Download Capítulo 7 Medios de Red

FUNDAMENTOS DE
ELECTRICIDAD
Ing. Cristian Durbahn Ulloa.
Magister en Sistemas de Ingeniería
Semana 01
Introduccion:
Electricidad y Medios de Red
La función de la capa física es transmitir
datos, definiendo las especificaciones
eléctricas, inalámbricas o de luz entre el
origen y el destino.
Plataforma para las
comunicaciones
 La comunicación a través de una red es
transportada por un medio. El medio proporciona
el canal por el cual viaja el mensaje desde el
origen hasta el destino.
 Las redes modernas utilizan principalmente tres
tipos de medios para interconectar los
dispositivos y proporcionar la ruta de transmitirse
los datos. Estos medios son:



Hilos metálicos dentro de los cables,
Fibras de vidrio o plásticas (cable de fibra óptica), y
Transmisión inalámbrica.
Plataforma para las comunicaciones
Capítulo 7
Medios de Red
Fundamentos de electricidad.La unidad básica de toda materia es el
átomo, que se compone de tres partes:
• Protones, partículas que tienen una
carga positiva;
• Neutrones, partículas que no tienen
carga; y,
• Electrones, partículas que tienen una
carga negativa.
Capítulo 7
Medios de Red
Los átomos se enlazan en combinaciones
diferentes para formar moléculas de
varios tipos de materia. Por ejemplo, los
átomos de hidrógeno y oxígeno se unen
para formar moléculas de agua.
Capítulo 7
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Propiedades eléctricas de la materia.El núcleo de un átomo está unido por una
fuerza muy poderosa. Los electrones
están unidos a su órbita alrededor del
núcleo por una fuerza mucho más débil.
Los electrones de ciertos átomos pueden
apartarse de su órbita y terminar en la
órbita de átomos cercanos (corriente
eléctrica)
Capítulo 7
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Neutrón
Electrón
Protón
Capítulo 7
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Los átomos y las moléculas pueden
clasificarse como pertenecientes a uno
de tres grupos, dependiendo de la
facilidad con que salen los electrones de
su órbita. Estos tres grupos son:
• Aislantes
• Conductores
• Semiconductores
Capítulo 7
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Material
Flujo
Ejemplos
Aislantes
Flujo pobre de electrones
Plástico, papel, caucho,
madera seca, aire y vidrio
Conductores
Buen flujo de electrones
Cobre (Cu), plata (Ag),
oro (Au), soldadura, agua
ionizada y seres
humanos
Semiconductores
El flujo de electrones se
puede controlar con
precisión
Carbón (C), germanio
(Ge), galio arseniuro
(GaAs) y silicio (Si)
Capítulo 7
Medios de Red
Medición de la electricidad.Voltaje es la fuerza atractiva o campo de
presión entre un electrón (-) y un protón
(+).
El voltaje se representa con la letra V. La
unidad de medida para el voltaje es el
voltio, que también se representa con la
letra V
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Hay dos tipos de voltaje:
• Voltaje de corriente continua (DC).
El movimiento de electrones en un circuito
DC siempre es en la misma dirección, del
negativo al positivo
• Voltaje de corriente alterna (AC).
Cambian periódicamente entre negativo y
el positivo.
Capítulo 7
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La corriente eléctrica o intensidad es el
flujo de cargas que se crea cuando se
mueven los electrones.
Cuando se aplica el voltaje (presión
eléctrica) y hay una ruta para la
electricidad, los electrones se mueven
desde la terminal negativo (que los
repele), por toda la ruta, hasta el terminal
positivo (que los atrae).
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La corriente se representa con la letra I.
Su unidad de medida es el amperio,
que se representa con la letra A o con
la abreviatura amp.
Un amperio se define como el número de
cargas por segundo que pasan por un
punto de un conductor.
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La combinación de intensidad y voltaje es
igual a la potencia o energía eléctrica.
La unidad básica de la energía eléctrica o
trabajo realizado por la electricidad es el
vatio (W).
La potencia es igual al voltaje por la
intensidad.
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Medios de Red
La resistencia es la propiedad de un
material que se resiste al movimiento de
los electrones. Los conductores tienen
una baja resistencia, mientras que los
aislantes tienen una resistencia alta.
La resistencia se representa mediante la
letra R. La unida de medida para la
resistencia es el ohmio, que se
representa con la letra griega omega.
Capítulo 7
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El termino resistencia se utiliza generalmente
para referirse a los circuitos DC.
La resistencia al movimiento de los
electrones en un circuito AC se denomina
impedancia.
Son circuitos de corriente directa o continua. La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct
Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial.
A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas
eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial
son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente
constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre
la misma polaridad
Capítulo 7
Medios de Red
La corriente o movimiento de electrones
solo se produce en circuitos que
forman bucles completos. Estos
circuitos se los conoce como circuitos
cerrados.
Capa física del
modelo OSI
Objetivos
 Explicar la función de los protocolos y los servicios de la
capa física en el soporte de las comunicaciones
a través de las redes de datos.
- Describir la función de las señales utilizadas para
representar bits como una trama mientras se
transporta la trama a través de los medios locales.
 Describir el propósito de la señalización y la codificación
de la capa física según cómo se utilizan en las redes.
 Identificar las características básicas de los medios de
red inalámbricos, de fibra óptica y de cobre.
 Describir las formas en que se utilizan comúnmente los
medios de red inalámbricos, de fibra óptica y de cobre.
Servicios y protocolos de la
capa física
Transformación en bits de las
comunicaciones
 El objetivo de la capa física es crear la señal óptica, eléctrica o de
microondas que representa a los bits en cada trama.
 Luego, estas señales se envían por los medios, una a la vez.
 Otra función de la capa física es la de recuperar estas señales
individuales desde los medios, restaurarlas para sus
representaciones
de bit y enviar los
bits hacia la capa
de Enlace de
datos como
una trama
completa.
Representación de señales en
los medios
Los tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:
Cable de cobre, Fibra e Inalámbrico.
Principios fundamentales de la capa
física
Las tres funciones esenciales de la capa física son:
 Los componentes físicos: Son los dispositivos electrónicos de hardware,
medios y conectores que transmiten y transportan las señales
 Codificación de datos: Es un método utilizado para convertir un stream de
bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits
utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el
emisor como el receptor.
 Señalización: Las
señales inalámbricas,
ópticas o eléctricas
que representan el "1"
y el "0" en los medios.
Formas de representar una señal en el
medio
Reconocimiento de señales de
frame
Interferencia Externa con los
medios de Cobre
Cable par trenzado no blindado
UTP
Características y usos de los
medios de red
Seguridad de los
medios de cobre
Modos de medios de
fibre óptica
Seguridad y señales de medios
inalámbricos
Capítulo 7
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Medios de Cobre.El cobre es el medio más común para el
cableado de la señal.
Entre las propiedades más importantes
están: conductividad, resistencia a la
corrosión, ductilidad, maleabilidad y
fuerza.
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•
•
•
Conductividad, es el mejor conductor
de corriente eléctrica.
Resistencia a la corrosión, el cobre no
se oxida, el cobre se corroe como óxido
cobrizo de forma más lenta que otros
metales.
Ductilidad, capacidad de dividirse en
finos hilos sin romperse
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Medios de Red
•
•
Maleabilidad, fácil de dar cualquier
forma sin que se dañe al golpearlo,
estamparlo, forjarlo o tornearlo.
Fuerza, 3500 y 4900 kilogramos por
centímetro cuadrado. El cobre mantiene
su dureza y fuerza hasta 204ºC
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Sistema americano de medición de
cables.El diámetro de los hilos del cable o los
conductores se mide utilizando el sistema
AWG (American Wire Gauge, medición
americana de cables).
El AWG es un estándar para medir el
diámetro de alambres de cobre y aluminio.
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Un hilo con un tamaño AWG de 24 tiene un
diámetro de 1/24 de pulgadas.
El cable telefónico más moderno está entre
22 y 26 AWG, siendo 24 la medida más
común.
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Cable par trenzado.El cable par trenzado es un tipo de
cableado que se utiliza para las
comunicaciones telefónicas y la mayoría
de redes Ethernet modernas.
Los pares de hilos están trenzados para
proporcionar protección contra la
diafonía.
Capítulo 7
Medios de Red
Capítulo 7
Medios de Red
Los pares de hilos están trenzados por dos
razones:
• Los pares de hilos transportan señales en
direcciones opuestas , de modo que los
dos campos magnéticos también se
generan en direcciones opuestas y se
neutralizan. A este proceso se lo
denomina cancelación.
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•
Los datos de la red se envían utilizando
dos hilos en un par trenzado. Por cada
uno de los hilos se envía una copia de
los datos, siendo las dos copias
imágenes espejo. Estas señales se
denominan señales diferenciales.
La copia sirve para comparar la señal
de llegada.
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Hay dos tipos básicos de cable de par
trenzado:
• par trenzado blindado (STP); y,
• par trenzado sin apantallar (UTP)
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Cable par trenzado blindado (STP,
Shielded Twisted Pair).Contiene cuatro pares de hilos de cobre
finos, cubiertos por unos aislantes
plásticos codificados por colores y
trenzados conjuntamente.
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Cada par está envuelto en una fina lámina
metálica, y los cuatro pares envueltos
colectivamente con otra capa metálica.
Esta capa se recubre con una cubierta
plástica exterior.
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El Cable de par trenzado apantallado ScTP
(Screened Twiated Pair) es una variante
del STP tradicional, en los que no existe la
capa metálica que recubre a los pares de
cables trenzados.
Los STP y ScTP deben ser instalados
correctamente a tierra o sino pueden sufrir
de interferencias. Sin una buena conexión
a tierra se convierten en antenas.
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Las características de cable STP:
• Velocidad y rendimiento de transferencia:
10 a 100 Mbps.
• Coste medio por nodo: ligeramente caro
• Tamaño del medio y el conector: medio a
grande.
• Longitud máxima del cable: 100 mts.
(corto).
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Cable de par trenzado sin apantallar
(UTP, Unshielded Twisted Pair).Está compuesto por cuatro pares de hilos
de cobre finos cubiertos por unos
aislantes plásticos codificados por
colores y trenzados en conjunto. Los
pares de hilos están cubiertos por una
carcasa de plástico exterior.
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Las características del cable UTP:
• Velocidad y rendimiento de transferencia:
10 a 100 Mbps.
• Coste medio por nodo: ligeramente caro.
• Tamaño del medio y el conector: pequeño
• Longitud máxima del cable: 100 mts
(corto)
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Los tipos de cables UTP más utilizados son los
siguientes:
• Categoría 1 (CAT 1). Se utiliza para
comunicaciones telefónica no de datos.
• Categoría 2 (CAT 2). Capaz de transmitir datos
a velocidades superiores a 4 Mbps.
• Categoría 3 (CAT 3). Se utiliza en rede Ethernet
10BASET. Puede transmitir datos a velocidades
de hasta 10Mbps.
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• Categoría 4 (CAT 4). Se utiliza en redes
Token
Ring.
Puede
tarnsmitir
a
velocidades de hasta 16 Mbps.
• Categoría 5 (CAT 5). Puede transmitir
datos a velocidades de hasta 100 Mbps.
Se utiliza en redes Fast Ethernet.
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• Categoría 5e (CAT 5e). Se utiliza en redes con
velocidades de hasta 1000 Mbps (1 Gbps). Se
utiliza en redes Gigabit Ethernet (GigE).
• Categoría 6 (CAT 6). Se utiliza en redes GigE.
Normalmente los cables de categoría 5 y
superiores están compuestos por cuatro pares
de hilos de cobre 24 AWG, multitrenzados.
Capítulo 7
Medios de Red
Al comparar el UTP con el STP, tenemos:
• La velocidad de ambos tipos de cable es
normalmente satisfactoria para las distancias
de área local.
• Son los medios más baratos para la
comunicación de datos. El UTP es más
barato que el STP.
• Muchas de las transmisiones se han
estandarizado para acoplarse a los UTP.
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Medios de Red
Cable Coaxial.El cable coaxial consta de cuatro partes:
• Conductor de cobre.
• Aislante plástico.
• Pantalla de cobre trenzada.
• Cubierta exterior.
Capítulo 7
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Medios de Red
El conector utilizado es el BNC (British
Naval Connector).
Las ventajas de utilizar este tipo de cable
son:
• Llevan la información a una distancia
mucho mayor que el UTP o STP.
• Por su blindaje es ideal para el cableado
externo.
• Más resistente a los ruidos.
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Alguno de los tipos de cable coaxial son:
• RG-59, de 20AWG que es utilizado hasta
ahora por la televisión por cable.
• RG-6, 18 AWG
• RG-11, 14AWG, ambos para el cableado
entre edificios
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Medios de Red
Las desventajas que presentaba el trabajar
con el cable coaxial eran:
• Difícil de manipular
• Mas complicado a la hora de realizar
conexiones (conectores y extensiones)
• Más caro que el UTP o STP.
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Existen dos tipos de cables coaxiales:
• Cable coaxial grueso Thicknet, 1 cm de
diámetro.
• Cable coaxial delgado Thinnet, 0.35 cm
de diámetro.
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Características generales:
• Velocidad y rendimiento de transferencia:
10 a 100 Mbps
• Coste medio por nodo: Barato
• Tamaño del medio y el conector: Medio
• Longitud máxima del cable: 500 mts.
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Especificaciones del cable.Las especificaciones o normas son un
conjunto de reglas o procedimiento
ampliamente utilizados que sirven como
método aceptado de hacer una tarea.
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La Asociación de la industria de las
Telecomunicaciones (TIA) y la Asociación
de Industrias Electrónicas (EIA).
• TIA/EIA-568-B
• TIA/EIA-569-B
• TIA/EIA-570-A
• TIA/EIA-606
• TIA/EIA-607
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Tarea de Investigación:
Investigar sobre las normas expuestas en
clase
Capítulo 7
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Medios Ópticos.-
La fibra óptica es el medio más utilizado
para transmisiones largas, de gran ancho
de banda y punto a punto requeridas en
los backbones LAN y las redes WAN.
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Medios de Red
La fibra óptica se utiliza en redes porque:
• No es susceptible a los rayos, a la
interferencia electromagnética o a la
interferencia de radiofrecuencia.
• Mayor ancho de banda.
• Cubre mayores distancias.
• Es más segura porque es difícil de
pinchar.
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Medios de Red
• Se
puede cambiar de equipos o
dispositivos de red más rápidos sin
necesidad de cambiar la fibra.
• Más barata que el cobre por la distancia
que cubre.
• El material en bruto de la fibra es la
arena, un material abundante.
• No se debe instalar a tierra.
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• Es ligera.
• Se instala facilmente.
• Pueden
empalmarse facilmente para
conseguir cables más largos.
• Resiste a los factores medioambientales,
como el agua, en comparación con el
cobre.
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El espectro electromagnético.La luz utilizada en las redes de fibra óptica
es un tipo de energía electromagnética.
Longitud
de onda
Capítulo 7
Medios de Red
La longitud de onda de una onda
electromagnética está determinada por la
frecuencia con que la carga eléctrica que
genera la onda se mueve de atrás y
adelante.
Las ondas electromagnéticas todas viajan
utilizando la misma tasa de velocidad
medidas por distancia (Km, millas) sobre
segundo (o fracciones).
Capítulo 7
Medios de Red
El ojo humana solo percibe la energía
electromagnética con longitudes de onda
entre 700 y 400 nanómetros (luz visible)
La fibra óptica utiliza longitudes de ondas
electromagnéticas
denominadas
luz
infrarroja que pueden ir de 850, 1310 y
1550 nm
Capítulo 7
Medios de Red
Para transmitir por fibra óptica, se utilizan
las longitudes de onda que no son
visibles para el ojo humano. Esas
longitudes de onda son ligeramente más
largas que la luz roja y se denomina luz
infrarroja.
Capítulo 7
Medios de Red
La longitud de onda de la luz en la fibra
óptica es una de las siguientes:
• 850 nm
• 1310 nm
• 1550 nm
Estas longitudes de onda fueron elegidas
por viajar mejor en fibra óptica, que las
longitudes de ondas
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Medios de Red
Cuando las ondas electromagnéticas,
incluyendo la luz, salen de su origen
viajan en línea recta, denominadas rayos.
En el espacio vacío la luz viaja en línea
recta continua a 300.000 Km por
segundo.
Sin embrago, lo hace a distintas
velocidades dependiendo el material que
atraviese.
Capítulo 7
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Cuando un rayo (rayo incidente) cruza el
límite de un material (el aire) a otro (el
vidrio), parte de la energía lumínica del
rayo se refleja (rayo reflejado).
La energía lumínica en el rayo incidente que
no es reflejada entra en el vidrio.
El rayo entrante aparece doblado cierto
número de grados respecto a su ruta
original (rayo refractado)
Capítulo 7
Medios de Red
La cantidad de rayos que se curvan en el
vidrio está determinada por la densidad
óptica del vidrio. Dicha densidad se
refiere a la cantidad de deceleración del
rayo de luz al atravesar una sustancia.
La proporción entre la velocidad de la luz en
un material y la velocidad de la luz en el
vacío se denomina índice de refracción
(IR)
Capítulo 7
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IR = Velocidad de la luz en el vacío /
Velocidad de la luz en el material
La medida de la densidad óptica de un
material es el índice de refracción de ese
material. Un material con mayor IR es
más denso ópticamente y reduce la
velocidad de la luz.
Capítulo 7
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Sustancia
Aire
Índice de Refracción
1,000
Vidrio
1,523
Diamante
Agua
2,419
1,333
Capítulo 7
Medios de Red
En la transmisión por fibra óptica también
ocurre los efectos de reflexión (la luz
rebota en el cambio de medio, como la luz
reflejada en los cristales)
Capítulo 7
Medios de Red
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Medios de Red
Cables de fibra óptica.-
Es un medio de red que utiliza luz modulada
para la transmisión de datos a través de
hilos de vidrio. Las señales que
representan los bits de datos se
convierten en rayos de luz.
Capítulo 7
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Es importante reconocer que mientras la
electricidad es necesaria para generar e
interpretar las señales de la fibra óptica
en los dispositivos finales, no hay
electricidad en el propio cable, como
ocurre en un medio de cobre.
Capítulo 7
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El cable de fibra óptica utilizado para las
redes consiste en dios fibras de vidrio
revestidas de fundas separadas. Una
fibra transporta los datos transmitidos
desde el dispositivo A hasta el dispositivo
B; la segunda fibra transporta los datos
desde el dispositivo B hasta el dispositivo
A.
Capítulo 7
Medios de Red
Los cables de fibra óptica
compuestos normalmente por
partes:
• El núcleo
• El revestimiento
• Un material intermedio
• Un material fortificante
• Una cubierta exterior
están
cinco
Capítulo 7
Medios de Red
Capítulo 7
Medios de Red
La parte óptica por la que viajan los rayos
de luz se denominan núcleo de la fibra.
Los rayos de luz no pueden entrar en el
núcleo de la fibra óptica con cualquier
ángulo. Solo pueden hacerlo si sus
ángulos están dentro de la abertura
numérica de la fibra. Además hay un
número limitado de rutas ópticas
denominadas modos.
Capítulo 7
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Si el diámetro del núcleo de la fibra es lo
suficientemente grande para que existan
muchas rutas que puedan tomar la luz al
pasar por la fibra, esta se denomina fibra
multimodo. La fibra monomodo tiene un
núcleo mucho más pequeño que solo
permite que los rayos de luz viajen por
una ruta dentro de la fibra
Capítulo 7
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Fibra Monomodo
Fibra Multimodo
Características del
núcleo
Núcleo pequeño (10
micras o menos)
Núcleo más grande
(50 a 62,5 micras)
Características de
dispersión
Menos dispersión
Mayor dispersión
Características de
distancia
Hasta 3 Km
Hasta 2 Km.
Fuente de luz
Frecuencia láser
Utiliza LED