propaga por un medio de propagación, y encuentra en su camino un cambio en ese medio, o un medio diferente, parte de la energía se devuelve a su lugar de origen” Este fenómeno se conoce como ¨REFLEXIÓN 1. Todo elemento dañado en la red, es un cambio en el medio de propagación. 2. Todo elemento insertado en la red, es un medio diferente. La causa de este fenómeno es la desadaptación de impedancias entre un medio y otro. Las reflexiones siempre estarán presentes en las redes. Lo que debemos hacer, es que estas reflexiones sean lo más débiles posibles Esto se logra con personal técnico bien preparado, que deben esforzarse para que la unión Cable/Conector sea lo más perfecta posible. Tres son los principales factores que afectan dramáticamente el comportamiento de esta unión: 1. La calidad del cable y conector. 2. La calidad de las herramientas. 3. La preparación del personal.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Un alto porcentaje de quejas o servicios del cliente tiene alguna vinculación con los conectores. Algunos de los problemas que se presentan en Red de Distribución:
Cables de mala calidad. Cable mal preparado. Cable dañado o deformado. Conectores de mala calidad. Conectores re-utilizados Conectores mal armados. Curvaturas excesivas. – Por no usar adaptadores 90/180º – Por no utilizar lupera. – Por espacios reducidos (cámaras)
Notas: Un alto porcentaje de las fallas en la red externa son producidas por conectores reutilizados. La causa de esto se debe a que al apretar el conector sobre el cable, la deformación natural producida sobre las piezas internas del conector y también sobre el cable coaxial, impide un ajuste perfecto al re-utilizarlo. La mala manipulación del cable durante la Conectorización afecta el rendimiento de la interface, especialmente por tocar el conductor central del cable con los dedos para remover los restos de dieléctrico, lo que causa CPD, un grave problema.
Recuerda Conectorizar es una tarea muy simple. Pero extremadamente importante. Los errores cometidos en la construcción o reparación de la red, deberán ser corregidos posteriormente, con un costo muy superior.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Capítulo 4 Balanceo de Equipos Activos Balanceo y Mantenimiento El balanceo y el mantenimiento del retorno son los aspectos más importantes en el éxito del ofrecimiento de nuevos servicios. Una vez entrando al mundo bidireccional, el operador debe acostumbrarse a ver el manejo técnico de la planta desde otra perspectiva. Se requieren planes de mantenimiento concienzudos y plataformas de medición y monitoreo permanentes.
Balanceo Los procesos de balanceo tanto en forward como en retorno de la red consisten en entregar a la salida de los amplificadores la potencia especificada en el diseño. Dicha potencia debe ser la misma en todos los amplificadores de la red.
Significado y Conceptos Las redes coaxiales, por naturaleza, son de banda ancha. No todo el espectro se comporta igual, de manera que entre más alta la frecuencia, más rápido se atenúa la señal en su camino por el cable coaxial. Los amplificadores utilizados tienen una parte bastante lineal que corresponde a su rango dinámico de operación. Siempre hay un compromiso entre el ruido y las distorsiones. Se puede mejorar el ruido a costa de empeorar las distorsiones y viceversa. El balanceo se realiza para contrarrestar los dos principios arriba mencionados. Por un lado se ecualiza la banda de frecuencias para crear una pendiente positiva que en su camino por el cable se irá volviendo negativa, y por otro lado se ajustan los niveles de entrada y salida de los amplificadores para crear un equilibrio entre el ruido y las distorsiones
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Para clarificar el equilibrio que existe entre el ruido y las distorsiones en una red de cable, es necesario entender el origen del ruido en un proceso de amplificación y la nolinealidad en el mismo proceso de amplificación, como se explica en el Capítulo 1 de este manual.
Entre más grande es la señal de entrada al amplificador, más curva toma la característica de transferencia en el proceso de amplificación. Esto produce armónicas de la señal original que al sumarse con ésta, distorsionan su forma original. Como la característica de transferencia es curva, los productos no deseados tienen una relación cuadrática con respecto a la señal original de entrada. Por cada dB más a la entrada, la salida se distorsiona más en 2 dB.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Principios de balanceo en retorno A diferencia del sentido hacia delante en el que todo el balanceo se realiza a la entrada del amplificador, en el retorno todo el ajuste se realiza a la salida. De manera que el efecto del balanceo no se ve sino hasta el siguiente amplificador en cascada (en el sentido del retorno). En ambos sentidos se colocan atenuadores y ecualizadores para que, en combinación con la ganancia fija de los amplificadores, se logre una ganancia unitaria entre dos amplificadores.
Los elementos más importantes a ajustar en el retorno son el atenuador y ecualizador que se encuentran después del amplificador de retorno. Los métodos específicos varían de marca en marca y de modelo en modelo; pero normalmente se busca llegar al transmisor de retorno con un nivel de 20 dBmV.
Este será el nivel de referencia para el balanceo de toda la cascada en retorno.
Primeramente se debe de contar con el siguiente equipo y material:
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Generadora de portadora continua (PCI) Ecualizadores de varios valores Atenuadores de varios valores Analizador de espectro
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Proceso Balanceo Nodo Óptico Aurora - Forward a 1 GHz (1310 nm) 1. Medir el nivel de luz a la entrada del AR4203G. El nivel debe ser de -1 a +1 dBm, pero puede operar de manera provisional con los niveles de entrada según el cuadro siguiente:
2. Se coloca el atenuador y ecualizador correspondiente según el nivel de entrada. 3. Los niveles obtenidos en el Test Point del AR4203G deben ser:
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Los niveles de salida en los test Point del chasis deben ser:
Para 750 MHz se debe tener un nivel de salida de 49 dBmV. En todas las lecturas debe haber una tolerancia de +/- 1dB. 4. En el módulo de RF el valor de los atenuadores es cero, cuando se trata de un nodo no segmentado. 5. El valor del ecualizador de salida es de 4 dB para generar un tilt de salida de 14 dB. 6. Se verifican los niveles de salida de forward en cada uno de los Test Point del chasis. Si se tiene variación de nivel en alguna salida es muy probable que tengamos un problema en esa rama. Se puede colocar una carga de 75 Ohms en esa salida para comprobarlo. 7. Se realiza un barrido de forward sin referencia. Se guarda este barrido como referencia. 8. Nuevamente se realiza el barrido de forward con la referencia guardada. El resultado debe mostrar un gráfica plana con un Max – Min de aproximadamente 0.5 dB 9. Esta referencia es la que se usa para hacer el barrido de todos los amplificadores siguientes en la cascada. 10. La referencia debe tomarse diariamente al comenzar la jornada de balanceo.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Esquema para balanceo de Forward en el receptor óptico
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Reversa 1. Se hace el cálculo del valor del atenuador de reversa. Para un ancho de banda máximo de 12.8 MHz y nivel de inyección de 37 dBmV el valor del atenuador es de 8 dB según el esquema siguiente:
2. Para garantizar que el nivel de transmisión de reversa es el adecuado, se inyecta una señal CW de 37 dBmV, y al mismo tiempo se mide en el Test Point del DT. El nivel en este punto debe ser de 11 dBmV. Esto aplica para un nodo sin segmentación. 3. Se inyecta una señal QAM 64 de 37 dBmV en el test point de forward a una frecuencia definida por el CRC donde no existan señales de Cable módems. 4. El personal de CRC debe atenuar la señal que le llega para que tenga un nivel de referencia de 0 dBmV a la entrada del Path Trak. 5. Se hace un barrido de reversa. El nivel de telemetría obtenido se mantiene como referencia para balancear los siguientes amplificadores con un nivel de inyección de 37 dBmV constante. 6. El personal de CRC hace las conexiones necesarias para tener una línea paralela desde un divisor común hacia el CMTS, con un nivel de entrada de 10 dBmV. 7. Se hace una prueba DOCSIS para balancear los datos. Lo niveles obtenidos deben ser los siguientes:
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UP: 37 dBmV DW: 6 dB menos que el canal analógico más cercano al canal DOCSIS. MER: Mayor o igual a 35 dB BER : PRE: 1X 10 -9 POST: 1X 10 -9
8. Personal de CRC se encarga de ajustar el UP a la llegada del CMTS. 9. El DW ya está balanceado porque está modulado junto con toda la banda de canales de forward. 10. El MER y el BER deben dar los valores correctos si todo está bien balanceado.
Esquema para balanceo de Reversa en el Receptor Óptico
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Balanceo Amplificadores: Forward 1. Investigar el nivel de entrada ideal del amplificador (performance), para un modelo, frecuencia de diseño y niveles de salida deseados. Este dato debe estar en la lápida de los planos de diseño.
2. Definir los canales de Tilt, es decir los canales correspondientes al ancho de banda que se desea balancear, por ejemplo para balanceo de 870 MHz se usan los canales 2 y 136. 3. Medir el nivel de entrada al amplificador en el Test Point. Compensar la pérdida del test point en el medidor para obtener lecturas correctas. Es importante que al momento de tomar los niveles de entrada estén colocados los atenuadores y ecualizadores de un valor cualquiera, con el objeto de no tener pérdida de impedancia que nos altere el valor de entrada real. 4. La lectura del nivel de entrada debe ser mayor al nivel ideal para el amplificador y debe ser muy cercano a lo que indica la lápida de diseño o bien la lápida del balanceo anterior. 5. Si la pendiente (tilt) de entrada es positiva (nivel del canal alto mayor al nivel del canal bajo), se debe usar un simulador de cable en la entrada con un valor tal que atenúe el nivel del canal alto al mismo nivel del canal bajo. El resultado es un nivel plano con valor del nivel del canal bajo de llegada. Para elegir el valor del simulador se usan tablas definidas para el ancho de banda que se está balanceando.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes 6. Si la pendiente (tilt) de entrada es negativa (nivel del canal bajo mayor al nivel del canal alto), se debe usar un ecualizador en la entrada con un valor tal que atenúe el nivel del canal bajo al mismo nivel del canal alto. El resultado es un nivel plano con valor del nivel del canal alto de llegada. Para elegir el valor del ecualizador se usan tablas definidas para el ancho de banda que se está balanceando.
7. Una vez que se tiene el nivel plano después de usar el simulador o ecualizador, se resta el valor de dicho nivel al valor del nivel de entrada ideal para el amplificador.
8. Ahora, hay ocasiones en el que el nivel de entrada al amplificador no debe ser necesariamente plano, es decir puede entrar con una pendiente, ya sea positiva o negativa según sea el caso. Esto debe ser considerado al momento de elegir el ecualizador y el atenuador. 9. Se revisan los niveles de salida del amplificador y se comparan con los niveles buscados según diseño. 10. En caso necesario modificar los valores del atenuador y el ecualizador de entrada para obtener los niveles de salida deseados. Si el nivel es demasiado alto, colocar un atenuador de un valor mayor y viceversa. Si el tilt es muy alto, bajar el valor del ecualizador de entrada y viceversa. Al momento de manipular el atenuador y ecualizador de entrada tener cuidado de no atenuar demasiado la señal, ya que eso afectaría el C/N. El valor mínimo de entrada al amplificador debe ser el equivalente a la figura de ruido del amplificador. Nota: La manipulación de los componentes en la inter-etapa debe ser de acuerdo a la especificación de cada equipo. Regularmente tanto el ecualizador y el atenuador inter – etapa no se mueven por recomendación del proveedor, a menos que por diseño se indique.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes 11. Se realiza un barrido de forward con la referencia del Rx Óptico. El Max-Min de forward no debe ser mayor a 3 dB en la punta final de la cascada. Ejemplo 1: Calcular el valor del atenuador y ecualizador de entrada para el siguiente amplificador. Datos: RF in: CH 2: 25 dBmV CH 158: 18 dBmV Nivel de entrada ideal al amplificador: 12 dBmV en ambos canales Procedimiento: Se calcula el tilt de entrada: Tilt = Nivel del canal alto – Nivel del canal bajo = 18 – 25= -7 (pendiente negativa, se usa un ecualizador) Según la tabla de ecualizadores, el valor de ecualizador que le corresponde es de 9 dB. Ahora se calcula el valor del atenuador: Atenuador = Nivel del canal alto – Nivel de entrada deseada en el amplificador = 18 – 12 -1 = 5 dB. Ejemplo 2: Calcular el valor del atenuador y ecualizador de entrada para el siguiente amplificador. Datos:
RF in: Ch 2: 28 dBmV Ch 158: 21 dBmV Nivel de entrada ideal al amplificador: Ch 2: 13 dBmV Ch 158: 18 dBmV (Observe que debe entrar con una pendiente positiva de 5 dB) Procedimiento: Se calcula el tilt de entrada: Tilt = Nivel del canal alto – Nivel del canal bajo = 21 – 28= -7 (pendiente negativa, se usa un ecualizador) Ahora, como requerimos que entre con una pendiente positiva de 5, el tilt total es= 5 + 7=12 Según la tabla de ecualizadores, el valor de ecualizador que le corresponde es de 15 dB. Ahora se calcula el valor del atenuador:
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes
Atenuador = Nivel del canal alto – Nivel de entrada deseada en el amplificador -1 = 21 – 18 - 1 = 2 dB.
Esquema para balanceo de forward en el amplificador
Reversa 1. Se colocan atenuadores de entrada de valor de 0 dB. 2. Se coloca un atenuador y un ecualizador de salida de valor 0 dB. 3. Se hace barrido de reversa con una inyección de 37 dBmV en el Test Point de salida de forward. El atenuador y ecualizador de salida deben cambiarse de manera que la telemetría sea la misma que la que se obtuvo en el Rx y el valor del delta (diferencia entre el valor inicial y valor final de la banda) se aproxime a 0 dB. 4. El Max-Min de reversa no debe ser mayor a 2 dB en la punta final de la cascada. El uso de la referencia en el barrido de reversa es opcional, aunque al ser una banda muy pequeña no representa mayor diferencia. Se recomienda no usarla para tener mejor respuesta en toda la ruta de retorno.
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Tablas de Ecualizadores Forward
Inverso (simuladores)
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes Reversa
Simbología
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DI-4 DISPOSITIVOS Distribución de Componentes
Bibliografía
www.scte.org www.aniret.org.mx www.commscope.com http://www.ppc.dk/docs/0703_CC_book_TWC_SPA.pdf www. Broadbandinternacional.com www.cinit.org.mx Televisión por Cable Tercera Edición William Grant
Autor: Omar Martínez Balderas Gerencia de Mantenimiento
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