Leaky Feeder

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Universidad Nacional De ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES CABLES COAXIALES RADIANTES O LEAKY FEEDER CURSO: Control Temporal COD. DEL CURSO: IT-414M Gutierrez Gonzales Elvis Alejandro 20131386D

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1. FUNDAMENTOS Y ANALISIS TEORICO ¿Qué es un Cable Radiante? El cable radiante es aquel donde la energía RF se transmite longitudinalmente y se irradia en el espacio circundante simultáneamente. Para conseguirlo cuenta con una estructura similar a la de un cable coaxial pero cuenta con unas ranuras cortadas en el conductor exterior que permite que niveles controlados de energía electromagnética sea radiada fuera del cable. Por tanto, el funcionamiento del cable es como el de una línea de transmisión y una antena al mismo tiempo. La cantidad de radiación se cuantifica por las pérdidas de acoplamiento, especificadas en las diferentes hojas de características, y que se definen como la diferencia de potencia entre la transmitida por el cable y la potencia recibida por una antena dipolo situada a una distancia de 2 m del cable (Según normativa IEC 61196-4). También llamado leaky feeder o radiating cable es un cable coaxial con unas ranuras en su conductor exterior, que permiten transmitir y recibir señales en toda su longitud. Al ser un sistema de comunicaciones diseñado para poder radiar: cosa que el cable coaxial "estándar" no debe hacer en condiciones normales de funcionamiento, facilita la comunicación por radio, en lugares donde la propagación de las ondas electromagnéticas es obstaculizada (en túneles, minas, edificios, junto a vías o líneas y en grandes complejos como recintos feriales o aeropuertos). Es muy utilizado en minería y otros entornos donde hay túneles, para compensar la mala propagación de las olas dentro de un túnel, por ejemplo a las redes de ferrocarriles subterráneos. Esta tecnología permite disponer de frecuencia banda ancha a lo largo de todo el recorrido donde vaya instalado el cable. Normalmente se instalan en túneles, minas, bien un parking o cualquier otro lugar donde se requiera de cobertura movil o radio. Podemos apreciar la radiación del cable:

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Estos sistemas son utilizados para obtener alta seguridad de comunicación en túneles ferroviarios así como una buena cobertura móvil para todos los usuarios del servicio, de este modo se evitan los cortes de llamadas móviles o interferencias de comunicaciones, garantizando comodidad, fiabilidad y seguridad para todo el trayecto Entre otras definiciones podemos decir que estos cables coaxiales de baja pérdida son antenas distribuidas que facilitan la comunicación por radio donde la propagación en el espectro del espacio libre de ondas electromagnéticas es dificultosa o no se recomienda, como sucede en túneles, minas, aeropuertos y muy diversos edificios. Estos cables son soluciones pasivas que prácticamente no requieren mantenimiento ni consumen electricidad, contribuyendo así a garantizar la disponibilidad del sistema mediante una operación libre de errores. Estructura: El cable radiante se compone de un conductor central, un dieléctrico, un conductor externo y una cubierta externa termoplástica. La impedancia característica típica del cable es 50 Ω y los tamaños van desde ½” hasta 1-5/8”.

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Conductor interno: Es la zona por donde se transmite la información, es de cobre aunque algunos fabricantes están empezando a utilizar aluminio, algunos proveedores usan el alambre de cobre revestido de aluminio. Dieléctrico: Generalmente es Espuma física de polietileno (La espuma FOAM), es la mas eficiente, a menor densidad, mayor aislamiento. Conductor externo con ranuras: Lámina de cobre superpuesta que se fabrica con una serie de ranuras estratégicamente colocadas que permite la transmisión de la información al exterior. A través de estas ranuras se puede controlar el nivel de energía radiada y su frecuencia de funcionamiento.

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Envoltura del cable: las normas exigen que sean fuego-retardantes y que sean libres de halógenos, es decir, se construye en PE o LSZH, libre de halógenos, retardarte a la llama y baja emisión de gases tóxicos.

La construcción del cable estándar utiliza una cubierta exterior resistente a la intemperie, libre de halógenos, baja emisión de humos y retardante a la llama (HLFR). Esta construcción cumple con las normas internacionales IEC 60332-3 (propagación de la llama), IEC 61034 (densidad de humo) y IEC 60754 (acidez de los gases desprendidos). Si se añade además una cinta de barrera para el fuego (por ejemplo, de mica) y se coloca entre el conductor exterior y el dieléctrico (HLFR/M), el cable cumple también los requisitos de la norma IEC 60331 de integridad de circuito. Por último el cable radiante puede ser autosoportado, es decir, fabricado junto a un fiador de acero que permite fijar el cable con una distancia mayor entre sujeciones.

Para ampliar la información de su composición hemos tomado como ejemplo un tipo de cable fabricado por Sylex: Entre los principales tipos se encuentran: - LSC para aplicaciones por debajo de 1GHz sin ninguna restricción. - RMC "A-Series" para aplicaciones hasta 3.5 GHz. - RMC "T" cables optimizados para TETRA (380 - 470 MHz).

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- RMC "B" cables optimizados para GSM-R & TETRA

- RMC "CL" & "CH" para aplicaciones WLAN (2.4 and 5.8Ghz) Una selección adecuada del cable radiante puede permitir el aumento de la distancia entre repetidores, disminuyendo el coste del hardware y, por tanto, superando cualquier ahorro obtenido en el uso de cables radiantes técnicamente inferiores. En la actualidad disponemos de una amplia gama de cables que cubren todo el rango de frecuencias utilizado para radiocomunicaciones.

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Principio de funcionamiento de un cable radiante Un sistema de comunicación de cable radiante consiste en un cable coaxial instalado a lo largo de un túnel que emite y recibe olas radioeléctricas funcionando como una antena muy larga. El cable es "leaky (agujereado)" porque tiene vacíos o ranuras en su conductor externo para permitir que la señal de radio se filtre hacia fuera del cable a lo largo de toda su longitud. Por razón de este escape de la señal, hay que insertar amplificadores de línea a intervalos regulares, típicamente cada 350 a 500 metros, para aumentar la señal radiada hasta niveles aceptables. La señal es normalmente captada por los transceptors portátiles que traen los trabajadores. Las transmisiones de los transceptors son recogidas por el cable y portadas a otras partes del túnel, permitiendo una comunicación bidireccional por radio a lo largo de todo el sistema de túneles. El sistema tiene un alcance limitado por razón de la frecuencia utilizada (típicamente VHF o UHF), las transmisiones no pueden pasar a través de rocas sólidas, hecho que limita el sistema a una aplicación de alcance visual. Aun así, permite una comunicación bidireccional para móviles. Aunque en la actualidad existen empresas que han superado estas dificultades permitiéndonos usarlo bajo los entornos más difíciles.

TECNOLOGIA Están construidos con componentes resistentes al fuego y baja emisión de gases tóxicos, los servicios inalámbricos de misión crítica (Tetra /GSM-Rail / señalización / track-to train radio) a comerciales (2G, 3G, 4G); y desde ultra banda ancha RF (multi-banda / multi-operador) a banda específica de frecuencias. Son popularmente utilizados en el sistema GSM / CDMA / UMTS. Hay una amplia variedad de necesidades para las comunicaciones por radio metro, por ejemplo: 

Comunicaciones móviles (GSM, PCN/PCS, DECT…) en el edificio, túnel o subterráneo.

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Retransmisión de Radio FM (88-108MHz) en túneles de carreteras o ferroviarios

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Las comunicaciones por radio de servicios de emergencia en carretera la retransmisión túneles – reinstalación de radiotelefonía en túneles de carretera

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Comunicaciones en ferrocarriles subterráneos o en túneles ferroviarios

El desarrollo de nuevos sistemas de radio móvil requiere nuevos elementos que permiten la retransmisión de la banda de 900 MHz con una atenuación aceptable. Los cables radiantes, por su construcción pueden emitir diferentes frecuencias de banda como, 50-150 MHz a 450-900 MHz, 1800-2200 MHz y hasta los 2700Mhz La instalación de este tipo de cable es de vital importancia, ya que ha permitido comunicarse en tuenes y minas en situaciones de emergencia y situaciones de peligro, como accidentes en túneles o derrumbamientos en minas. Aquí tenemos algunos fabricantes del sector que proveen a nivel mundial:    

RFS Radio Frequency Systems Andrew Commscope Eupen Silex

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1. Punto de instalación de grapas. La instalación del cable radiante, se realizara en la clave del túnel a una distancia ente 20 y 30 cm del cable sensor lineal de temperatura.

Donde: El cable de comunicación es el cable radiante y el cable de detección lineal de incendio es el cable sensor lineal de temperatura. 2. Instalación de grapas metálicas y plásticas. Todas las grapas se instalaran a una distancia de 1.5m de longitud, tener en cuenta que se instalaran 5 grapas plásticas por cada grapa metálica.

El resultado final instalado debe ser aproximadamente la siguiente proporción (teniendo en cuenta los 3160 m del túnel) 1755 grapas plásticas y 351 grapas metálicas instaladas. Las grapas de platico se montan según el siguiente gráfico:

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Nota: Se han suministrado unidades adicionales para absorber pérdidas o roturas de algunas unidades. Las grapas de platico se montan según el siguiente gráfico:

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3. Instalación de cable en grapas metálicas y plásticas. Las ventanas de radiación del cable deben quedar mirando hacia la carretera (vehículos). El modelo de cable suministrado posee unas guías (marcado del cable,) que están en el lado opuesto de donde se encuentra las ventanas de radiación.

4. Método de tendido del cable radiante.

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Se han suministrado 6 bobinas de cable radiante de aproximadamente 600 metros. El cable no se puede cortar se deberán realizar los tendidos por bobinas enteras en una jornada de trabajo continua, sin interferencias con otros empresas. Cuando se comience a tender el cable por el centro del túnel no se podrá cambiar la trayectoria de los camiones y/o medios de elevación. Es importante tener en cuenta que el radio de curvatura del cable debe ser mayor a 700 mm de radio para que no se produzca la rotura o imperfecciones del cable.

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Aplicaciones Minería El sistema de comunicación de cable radiante ha sido utilizado en la industria minera como método de comunicación inalámbrica entre mineros. El sistema es utilizado como sistema de comunicación primaria empleando un transceptor bastante pequeño para ser traído cómodamente por un minero durante todo un turno. Para explicar de manera sencilla un ejemplo: El principal uso es sobre todo en los lugares donde la cobertura es limitada o nula, como pudieran ser los túneles. La transmisión en túneles por medio de antenas y repetidores complica muchísimo una cobertura lineal a lo largo de todo el trayecto y a menudo se hace muy difícil. Es por este motivo por el que se instalan los cables radiantes. En este caso se aplica como soluciones para la minería de datos y voz, con el sistema de radio digital para comunicaciones integradas de voz y datos

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Para hacernos idea, el cable radiante es una antena constante tan larga como se necesite que permite dar cobertura banda ancha en lugares donde la cobertura de radio y móvil no es posible como en túneles de las minas.

El cable radiante se coloca a lo largo del túnel, normalmente a unos 15 cm de separación del techo o pared e irradia frecuencias de banda ancha en todo el tramo.

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El sistema se compone de un panel de distribución Head End con una fuente de poder que actua como UPS al poseer baterías. El cable leaky feeder se conecta al exterior a través de un amplificador adaptador, repetidores VHF y una antena VHF. El panel de distribución RNG-H36 en el Head End distribuye las señales desde el exterior al interior del túnel y desde el túnel al exterior para un máximo de 16 canales. El Head end se instala en la entrada del túnel en una garita aislada o en una sala de control o de guardias si existe. Esta instalación debe contar con un poste para la instalación de la antena. Estas instalaciones deben estar debidamente protegidas contra rayos y deben contar con una tierra eléctrica de protección. Los equipos al interior del túnel son el cable leaky feeder, amplificadores lineales, splitters, splicers aislador de circuito de alimentación eléctrica si se requiere para instalaciones en áreas con riesgo de explosión. El sistema leaky feeder se termina en un extremo con un terminador. La antena como terminador permitirá cubrir con el servicio de comunicaciones el segmento del túnel en construcción. El sistema cuenta ademas con una fuente de poder al interior del túnel con un adaptador para inyectar voltaje DC al cable leaky feeder.

Ferrocarriles subterráneos El cable radiante también se utiliza para la comunicación móvil en las redes de ferrocarriles subterráneos. Al Metro de Hong Kong un sistema de cable radiante fue incorporado en las especificaciones del proyecto y se instaló durante la construcción. Esto permite servicios de emergencia con una comunicación móvil sin fisuras desde el subsuelo a la superficie. El Metro de Londres utiliza un sistema de cable radiante por su red de comunicación interna Conecta. El sistema de comunicaciones de los servicios de emergencia no era compatible y no funcionaba en los subterráneos. Una alternativa al sistema de cable radiante en los ferrocarriles subterráneos es utilizar el Sistema de Antena Distribuida (DAS).

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Redes inalámbricas en aviones El cable radiante se puede utilizar para permitir la recepción de señales GSM y WiFi a bordo de aviones de pasajeros. El peso y las necesidades de espacio de los sistemas de cable radiante son generalmente más bajos que los sistemas de antenas comparables, ahorrando así espacio y energía. De otro banda, la intensidad de campo producida por el cable radiante alcanza todo el fuselaje mejorando la cobertura y apart de aixó requiere menos potencia de transmisión.

AEROPUERTOS: Debido a la baja cobertura en los aeropuertos, una solución seria la instalación de cables radiantes como se aprecia en la figura.

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ESTADIOS: Debido a la baja cobertura en los estadios, tal es asi que se sabe que cuando hay un concierto en ellos, algunas telefonías llevan antenas de repetidoras para cubrir cobertura. Pero la manera eficiente de resolver aquel problema es instalando el cable coaxial radiante.

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Edificios industriales El sistema de cable radiante también se está utilizando en almacenes y otros edificios industriales, donde es difícil obtener una cobertura Wi-Fi utilizando puntos de acceso normales. Existen instalaciones de cable radiante de unos 50-75 metros conectado a la antena del punto de acceso, con un funcionamiento perfecto En algunos casos, la estación base que trabaja en el cable radiante también se ha conectado a una antena radiante normal para proporcionar también cobertura externa. En algunos otros casos, la propia estación base local ha sido sustituida por una antena elevada que conecta el sistema radiante a una estación base remota al extraer señales de aire. Los principios descritos para los túneles son aplicables a cualquier espacio confinado, como pasillos, huecos de escaleras, pozos de ascensor y áreas de aparcamiento. Pero la gran variedad de formas y dimensiones de estos espacios requiere cierta cautela en el diseño del sistema y la necesidad de soluciones empíricas es más común que en el caso de los túneles simples.

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Resumen:  El cable radiante proporciona velocidades de transmisión de los datos consistentes a lo largo de una gran distancia, se le puede dar forma para suministrar la señal en entornos de difícil acceso y reduce la congestión de RF en la planta al confinar su señal de RF a la zona exacta donde se necesite.  Es útil en entornos de difícil acceso para las antenas convencional, así abaratar costos respecto de las repetidoras.  Los diferentes tipos de modelos ofrecen distintas características respecto a la frecuencia,  Este tipo de sistema cubre las tecnologías: FM, TDMA, CDMA, GSM, UMTS, WLAN, 4G, WIFI, etc.  Distribución de señal homogénea.  Mayor cobertura.  Reducción de puntos de sombra.  Menor mantenimiento.  Seguridad.

NORMATIVAS: La principal norma que rige los cables radiantes es la: 

IEC 61196-4 (2015-09 INTERNATIONAL STANDARD) Coaxial communication cables – Part 4: Especificación intermedia para cables radiantes. Ademas de los siguientes normas: Para la característica fuego retardante:

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IEC 60332-1 | IEC 60332-3C-24 (Analisis de cables eléctricos y cables de fibra óptica sometidos a condiciones de fuego y propagación de la llama.) IEC 61034 (Medicion de la densidad de los humos emitidos por cables en combustión bajo condiciones definidas) Para la característica de toxicidad de los gases:

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IEC 60754-1 & | IEC 60754-1 (Ensayo de los gases desprendidos durante la combustión de materiales procedentes de los cables. Parte 1: Determinación del contenido de gases halógenos ácidos.) Para la cinta de protección de cables y de los circuitos:

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IEC 60331 (Métodos de ensayo para cables eléctricos sometidos al fuego. Integridad de los circuitos. )

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Bibliografía: Código nacional de electricidad Normas de la IEC http://telecombs.com/es/productos/cable-radiante-19.html http://silexst.com/ http://www.diitchile.cl/archivos/DiiTChile-CableRadiante.pdf http://www.c3comunicaciones.es/Fichas/RFS%20Systems/RFS%20Solutions%20for%20Transp ortation.pdf http://www.c3comunicaciones.es/Fichas/RFS%20Systems/RFS%20In-Building%20Solutions.pdf http://www.osinerg.gob.pe/newweb/uploads/Publico/1.CNE%20SUMINISTRO.pdf https://www.itu.int/net/itu_search/index.aspx?cx=001276825495132238663%3Anqzm45z846 q&cof=FORID%3A9&ie=UTF-8&q=cable+radiante https://es.wikipedia.org/wiki/Cable_radiante https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1075-0-199409-I!!PDF-E.pdf https://www.youtube.com/watch?v=NxHVEsirLos