En mi post anterior vimos dos prácticas sobre antenas satélites. La primera consistía en buscar la orientación de los satélites Astra e Hispasat con una app. La segunda fue comprobar con el medidor de campo una antena parábolica. Hoy voy a mostraros un vídeo práctico de como orientar una antena parábolica en elevación (ángulo vertical) y en azimut (angulo horizontal). Se trata de una parabólica hacia el satélite Astra y el técnico por su acento parace del sur y que ya a orientado muchas antenas ya que conoce el ángulo de elevación, la orientación azimut (dice que hacia el este) y el ángulo del LNB, dice que a las 7h). Después de esta colocación aproximada, la ajustará de manera más fina con el medidor de campo.
Los cálculos podía haberlos realizado numéricamente como hemos visto en post anteriores o obtener los datos de la app Satfinder.
En entradas anteriores os había hablado de temas relacionados con la TV satélite. Por ejemplo cuando hablé de su recepción en el equipo de cabecera y cuando hice una introducción a la tv satélite. En el presente post os hablaré en mayor profundidad sobre la TV satélite.
1. Enlaces de radiodifusión satélite.
La comunicación vía satélite se puede resumir en 4 pasos:
1. En el centro de producción de programas de TV se graban los telediarios, shows, etc y también se controla la programación no grabada (Películas, series, documentales, etc) para ser enviados vía fibra, cable o ondas hacia la estación terrestre transmisora.
2. La estación terrestre transmisora convertirá las señales recibidas en ondas electromagnéticas y las enviará hacia el satélite. La frecuencia típica de las ondas ascendentes es de 14 GHz.
3. Los satélites recibirán estas ondas ascendentes, su módulo transponedor las transformará en ondas descendentes que volverá a direccionar hacia la tierra, pero con una frecuencia típica de 12 GHz.
4. Las antenas parabólicas de recepción que están orientadas a un satélite específico, recibirán las señales descendentes en forma de onda, la transformarán en señales eléctricas que serán decodificadas para que el televisor pueda reproducir cada pixel RGB.
2. Características de los canales satélite
Las principales características que definen un canal de televisión satélite son: Frecuencia de transmisión, banda de transmisión y la polaridad de la señal (vertical u horizontal). También debemos tener en cuenta la posición del satélite en la orbita geoestacionaria (fija desde un observador que esté situado en la tierra).
Podemos ver en la imagen un bloque LNB (Low Noise Block) con las cuatro salidas posibles:
Banda baja horizontal Banda alta horizontal Banda baja vertical Banda alta vertical
La modulación utilizada para la transmisión de TV satélite es la modulación QPSK, una modulación complicada de la que os pongo un enlace por si queréis saber más. Si os fijáis PSK ya lo vimos en el post sobre modulación:
Por tanto, en PSK los 0s son cuando la onda se iniciaba con una fase negativa y los 1s cuando la onda se iniciaba con una fase positiva. La Q de QPSK significa Quadrature, debido a que se trata de una onda compleja con 4 polos a distintos ángulos 45º, 135º, 225º y 315º
Por tanto los bits de información se transmitirán en el espacio de la siguiente forma:
3. Elementos de recepción de la señal de TV satélite. El presente blog tiene como protagonista las ICTs, por ello es importante que nos centremos en los elementos de recepción de señales satélites en la ICT, es decir las antenas parábolicas receptoras y su unidad de decodificación. Podemos considerar que los elementos de recepción son tres: Reflector: Se trata de una superficie parabólica capaz de concentrar las ondas del satélite en un punto llamado foco. LNB (Low Noise Block): Se coloca justo en el foco para recibir la señal electromagnética concentrada y transformarla en una señal eléctrica. Como hemos visto al principio del post, si es capaz de captar 4 señales diferentes tendrá 4 salidas. Unidad decodificadora: es capaz de decodificar la señal eléctrica modulada en la señal eléctrica capaz de reproducir los colores en los píxeles de la televisión. En ICT 2 se exige que la unidad decodificadora sea colectiva. Por supuesto en las viviendas que no exista esta instalación colectiva, el receptor se encuentra en el interior se la vivienda individual Elementos recepción individual Unidad interior de decodificación en un edificio colectivo (debajo del equipo de cabecera)
4. Ajuste y orientación de las antenas parabólicas. Para la correcta orientación hacia un satélite (Astra o Hispasat), será necesario ajustar los dos parámetros básicos: Elevación: Orientará la altura en la que se encuentra el satélite Azimut: Orientará la proyección horizontal de la posición del satélite
Obtención de la Elevación: La fórmula de la elevación es:
Siendo
Donde θ es el ángulo de la latitud norte del lugar donde se encuentra la antena y el Φ es la diferencia entre la longitud oeste del lugar y la longitud oeste del satélite
Ejemplo de obtención de la elevación:
Vamos a obtener los datos de elevación de una antena ubicada en Daimiel (latitud norte de 39,08º, longitud Oeste de -3,62º) Para orientar hace el Satélite HISPASAT (longitud de -30º Oeste).
Solución:
Para calcular E:
Necesitamos hallar
Donde θ =latitud norte del lugar = 39,08º
Φ =longitud oeste del lugar - longitud oeste del satélite = -3,62º - (-30º) = -3,62 + 30 = 26,38º
arctg [(cos 46,21º - 0,15127)] / sen 46,21º = arctg 0,743 = 36,6º Ángulo de elevación respecto de la horizontal de la antena de Daimiel hacia el satélite Astra
Obtención del Azimut: Para conocer el giro de la antena respecto a un eje vertical usaremos la siguiente fórmula:
Donde los ángulos son antiguos conocidos: θ es el ángulo de la latitud norte del lugar donde se encuentra la antena y el Φ es la diferencia entre la longitud oeste del lugar y la longitud oeste del satélite.
Calulamos el Azimut para Daimiel e Hispasat, según los datos del ejercicio anterior de cálculo de la elevación:
Hoy os voy a mostrar una web que he desarrollado capaz de recoger los datos de una ICT y enviarlos automáticamente a una hoja de cálculo mía. La cual he programado mediante fórmulas para que sea capaz de hallar la atenuación hasta una toma, así como el nivel de señal en dicha toma.
La dirección URL de mi web calculadora de ICTs es:
Ahora voy a tratar el tema con una mayor profundidad.
1. Definición
La fibra óptica es uno de los mecanismos de transporte de datos más usados en la actualidad, debido a que permite transmitir ingentes cantidades de datos a increíbles velocidades (todos conocemos la velocidad a la que viaja la luz c=300000km/sg, para hacernos una idea, una vuelta al mundo por el ecuador son 40000 km).
Una de las ventajas con respecto a los medios basados en electrones es que los pulsos de luz son inmunes a interferencias electromagnéticas.
En la fibra óptica los pulsos de luz (1s) o su ausencia (0s) se transmiten a lo largo de un núcleo central de vidrio o plástico cubierto de un revestimiento que imposibilita la salida de luz al exterior.
El fenómeno óptico que posibilita la transmisión continua del pulso de luz a lo largo del núcleo central es el TIR (Total Internal Reflection): Cuando un rayo de luz debería atravesar de un medio a otro con un determinado ángulo, puede ocurrir que se reflecte completamente la luz en la frontera de los distintos medios, de forma que la luz no atraviese esa frontera y pueda continuar sin pérdidas. Para entenderlo mejor podéis ver el siguiente vídeo a partir de 1m 50sg:
También podemos ver el fenómeno de Reflexión Interna Total en el siguiente esquema:
2. Sistema de transmisión
El conjunto de los elementos para la transmisión de información mediante fibra óptica puede resumirse en los siguiente elementos:
Codificador de la información eléctrica al medio de luz.
Fuente de luz, generalmente Láser (Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation) o LED (Light Emitting Diode).
Fibra óptica como medio de transmisión
Receptor de luz
Decodificador para transforma la información en la señal eléctrica original
Estos elementos podéis observarlos en el siguiente esquema:
2. Cables de fibra óptica La composición básica de este medio de transmisión es la siguiente:
Nucleo óptico (core). Parte interna donde se propagan los pulsos de luz con la información. Posee un alto índice de refracción tal que con el ángulo de incidencia de la luz es capaz de producirse la reflexión total en la superficie. La fibras monomodos tienen un diámetro de 9 µm y las multimodo entre 50 y 62,5 µm.
Funda óptica (cladding). Es el recubrimiento intermedio que actúa de elemento con diferente índice de refracción para confinar los pulsos ópticos dentro del núcleo. Generalmente es del mismo material que el núcleo, pero con aditivos que hacen variar el índice de refracción.
Revestimiento de protección (coating). Se trata de un revestimiento de plástico que sirve para envolver la fibra, aislándola y protegiéndola de rayaduras, cortes, etc. En ocasiones para aumentar la protección y el tamaño del conductor, después del coating, existen unas fibras asilantes y otro nuevo recubrimiento plástico.
A continuación os muestro un esquema de la composición de un cable de fibra óptica:
2. Tipos de fibra óptica.
Existen dos tipos básicos: monomodo y multimodo. Siendo la definición de modo como un camino de propagación de los pulsos de luz a través un único núcleo.
2.1 Fibra monomodo: Ofrece una gran capacidad de transporte de la información; aunque, debido a sus pequeñas dimensiones, su instalación es complicada, ya que el diámetro de sus fibras es muy pequeño. La propagación de la señal sigue longitudinalmente al eje de la fibra. Solo transmite un haz de luz, aunque a mucha distancia. En general, el núcleo o core tiene una composición distinta a la funda o cladding, por lo que también se la conoce como fibra de índice escalonado.
2.2 Fibra multimodo: Tienen un diámetro de Core mucho mayor, lo que les permite que puedan transmitirse diferentes haces de luz por el mismo núcleo. En las fibras multimodo por utilizar diferentes caminos de transmisión al mismo tiempo, se producen fenómenos ópticos de dispersión lo que reducen la distancia de transmisión. Es decir, conducen más canales de información, pero a menor distancia que las fibras monomodo. El núcleo, al tener un mayor tamaño, es más económico de producir, por tanto la fibra multimodo es más barata. También por este mayor tamaño es más sencillo su acoplamiento mediante fusión. Existen dos tipos de fibras multimodo:
2.2.1 De índice gradual: En las cuales la variación entre los índices de refración núcleo/revestimiento es gradual, según el ángulo de incidencia cada haz reflejará en una zona, lo que permite que los rayos viajen a distinta velocidad, (menor cuando el ángulo crítico sea menor)
2.2.2 De salto de índice: Existe una discontinuidad entre los índices de refacción del núcleo y del revestimiento. Las reflexiones de los distintos haces de luz se producirán siempre en la frontera única según el ángulo de incidencia.
3. Clases de fibra óptica (según sus especificaciones)
La fibra multimodo está disponible en 5 clases aquí tenéis sus especificaciones:
La fibra monomodo solo tiene dos clases: OS1 y OS2. Cn un diámetro de núcleo mucho menor:
4. Tipos de conectores para fibra óptica
Según su estructura física, podemos clasificar los conectores de la siguiente manera:
Conector FC (Fiber Connector): Conexión mediante rosca.
Conector ST de punta recta (Straigh Tip). Fue impulsado por la empresa AT&T y durante unos años fue el más utilizado para fibras monomodo.
Conector SC de conexión recta (Straigh Connector). Con el tiempo ha ido sustituyendo a los conectores ST por su facilidad de instalación y su tamaño reducido.
Conector LC (Lucent Technologies Connector) . Lleva el nombre de la empresa que lo desarrolló. Sistema de anclaje/desanclaje muy similar a los conectores RJ 45.
Según el tipo de pulido de los conectores, podemos clasificarlos de la siguiente manera:
Pulido plano. Método antiguo, actualmente en desuso por su mal acabado.
Pulido PC (Physical Contact). Pulido artesanal, con un ángulo de 30º
Pulido SPC (Super Physical Contact). Pulido a máquina pocas pérdidas
Pulido UPC (Ultra Physical Contact). Pulido más fino, pérdidas mínima.
Pulido APC (Angled Physical Contact). Pulido ultra fino y con un ángulo de 8º.
Para una instalación ICT actual, los conectores deben ser SPC, UPC o APC, con su correspondiente adaptador para conexión en el registro principal óptico del edificio y en la roseta óptica del PAU de cada vivienda.
5. Tipos de empalmes para la unión de cables de fibra óptica
Empalme por fusión: Unión de dos tramos mediante una máquina de fusión o fusionadora. Primero alineamos con precisión las dos fibras. Después en el punto de unión se genera calor mediante un arco eléctrico que las suelda (pérdidas por debajo de 0,1 dB.
Empalme por unión mecánica: Unimos dos fibras alineadas mediante un conector de reducidas dimensiones que las asegura mecánicamente. Pérdidas variarán entre los 0,1 y 0,8 dB.
6. Cajas y rosetas de una Red de fibra óptica:
Caja de interconexión: Es una caja que se conecta a la entrada del edificio y hará las funciones de registro principal óptico para dividir la señal óptica a las distintas viviendas. Se distinguen dos áreas: El módulo de entrada para las redes de los distintos operadores de fibra y el módulo de salida hacia la red de fibra interior del edificio.
Caja de segregación: Se utilizan para proteger y mantener los nodos y empalmes dentro de la red interna del edificio. Discriminará (segregar) los lugares a donde dirigir los cables dentro de la red de distribución. Es importante señalar que la caja estará diseñada para garantizar que los cables mantengan un radio de curvatura mínimo de 15mm, puesto que radios de curva menores podrían romper la fibra
Roseta de fibra óptica: La roseta aloja la terminación de la red de fibra justo donde se conecta el usuario, generalmente mediante un Router que conexionará la red de internet y la red local de la casa mediante WiFi o cables JR 45.
A continuación podéis ver un vídeo del funcionamiento de una fusionadora de fibra:
Hoy os presento el desarrollo de una app de Internet de las Cosas avanzada.
Os había mostrado en una entrada anterior una app capaz de enviar la apertura/cierre de un riego a un canal de servicios IoT.
Hoy voy a ampliar más esta app, con una segunda pantalla, en la cual se podrá realizar una consulta al servidor IoT de cual es el estado del riego, en el caso de que el riego esté cerrado pondrá una foto de un aspersor sin funcionamiento y un texto de que no trabaja; en cambio si el riego está en 1, el algoritmo de programación hará que se ponga una foto de un aspersor abierto y pondrá que está funcionando.
La pantalla de diseño para la ampliación de la app será:
Los bloques de programación para la nueva pantalla son:
Explicación de los bloques:
1. Cuando se pulse el botón "pantalla de inicio" irá a la pantalla de envío de datos
2. Cuando se pulse el botón "Ver estado del canal riego":
Pondrá en web1 la URL de captura del json con el último estado del canal (vimos esta URL en mi última entrada)
Conseguirá el texto que produce esta URL.
3. Creamos la variable último dato y la inicializamos con el valor 2.
4. Bloque muy largo en resumen:
Una vez se ha conseguido el texto de la web pone la variable último dato como el dato del json que está pareado con el field1
Si la variable último dato es 0, pone la foto del riego cerrado y el texto "riego cerrado".
Si la variable último dato es 1, pone la foto del riego abierto y el texto "riego abierto".
Podéis descargar y probar mi app aquí (solo para Android y aceptando permisos de instalación fuera de Play Store.
Vídeo del funcionamiento:
Ahora podéis probar en IOS apps creadas en App inventor sin descargarlas con la siguiente app:
