Cable de fibra óptica

Cable de fibra óptica

La transmisión óptica de datos mediante cables de fibra óptica ofrece numerosas ventajas. Permite alcanzar altas velocidades de datos de hasta 40 GBit/s en tramos de muchos kilómetros, no afecta a los cables tendidos en paralelo y, además, es insensible a las influencias electromagnéticas. Los diferentes tipos de fibra (POF, PCF, GOF) y las categorías de fibra OM1 hasta OM5, así como OS2, permiten conceptos de cableado adaptados a requisitos específicos.

Principio de la transmisión óptica de datos

Principio de la transmisión óptica de datos

Ventajas de la transmisión con cable de fibra óptica

Los cables de fibra óptica [en inglés: Fiber Optics (FO)] transmiten datos en forma de luz a través de tramos largos. Para ello, las señales eléctricas se convierten en señales ópticas en el transmisor y se envían al receptor a través de fibras de plástico o de vidrio. Aquí, las señales luminosas transmitidas se vuelven a convertir en señales eléctricas, se evalúan y continúan procesándose. Los cables y las líneas son hasta un 90 % más ligeros y finos que los de cobre y, con todo, permiten alcanzar tramos de transmisión más grandes y velocidades de transmisión de datos de hasta 40 GBit/s o más. Al mismo tiempo, no se precisan complejos conceptos de apantallamiento, ya que la transmisión sin metal es completamente insensible a las interferencias CEM y ESD. El material utilizado y los costes derivados del cableado pasivo son generalmente más bajos que los del cableado de cobre. Además, los grandes anchos de banda de transmisión, junto con la alta densidad de señales, permiten transmitir varias señales en diferentes longitudes de onda por el mismo cable de fibra óptica (multiplexación).

Transmisión de datos en centros informáticos

El cableado de fibra óptica optimiza la transmisión de datos en centros informáticos

Cables de fibra óptica en la aplicación

Ya sea en distancias cortas, medias o largas, a velocidades inferiores a 100 MBit/s o de hasta 40 GBit/s, o dentro de estructuras de bus o Ethernet, hay un cable adecuado para la transmisión de datos por fibra para prácticamente cualquier requisito de la automatización industrial y semi-industrial. Los cables de fibra óptica cumplen con sus tareas de forma fiable incluso en condiciones difíciles, por ejemplo, en parques eólicos.
Por lo tanto, la gama de aplicaciones abarca desde el uso en la tecnología automovilística y el cableado industrial, pasando por la Local Area Network (LAN) en centros de datos, hasta las redes de amplio alcance. Para el cableado, resulta decisiva la elección de la categoría y el tipo de fibra adecuados.

Diámetro del núcleo y del revestimiento de la fibra de los cables de fibra óptica

Comparación de los diferentes diámetros del núcleo y del revestimiento de fibra

La fibra adecuada para cualquier uso

Cada tipo de fibra tiene su propia aplicación específica. Cuanto menor sea el diámetro exterior de la fibra, más precisa será la confección de la fibra. Por sus cualidades físicas, se pueden conseguir velocidades de datos y distancias superiores con diámetros de núcleo de fibra menores.

  • POF (Polymer Optical Fiber): en los cables POF, tanto el núcleo como el revestimiento (Cladding) son de plástico. El diámetro habitual del núcleo es de 980 µm y el del revestimiento de 1000 µm. Con tramos de transmisión cortos de hasta 70 m y velocidades de transmisión de datos de hasta 100 MBit/s, en función del componente activo se emplean cables POF para el cableado en la tecnología automovilística o para el cableado industrial. La solidez y el tamaño de la fibra facilita su confeccionado en el campo. Debido a la alta atenuación y dispersión, este tipo de fibra no es adecuada para grandes velocidades de datos y distancias.

  • PCF (Polymer Clad Fiber): PCF hace referencia a cables de fibra óptica de vidrio con revestimiento de plástico. Los cables, que reciben diferentes denominaciones como PCS (Polymer Clad Silica), HCS (Hard-clad silica) y HPCF (Hard Polymer Clad Fiber), son robustos y se pueden confeccionar fácilmente. Las fibras PCF con un diámetro de núcleo habitual de 200 µm y un diámetro de revestimiento de 230 µm, suelen encontrarse en el cableado industrial para longitudes medias de hasta 300 m y velocidades de transmisión de datos en su mayoría ≤100 MBit/s. Otros campos de aplicación son la automoción, la tecnología de sensores y la tecnología médica.

  • GOF multimodo (Glass Optical Fiber): la fibra de vidrio tiene un núcleo de cristal de cuarzo envuelto en una pequeña capa de vidrio reflectante. En los cables multimodo, el diámetro del núcleo es de 50 µm o 62,5 µm. El diámetro superior permite acoplar más energía luminosa al principio de la fibra; pero, al mismo tiempo, se produce una mayor atenuación a lo largo de esta. Por tanto, las fibras multimodo se emplean principalmente en Local Area Networks (LAN) y centros informáticos, en los que los tramos de transmisión pueden alcanzar los 550 m con 10 GBit/s.

  • GOF monomodo: las fibras monomodo tienen un diámetro de núcleo claramente inferior de aprox. 8 µm. En la fibra monomodo se establece una diferencia entre los conceptos de diámetro de núcleo y diámetro de campo de modo. El diámetro de campo de modo depende de la longitud de onda. Cuanto mayor sea la longitud de onda, mayor será el diámetro de campo de modo. Como solo se transmite un modo de luz en la fibra, se puede inyectar y transmitir una gran cantidad de potencia en esta. El coeficiente de atenuación de la fibra es muy bajo en la zona de transmisión. La baja atenuación y la baja dispersión generan los requisitos ideales para emplear las fibras monomodo para distancias de hasta 50 km y velocidades de datos de p. ej. 40 GBit/s.

Las categorías de fibra OM1, OM2, OM3, OM4 para fibras multimodo y OS1 y OS2 para fibras monomodo están definidas internacionalmente según la directiva ISO/IEC 11801. Indican los anchos de banda de transmisión y los valores de atenuación que registra una fibra. Con el aumento continuo de los anchos de banda de transmisión, crece también el número de futuras categorías como p. ej. OM5 para velocidades de transmisión de hasta 400 GBit/s.

Atenuación en cables de fibra óptica

Posibles causas que provocan la atenuación en los cables de fibra óptica

Pérdidas en cables de fibra óptica

La atenuación es una pérdida de potencia lumínica que se produce cuando la luz se transporta desde el emisor hasta el receptor. El objetivo es transportar hasta el receptor la energía lumínica con la mínima atenuación posible. Se establece una diferencia entre la atenuación que se produce concretamente en un punto y aquella relacionada con la longitud, el coeficiente de atenuación. El coeficiente de atenuación se establece para una longitud de 1 km en cables de fibra óptica.

  • Pérdidas de inserción y de acoplamiento: pueden producirse cuando la luz se acopla a la fibra, desde el transmisor o a través de conexiones enchufables y de empalme en el tramo y en el receptor. Las causas de este tipo de pérdida son diversas. Con mucha frecuencia, se debe a la suciedad en la superficie frontal de los conectores. El acoplamiento de diferentes diámetros de núcleo en un enlace provoca pérdidas. Las conexiones de empalme realizadas por fusión tienen una atenuación muy baja y están por debajo de 0,1 dB. Los desplazamientos longitudinales, transversales y angulares de los extremos de las fibras también pueden causar atenuación. Los arañazos y las grietas en las superficies de los extremos no solo provocan un aumento de la atenuación, sino que también pueden causar daños adicionales en la superficie frontal opuesta acoplada. Incluso los fallos de montaje como, p. ej., una muesca en el exterior de la fibra de vidrio durante el montaje, pueden provocar una atenuación o una rotura posterior.

  • Pérdida de flexión: en las hojas de características se indican los radios de flexión mínimos de los cables de fibra óptica. Si no se alcanza este valor, se producen pérdidas y la atenuación aumenta en consecuencia. Parte de la luz del núcleo se escapa. Hace algún tiempo, se desarrollaron fibras GOF para la gama multimodo y monomodo, que pueden doblarse en ángulos muy pequeños. Con estas fibras, que son menos sensibles a la flexión, es posible conseguir radios de curvatura inferiores a 10 mm a largo plazo. Las fibras están especificadas internacionalmente en las normas correspondientes de las series IEC 60793-x y ITU-Tx. La ventaja es que se pueden tender en caso de condiciones de instalación desfavorables en edificios, unidades residenciales y entornos industriales.

  • Pérdidas por la fabricación: el material utilizado para fabricar el cable de fibra óptica, así como el proceso de fabricación pueden estar sujetos a la atenuación. Las causas pueden ser específicas del material o ser el resultado, por ejemplo, de sustancias contaminantes. Las fibras de vidrio se fabrican de forma que estén optimizadas para determinados rangos de longitud de onda. En estos rangos de longitud de onda la atenuación es lo más baja posible. Los coeficientes de atenuación que se aplican a estas longitudes de onda se indican en las hojas de características. Los cables de fibra óptica deben funcionar en estos rangos.

Dispersión en cables de fibra óptica

Deformación de la señal durante el runtime del emisor al receptor

Repercusiones de la dispersión

Las velocidades de datos y los anchos de banda de transmisión de los cables de fibra óptica también quedan limitados por la dispersión. La dispersión es la deformación de una señal. La señal pierde altura durante el runtime desde el emisor hasta el receptor y los bordes siguen cayendo. Si dos señales convergen sucesivamente, el receptor ya no puede distinguir si se trata de una o dos señales. Esto provoca fallos en la transmisión. Cuanto mayores sean el ancho de banda de transmisión y la longitud del enlace, más importante es centrarse en una baja dispersión. Especialmente en el caso de tramos monomodo largos, se trata de un factor decisivo para una calidad de transmisión fiable y sin errores.

La gama de cables de fibra óptica de Phoenix Contact

Amplia gama de productos para el cableado de fibra óptica

Productos para el cableado de datos basado en fibra óptica

Phoenix Contact le ofrece una amplia gama de productos para el cableado de fibra óptica. Además de una amplia selección de cables y de la tecnología de conexión adecuada, la gama se completa con conexiones de equipo, patch panels, acoplamientos y distribuidores para carril.

  • Velocidades de transmisión de hasta 40 GBit/s
  • Soluciones de IP20, IP65/IP67 e IP68
  • Para todos los tipos de fibra usuales
  • Para las interfaces usuales
  • Máxima seguridad frente a influencias CEM y ESD