Meios físicos para redes
> Meios em cobre
* Noções de eletricidade
Para uma melhor compreensão das especificações técnicas dos cabos são necessários alguns conceitos básicos de eletricidade.
Eletricidade é um fenómeno físico originado por cargas elétricas. Com a movimentação das cargas negativas (elétrons), de maneira ordenada, sobre um elemento condutor, ocorre a produção do que chamamos corrente elétrica (i), e sua unidade é o Ampere (A).
O deslocamento das cargas elétricas por um elemento condutor (por exemplo, um fio de cobre) é provocado pela diferença de potencial (ddp) entre os pontos do elemento. Denominamos esse efeito de tensão elétrica (U), e sua unidade é chamada de Volt (V).
O produto da corrente elétrica pela tensão elétrica é chamado de potência, e sua unidade é Watt(W).
A resistência elétrica (R) que um material oferece para a passagem da corrente elétrica é medida em Ohm (Ω).
É conhecida como lei de Ohm a relação entre resistência, tensão e corrente elétrica: U = R . i.
Consideramos condutortodomaterial com características que permitem a passagem de
corrente elétrica. Isolante é o material que dificulta, ou impede a passagem de corrente
elétrica.
A resistividade eléctrica ρ de um material é dada por: ρ = R . S / l
onde:
ρ é a resistividade estática (em ohm metros, Ωm);
R é a resistência eléctrica de um condutor uniforme do material(em ohms, Ω);
l é o comprimento do condutor (medido em metros);
S é a área da seção do condutor (em metros quadrados, m²)
Outro conceito importante são as unidades métricas.
* Especificações de cabos
Existem várias organizações, grupos empresariais e entidades governamentais que constituem institutos para especificar e regulamentar os tipos de cabos usados em redes. Podemos citar entre tais organizações internacionais a EIA/TIA (Electronic Industry Association e Telecommunications Industries Association), o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), a UL (Underwriters Laboratories), ISO/IEC (International Standards Organization / International Electrotechnical Commission). Além de criar os códigos e gerar as especificações dos materiais utilizados no cabeamento, também definem os padrões de instalação.
O padrão EIA/TIA-568 reconhece os seguintes tipos de cabo para a utilização:
* Cabo coaxial
O cabo coaxial tem melhor blindagem que os cabos de par trançado, com isso pode se estender por distâncias maiores em velocidades mais altas. Dois tipos de cabo coaxial são muito usados:
· cabo de 50 ohms.
· cabo de 75 ohms.
O cabo de 50 ohms, é muito utilizado em transmissões digitais, já o cabo de 75 ohms, é usado em transmissões analógicas e, principalmente, em ambientes de televisão.
Um cabo coaxial é formado por um fio de cobre colocado na parte central, envolvido por um material isolante. O isolante é envolvido por uma malha sólida entrelaçada. O condutor externo, que tem a função de diminuir o efeito de ruídos sobre o sinal transmitido, é coberto por uma camada plástica protetora.
* Cabos de par-trançado (STP e UTP)
A utilização mais comum do par trançado é o sistema telefônico. Geralmente, os telefones são conectados à central telefônica por meio de um cabo de par trançado. Os pares trançados podem se estender por diversos quilômetros sem amplificação mas, quando se trata de distâncias maiores, existe a necessidade de utilizarmos os dispositivos repetidores.
Os pares trançados podem ser utilizados na transmissão de sinais analógicos ou digitais. A largura de banda e a taxa de transmissão dependem da espessura do fio e da distância percorrida mas, em muitos casos, é possível alcançar taxas altas, na ordem de alguns Mbps por alguns quilômetros. Muitas interferências podem ser provocadas se os pares não forem trançados. Devido ao custo e ao desempenho obtidos, os pares trançados são usados em larga escala e é provável que assim permaneçam nos próximos anos.
Denominamos de UTP (Unshielded Twisted Pair) os cabos que não possuem blindagem e STP (Shielded Twisted Pair) os que possuem blindagem.
Abaixo podemos verificar a divisão dos cabos por categoria e sua aplicação:
> Meios ópticos
* Noções de óptica
A óptica é um segmento da física que estuda a luz e seus efeitos. A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, ou seja, a interação entre a luz e o meio.
Dizemos que os raios de luz são linhas orientadas que representam, graficamente, a direção e o sentido da propagação da luz.
Os fenômenos ópticos, reflexão e refração da luz, são os principais fatores para o estudo da transmissão de dados por meios ópticos.
· Reflexão regular: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície plana e lisa, retorna ao meio e se propaga mantendo o seu paralelismo.
· Reflexão difusa: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície irregular, retorna ao meio e se propaga espalhando-se em várias direções.
· Refração da luz: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície, se propaga em um segundo meio.
Um sistema de transmissão óptica possui 3 componentes fundamentais: o gerador de luz, o meio de transmissão e o receptor. Seu funcionamento consiste na instalação de um gerador de luz em uma das extremidades e o receptor na outra. O gerador, ou fonte, de luz recebe um pulso elétrico e envia o sinal de luz através do meio de transmissão para o receptor. O receptor, ao entrar em contato com a luz, emite um pulso elétrico. Adota-se por convenção que a presença de luz equivale a um bit 1, e o bit 0 representa a ausência de luz.
As fibras ópticas são constituídas por três camadas: o núcleo, a casca e o revestimento externo.
O núcleo e a casca são produzidos a partir do vidro, ou de materiais a base de sílica ou plástico, e possuem diferentes índices de refração.
A atenuação da luz através do meio depende do comprimento de onda da luz.
As principais vantagens da fibra óptica são:
· Baixa atenuação
· Elevada largura de banda
· Imunidade à interferência eletromagnética
· Baixo peso
· Pequena dimensão
· Sigilo
· Isolação elétrica
* Fibras Multimodo e Monomodo, e outros componentes ópticos
Entre os mais usuais tipos de fibras ópticas podemos destacar:
· Fibra monomodo
· Fibra multimodo de índice degrau
· Fibra multimodo de índice gradual
A diferença está no modo de operação entre elas. A fibra monomodo possui um modo de propagação enquanto as multimodos podem ter vários modos de propagação.
Entre as fibras multimodo a diferença está na composição do material e os respectivos índices de refração. Enquanto na gradual temos uma variação gradativa no índice de refração, devido a várias camadas de materiais, na fibra de índice degrau temos uma única composição de forma que temos um índice de refração constante.
* Características de desempenho em Fibras Ópticas
Neste item vamos falar sobre alguns fatores que afetam o desempenho das fibras ópticas.
Estudaremos os efeitos de atenuação e dispersão.
* Atenuação
Chamamos de atenuação a perda da potência de um sinal luminoso em uma fibra óptica. Sua unidade de medida é em decibéis por quilômetro (dB/km).
Essa perda depende do comprimento de onda da luz e do material usado e ocorre por causa da limitação de distância entre a origem e o término da transmissão. Os principais fatores que geram a atenuação são: a absorção, o espalhamento e a curvatura.
A atenuação é medida pela seguinte fórmula:
* Absorção
Na absorção uma parcela da energia luminosa é absorvida pelo material devido a alguns fatores como: presença de impurezas, contaminação no processo de fabricação, variação na densidade do material, presença de moléculas de água dissolvidas no vidro ou no polímero, etc.
* Espalhamento
As perdas por espalhamento ocorrem devido ao desvio do fluxo dos raios de luz em várias direções. Dois parâmetros que contribuem para essa perda é a densidade do material da fibra e a estrutura da fibra.
* Curvatura
As perdas podem ocorrer devido a curvaturas. Quando as curvaturas são muito grandes (quando os ângulos gerados pela deformação causarem a refração do sinal) ou muito pequenas (quando são próximas do raio do núcleo da fibra) podem afetar o sinal luminoso.
* Dispersão
A dispersão é o alargamento do sinal luminoso ao longo do percurso da fibra óptica e limita a capacidade de transmissão, alterando os sinais transmitidos. As dispersões mais comuns são: dispersão modal, material e do guia de onda.
* Dispersão modal
A dispersão modal se refere ao fato de que cada modo de propagação, passando por caminhos distintos, tendo assim diferentes velocidades de propagação, para um mesmo comprimento de onda.
* Dispersão material
A dispersão material retrata a influência da matéria-prima empregada na composição da fibra, também é chamada de dispersão cromática.
* Dispersão do guia de onda
A dispersão do guia de onda ocorre devido a variação dos índices de refração do núcleo e da casca ao longo da fibra.
* Instalação, Cuidados e Testes de Fibras Ópticas
É muito importante que as conexões das fibras sejam muitos bem realizadas na instalação dos cabos de fibras ópticas.
As conexões podem ser realizadas através de conectores ou emendas.
Qualquer um dos modos de conexão gera um determinada perda no sinal. Desse modo devemos observar que um grande número de conexões pode comprometer o desempenho do sistema.
Para minimizar as perdas devemos sempre observar dois fatores:
· fatores intrínsecos: inerentes às fibras (diâmetro do núcleo/da casca, ovalização do núcleo/da casca, etc.).
· fatores extrínsecos: condições externas (deslocamento lateral, separação das extremidades, desalinhamento angular, etc.).
Para a instalação devemos possuir alguns acessórios, tais como: o clivador, os removedores de revestimentos, o desencapador e a máquina de polir.
Os principais testes realizados nas fibras são:
· teste de tração
· teste de curvatura
· teste de compressão
· teste de impacto
· teste de potência
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