Fundamentos de Medios Guiados de Transmisión: Par Trenzado, Coaxial y Fibra Óptica

Compendio de Preguntas: Tema 6 - Medios Guiados de Transmisión

1. ¿Qué son los medios guiados de transmisión?
   R: Los medios guiados de transmisión son aquellos que utilizan un soporte físico sólido (normalmente cables) para conducir las señales de un punto a otro. En estos medios, la energía electromagnética se propaga contenida dentro de una estructura física que "guía" la señal hacia su destino.
2. ¿Cuáles son los tres tipos principales de medios guiados de transmisión?
   R: Par trenzado, cable coaxial y fibra óptica.
3. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales entre los tres tipos principales de medios guiados de transmisión?
   R: Sus diferencias fundamentales radican en los márgenes de frecuencias que pueden manejar (ancho de banda) y en cómo se comportan frente a las interferencias. Otro parámetro a tener en cuenta es qué cantidad de señal se pierde por longitud recorrida, es decir, la atenuación.

4. ¿Qué es un par trenzado? Comenta su estructura física y materiales con los que se puede fabricar.
   R: Un par trenzado es un medio de transmisión guiado que consiste en dos hilos de cobre aislados y entrelazados entre sí en forma de helicoide para reducir las interferencias eléctricas y la diafonía.

   Estructura física

   • Conductores: Dos hilos cilíndricos que actúan como un único camino de comunicación.
   • Trenzado: Los hilos se entrelazan para que las interferencias afecten a ambos por igual, permitiendo que se cancelen al final de la línea.
   • Aislamiento: Cada hilo está cubierto por una capa plástica individual.
   • Cubierta exterior: Una funda plástica que agrupa y protege todos los pares (normalmente 4 pares en cables de red).

   Materiales de fabricación

   • Conductores: Generalmente cobre (por su excelente conductividad). En versiones más económicas se usa a veces aluminio recubierto de cobre (CCA), aunque ofrece menor rendimiento.
   • Aislante: Plástico dieléctrico, habitualmente PVC o polietileno.
   • Blindaje (opcional): Papel de aluminio o malla de cobre trenzado (en cables tipo STP o FTP) para proteger contra ruido externo.
   • Cubierta exterior: PVC o materiales LSZH (bajos en humos y sin halógenos) para mayor seguridad contra incendios.
5. ¿Cuál es el motivo por el que los cables se trenzan en el par trenzado?
   R: Al estar trenzados, las ondas electromagnéticas externas afectan a ambos hilos por igual. Como el receptor de la señal solo mide la diferencia de potencial entre los dos hilos, el ruido (que es igual en ambos) se cancela, dejando solo la señal útil.
6. ¿Qué es el "crosstalk" o diafonía?
   R: La diafonía o crosstalk es un tipo de interferencia —acoplamiento magnético— entre pares de un mismo cable.
7. Indica los tipos de cables de par trenzado según el tipo de apantallamiento que utilizan.
   
   • Cables UTP: Par trenzado sin apantallar.
   • Cables STP: Par trenzado apantallado. Cada cable va apantallado de manera individual.
   • Cables FTP: Par trenzado con pantalla global. Los cables no van apantallados individualmente, sino que llevan un apantallamiento para todos ellos.
8. ¿Qué es el LSZH?
   R: Las cubiertas de los cables suelen ser de PVC, que es un buen aislante, flexible y de precio razonable, por lo que se utiliza mucho. Sin embargo, contiene halógenos y al quemarse produce gases tóxicos. Para evitar esto se fabrican cubiertas de polipropileno, que al quemarse emiten poco humo (Low Smoke) y además están libres de halógenos (Zero Halogen).
9. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del uso de pares trenzados como medio de transmisión?
   

   Ventajas

   • Bajo coste (el UTP es el más barato).
   • Facilidad de instalación debido a su poco peso y flexibilidad.
   • Puede estar presente en edificios con la instalación precableada.
   • Sencillo de diagnosticar y solucionar problemas gracias a los sistemas de interconexión utilizados.

   Desventajas

   • A medida que aumenta la velocidad, su fiabilidad es menor.
   • La distancia que puede cubrir es limitada.
   • Ancho de banda limitado.
   • Afectado por ruidos e interferencias.
10. ¿Qué son el NEXT y el FEXT?
    R: El NEXT y el FEXT son parámetros que miden la diafonía o crosstalk, la cual es un tipo de interferencia producida por el acoplamiento magnético entre los pares de hilos de un mismo cable.
    • NEXT (Near-End Crosstalk): Se traduce como paradiafonía. Es la interferencia que se mide en el extremo emisor del cable. Su valor indica la capacidad de un par para resistir la perturbación de otro par en ese mismo extremo.
    • FEXT (Far-End Crosstalk): Se traduce como telediafonía. Es la interferencia que se mide en el extremo receptor o extremo lejano del cable.
11. ¿La atenuación paradiafónica debe ser alta o baja?
    R: La atenuación paradiafónica debe ser alta. En el contexto de los medios de transmisión, un valor de atenuación elevado es un indicador de calidad por las siguientes razones:
    • Aislamiento de señal: Una atenuación alta significa que la señal que se "escapa" de un par de hilos hacia el par adyacente es mínima. Cuanto más alta sea esta pérdida (atenuación), menor será la interferencia o ruido inducido.
    • Relación señal-ruido: Al tener una atenuación paradiafónica alta, el receptor del extremo cercano recibe menos ruido, lo que facilita la distinción de la señal útil.
    • Desempeño del sistema: Los estándares de cableado (como las categorías de par trenzado) exigen valores mínimos de NEXT. Si el valor medido está por debajo de esos límites, la conexión puede sufrir errores de transmisión o pérdida de datos.
12. ¿Qué es la pérdida de retorno?
    R: La pérdida de retorno (o return loss) es un parámetro que mide la cantidad de energía que se refleja hacia la fuente debido a desadaptaciones de impedancia en una línea de transmisión.
13. Indica una aplicación de los pares trenzados de categoría 1.
    R: Redes telefónicas.
14. Indica una aplicación de los pares trenzados de categoría 4.
    R: Redes de ordenadores con topología en anillo.
15. Indica una aplicación de los pares trenzados de categoría 5.
    R: Redes de área local (LAN).
16. ¿Cuál es el rango máximo de frecuencia que se puede transmitir a través de un par trenzado?
    R: El par trenzado puede transmitir en un rango que va desde frecuencias muy bajas (aproximadamente 10² Hz) hasta un máximo de 10⁸ Hz (100 MHz).

17. ¿Qué es el cable coaxial? Comenta su estructura física y materiales con los que se puede fabricar.
    R: Es un medio de transmisión compuesto por dos conductores que comparten un mismo eje (de ahí su nombre), donde uno de los conductores envuelve al otro. Es menos susceptible a interferencias y ruidos que el par trenzado y permite alcanzar mayores distancias y velocidades de transmisión.

    Estructura física y materiales

    Su construcción consta de cuatro capas principales:

    • Núcleo o conductor central: Un hilo de cobre sólido que transporta la señal. Su grosor influye directamente en la atenuación; a mayor grosor, menor atenuación y mayor alcance.
    • Aislante (Dieléctrico): Un cilindro de plástico que rodea al conductor central y lo separa de la malla exterior.
    • Malla metálica (Conductor exterior): Una pantalla de cobre o aluminio que envuelve al aislante. Esta capa sirve como blindaje contra las interferencias electromagnéticas externas.
    • Cubierta exterior: Una capa protectora externa que recubre todo el conjunto para protegerlo del entorno.
18. ¿Cómo se compara el cable coaxial con el cable de par trenzado en términos de interferencias?
    R: El cable coaxial es menos susceptible a las interferencias y al ruido en comparación con el cable de par trenzado. Esta superioridad se debe principalmente a su diseño físico:
    • Pantalla protectora: El cable coaxial cuenta con una malla metálica exterior (de cobre o aluminio) que actúa como un blindaje o pantalla contra las interferencias electromagnéticas externas. El par trenzado, por el contrario, depende del entrelazado de sus hilos para reducir la interferencia, lo que lo hace más vulnerable.
    • Diafonía (Crosstalk): El cable coaxial presenta una menor susceptibilidad a la diafonía que el par trenzado. En los sistemas de par trenzado, fenómenos como el NEXT y el FEXT son factores críticos, mientras que la estructura de ejes compartidos del coaxial minimiza este acoplamiento.
    • Alcance y distancias: Debido a su mejor comportamiento frente al ruido, el cable coaxial puede ser utilizado a mayores distancias que el par trenzado sin que la señal se degrade tanto por factores externos.
19. Indica las principales limitaciones que presenta el cable coaxial.
    R: Sus mayores limitantes son la atenuación, el ruido térmico y el ruido de intermodulación (este último aparece cuando se usan simultáneamente sobre el mismo cable varios canales o bandas de frecuencia).
20. Indica 2 aplicaciones comunes del cable coaxial.
    R: Se utiliza habitualmente en la distribución de televisión (CATV), en redes de área local (LAN) y para la telefonía y transmisión de datos a larga distancia.
21. ¿Cuál es la diferencia entre un conector macho y uno hembra en el contexto del cable coaxial?
    R: Se requiere un par de ambos tipos para realizar la conexión; físicamente se diferencian en la interfaz de unión, pudiendo ser coplanares o no coplanares según el tipo de conector.
22. ¿En un cable coaxial por cuál de los dos conductores viaja la información?
    R: La información viaja a través del hilo de cobre central (núcleo).
23. ¿Qué es la comunicación óptica?
    R: Es la aplicación de rayos de luz para el envío y recepción de mensajes.
24. ¿Qué es la refracción?
    R: Es el fenómeno por el cual los rayos de luz se desvían o cambian de dirección al pasar de un medio a otro debido a que la velocidad de propagación varía entre ellos.
25. ¿Qué es el índice de refracción?
    R: Es la relación entre la velocidad de la luz en el espacio libre (c) y su velocidad en un material determinado (v), expresado como n = c / v.
26. ¿Qué es el ángulo crítico?
    R: Es el ángulo de incidencia que produce un ángulo de refracción de exactamente 90°, haciendo que la luz viaje por la frontera entre los dos materiales.
27. Enuncia la Ley de Snell.
    R: Establece que cuando un rayo luminoso impacta sobre la superficie entre dos medios de distinto índice de refracción, si viaja por el medio más denso, el rayo es parcialmente reflejado y parcialmente refractado.
28. ¿Qué es la fibra óptica? Comenta su estructura física.
    R: Es un guiaondas dieléctrico cilíndrico que confina la energía electromagnética en forma de radiación óptica. Su estructura consta de un núcleo central, un recubrimiento que lo rodea y un revestimiento.
29. Indica las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión en lo relativo a ancho de banda, peso y tamaño y atenuación.
    R: Ofrece un ancho de banda extremadamente alto, es de tamaño y peso muy reducido (ideal para barcos o aviones) y presenta una atenuación muy baja en comparación con cables eléctricos.
30. Indica las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión en lo relativo a interferencias electromagnéticas, solidez, seguridad y precio.
    R: Es inmune a interferencias electromagnéticas externas, es difícil de interceptar (seguridad), es muy sólida mecánicamente y utiliza materias primas baratas como el silicio.
31. ¿Qué funciones cumple el revestimiento de la fibra óptica?
    R: Proporciona las condiciones para la reflexión interna total (confinando la luz en el núcleo) y añade protección mecánica a la fibra.
32. Indica 3 tipos de fibra óptica.
    R: Se clasifican en Monomodo, Multimodo de salto de índice (MM-SI) y Multimodo de índice gradual (MM-IG).
33. ¿Cuál es la diferencia entre una fibra monomodo y una fibra multimodo?
    R: La monomodo tiene un núcleo tan pequeño que solo permite la propagación de un solo rayo (modo), mientras que la multimodo permite que muchos rayos viajen por diferentes caminos.
34. ¿Cuál es la diferencia entre la fibra MM-SI y la fibra MM-IG?
    R: En la de salto de índice (SI), el índice de refracción cambia bruscamente entre núcleo y revestimiento; en la de índice gradual (IG), el índice varía suavemente de forma parabólica desde el centro hacia afuera.
35. ¿Cuáles son las dos fuentes principales de las limitaciones del ancho de banda de las fibras ópticas?
    R: La dispersión cromática y la dispersión modal.
36. ¿Qué son las pérdidas por dispersión y por qué se producen?
    R: Se producen por la separación de los componentes de la señal en el tiempo. La dispersión modal ocurre porque los rayos siguen caminos de distinta longitud, y la cromática porque distintas longitudes de onda viajan a velocidades diferentes.
37. ¿Qué es el límite de dispersión de Rayleigh?
    R: Es el límite fundamental de pérdidas causado por variaciones microscópicas en la densidad del vidrio durante su fabricación.
38. ¿Qué son las pérdidas por absorción y por qué se producen?
    R: Ocurren cuando las impurezas del material (como iones metálicos o grupos OH) absorben la energía de los fotones y la convierten en calor.
39. ¿Por qué se producen las pérdidas por curvatura?
    R: Se producen porque, al doblarse la fibra, el ángulo de incidencia de la luz puede volverse menor al ángulo crítico, permitiendo que la luz escape hacia el revestimiento.
40. ¿Qué es la apertura numérica?
    R: Es una medida de la capacidad de la fibra para captar o recoger luz de la fuente.
41. Indica la diferencia entre los LED y los diodos láser utilizados como transmisores ópticos.
    R: Los LED son más baratos y duraderos pero emiten luz en un espectro ancho y son más lentos; los láseres son mucho más rápidos, potentes y emiten luz coherente en un espectro muy estrecho.
42. Indica 3 requerimientos que marquen la elección de un detector.
    R: Alta sensibilidad en la longitud de onda de trabajo, tiempo de respuesta rápido (ancho de banda) y bajo nivel de ruido interno.
43. ¿Qué es un fotodiodo de avalancha?
    R: Es un detector que ofrece una ganancia interna de corriente mediante un proceso de multiplicación de portadores, lo que le otorga una sensibilidad muy superior.
44. Indica los 3 tipos de comunicación posibles en los sistemas de transmisión de fibra óptica.
    R: Simplex (un solo sentido), Half-duplex (ambos sentidos, pero no a la vez) y Full-duplex (ambos sentidos simultáneamente).
45. Indica los tres tipos de enlace que se pueden dar en un sistema de transmisión de fibra óptica.
    R: Enlace corto, enlace largo. En redes: en bus y en estrella.
46. ¿Qué diferencia la protección secundaria ajustada de la holgada?
    R: En la ajustada, se protege una sola fibra y esta está pegada al revestimiento de la fibra; en la holgada, protege varias fibras y también contiene gel hidrófugo.
47. Indica los tres tipos de empalme utilizados para conectar fibra óptica.
    R: Empalme por fusión, empalme mecánico y empalme por pegado (o adhesivo).
48. ¿Qué cuatro elementos conforman un conector de fibra óptica?
    R: Férula (ferrule), cuerpo del conector, cable y dispositivo de acoplamiento.
49. Indica los seis tipos de acabado del pulido de los extremos de la fibra óptica.
    
    • Plano: Las fibras se terminan de forma plana perpendicular a su eje.
    • PC (Physical Contact): Las fibras son terminadas de forma convexa, poniendo en contacto los núcleos de ambas fibras.
    • SPC (Super PC): Similar al PC pero con un acabado más fino. Tiene menos pérdidas de retorno.
    • UPC (Ultra PC): Similar al anterior pero aún mejor.
    • Enhanced UPC: Mejora del anterior para reducir las pérdidas de retorno.
    • APC (Angled PC): Similar al UPC pero con el plano de corte ligeramente inclinado. Proporciona unas pérdidas similares al Enhanced UPC.
50. ¿Cuál es el costo principal en una comunicación a larga distancia?
    R: Recae mayoritariamente en los medios de comunicación (cables), a diferencia de la corta distancia donde el costo principal son los equipos.
51. ¿Cuál es la tendencia actual en la infraestructura de comunicaciones en cuanto a las tecnologías utilizadas?
    R: Evolucionar hacia infraestructuras totalmente digitales, priorizando el uso de la fibra óptica.
52. ¿Qué tres tipos de grupos de especificaciones eléctrico/mecánicas existen en lo relativo a conectores?
    R: Especificaciones impuestas por el sistema, especificaciones de calidad del conector y especificaciones de potencia.
53. ¿Qué define la impedancia característica de un conector coaxial?
    R: Se define por la geometría del conector, sus dimensiones y los materiales utilizados.
54. ¿Qué relación existe entre la impedancia característica y la frecuencia de trabajo de un conector coaxial?
    R: La impedancia debe mantenerse constante para evitar desadaptaciones; generalmente se especifica para la frecuencia máxima de trabajo del conector. En la práctica puede haber pequeñas variaciones por la frecuencia.
55. ¿Qué es la ROE?
    R: Es la Relación de Ondas Estacionarias, uno de los parámetros más importantes a la hora de calcular las pérdidas de potencia y desadaptaciones que introduce el conector en la línea de transmisión. En general se especifica para la máxima frecuencia de trabajo. Cuanto mayor sea su valor, mayor será la potencia reflejada hacia el generador o transmisor.
56. ¿Por qué motivos se pueden dar productos de intermodulación?
    R: Se pueden producir por alineaciones mecánicas pobres, uso de materiales ferromagnéticos o por potencias de trabajo muy elevadas. También por:
    • No linealidades en los componentes del sistema como amplificadores y mezcladores.
    • Adaptación de impedancia deficiente.
    • Presencia de señales de radiofrecuencia no deseadas.
57. ¿Qué tres tipos de acople pueden tener los conectores de uso general?
    R: Roscado (screw), bayoneta y encajable (snap-on).
58. ¿Qué elementos se deben utilizar para la limpieza de un conector?
    R: Se debe utilizar alcohol isopropílico y paños que no suelten pelusa.
59. En el caso de los conectores hembra, ¿qué se debe tener en cuenta además de la concentricidad del conductor central a la hora de conservarlos y realizar su mantenimiento?
    R: Se debe vigilar la elasticidad y el estado de los contactos internos para asegurar una buena conexión eléctrica.
60. ¿Qué norma regula las especificaciones eléctricas, mecánicas y las tolerancias de los conectores coaxiales de precisión LPC y GPC hasta 110 GHz?
    R: La norma IEEE 287.