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UNIVERSIDAD CENTRAL
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CABLE COAXIAL
[Cable Coaxial y sus Aplicaciones | Walter | Walter Poveda Chacón Chacón
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Cable Coaxial
Introducción El cable coaxial fue creado en la década de los 30, Utilizados masivamente desde la década del ’80, el cable coaxial se encuentra hoy en competencia con la fibra óptica. Sin embargo, sus
características conductivas y funcionalidad siguen siendo factores determinantes a la hora de elegir un método de transmisión.
Originalmente fue el cable más utilizado en las redes locales debido a su alta capacidad y resistencia a las interferencias, pero en la actualidad su uso está en declive. Su mayor defecto es su grosor, el cual limita su utilización en pequeños conductos eléctricos y en ángulos muy agudos. En este informe, ofrecemos una breve reseña acerca de uno de los cables más utilizados por la industria.
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Cable Coaxial
Cable Coaxial El cable coaxial es hoy día el más utilizado por los radioaficionados en particular y en general en el campo profesional, para el traslado de la energía generada por un transmisor hacia la antena correspondiente, y así producir el adecuado campo electromagnético. Atrás quedó el empleo de la cinta de conductores paralelos utilizada en televisión, que con su impedancia de 300 ohmios era muy adecuada para la alimentación de antenas. También han quedado casi completamente fuera de uso las famosas “escalerillas” de conductores paralelos con separadores realizados con trozos de tubo de plástico. La palabra “coaxial” quiere decir concéntrico, es decir que tienen el
mismo centro. El cable coaxial está formado por dos conductores concéntricos, uno interior, llamado normalmente “vivo” y otro exterior que rodea al conductor interior y que normalmente está formado por una “malla” o rejilla de hilos trenzados. El conductor interior puede ser de un
solo hilo macizo o bien estar formado por varios hilos retorcidos. El conductor exterior puede estar formado por una o dos mallas y además puede llevar una lámina de aluminio o cobre, con lo que el blindaje mejora. Entre los dos conductores se encuentra un aislante, que puede ser macizo, normalmente de polietileno, o bien formado por una espuma plástica. En este caso el cable es algo más flexible. Tipos de Cable Coaxial y su aplicación
Podemos catalogar al cable coaxial en dos tipos; de Banda Base y de Banda Ancha. El primero de los mismos denominados de Banda Base, es el normalmente empleado en redes de computadoras, con una resistencia de 50 Ohm, por el que fluyen señales digitales, al contrario que su pariente más cercano, el cable coaxial de banda ancha. Tipo
Impedancia
Usos
RG-8
50 ohms.
10Base5
RG-11
50 ohms.
10Base5
RG-58
50 ohms.
10Base2
RG-62
93 ohms.
ARCnet
RG-75
75 ohms.
CTV (Televisión)
El cable de banda ancha normalmente mueve señales analógicas, posibilitando la transmisión de gran cantidad de información por varias frecuencias, y su uso más común es la televisión por cable. Por cierto que en muchos países del mundo, esta red tendida sobre las ciudades ha permitido a muchos usuarios de Internet tener un nuevo tipo de acceso a la red, para lo cual existe en el mercado una gran cantidad de dispositivos, incluyendo módems para CATV.
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Hasta hace poco, el cable coaxial era el medio de transmisión más común en las redes locales. Existen distintos tipos de cable coaxial, según las redes o las necesidades de mayor protección o distancia. En la figura número uno se pueden ver distintos tipos de cable coaxial. El situado más a la izquierda es un cable coaxial con malla plateada y aislante de teflón, material que se caracteriza por su resistencia a las altas temperaturas. Este tipo de cable se utiliza para la interconexión de las distintas unidades de equipos de transmisión, recepción, etc. El situado a continuación es el cable utilizado normalmente en las instalaciones de televisión. Tiene una impedancia característica de 75 ohmios, una malla de hilos de cobre, aislante de espuma y conductor central formado por un solo hilo de cobre. La malla no es muy tupida, por lo que el apantallamiento no es el mejor posible, aunque sirve perfectamente para la función mencionada. El cable más a la derecha se utiliza también en televisión y como el anterior, tiene una impedancia característica de 75 ohmios. También tiene aislante de espuma y conductor central de un solo hilo, pero a diferencia del anterior, además de la malla de hilos de cobre, tiene una lámina de cobre formando parte del conductor exterior, con lo que se mejoran sus características de apantallamiento radiación, pérdidas, etc. Este cable se puede usar en transmisión para alimentar dipolos, cuya impedancia es de 75 ohmios, sobre todo con equipos que tengan el paso final a válvulas, por su mayor capacidad de adaptar la impedancia de 75 ohmios del cable. Los equipos transistorizados tienen la impedancia de salida normalizada en 50 ohmios, por lo que la utilización de este cable impedirá que el transmisor entregue toda su potencia. El cable situado a continuación es del tipo RG-59 también con una impedancia de 75 ohmios, por lo que es aplicable todo lo comentado anteriormente. Es un cable de buena calidad, con una malla bastante tupida y aislante de polietileno. Su cubierta, bastante gruesa, aguanta muy bien los agentes atmosféricos. A su derecha está el conocido RG-58. Su impedancia es de 50 ohmios y el conductor central está formado por varios hilos, por lo que es bastante flexible. Debido a su impedancia de 50 ohmios se puede utilizar perfectamente en transmisión, para las bandas de H.F. Siempre que la potencia utilizada no sea muy elevada y la longitud del cable no sea demasiado larga. Más a la derecha se encuentra otro cable también muy utilizado. Se trata del RG-213, con una impedancia característica de 50 ohmios. El aislante es de polietileno y el conductor central está formado por varios hilos. Su capacidad de potencia es bastante elevada y se puede utilizar perfectamente en H.F. e incluso en V.H.F. También se puede utilizar en la banda de 70 centímetros si la longitud no es muy elevada. Para la banda de 432 MHz y la de 1200 MHz y sobre todo si la longitud del cable es elevada, es preferible utilizar cables como el H-100 que se encuentra a continuación. Este cable tiene el conductor central formado por un solo hilo macizo y el conductor exterior está formado por una malla de hilos de cobre y una lámina de cobre. El aislante es de polietileno. De esta manera las pérdidas del cable disminuyen y es posible su uso en frecuencias tan elevadas como 1200 MHz
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Otro cable muy similar al H-100 es el que se encuentra a continuación cuya denominación es CO-22. En este caso la lámina metálica que acompaña a la malla es de aluminio y el aislante es de espuma, por lo que el cable pesa menos y es algo más flexible. Por último y totalmente a la derecha se encuentra un cable con un diámetro de una pulgada. El conductor central es un tubo de cobre y el conductor exterior también es un tubo de cobre corrugado para dar algo de flexibilidad al cable. El aislante es de espuma, por lo que, a pesar del diámetro del cable, su peso es reducido. Este cable se utiliza en el campo profesional en instalaciones de alta potencia y frecuencias elevadas, como pueden ser los repetidores de telefonía móvil. Además de los mencionados, existen otros cables en el mercado que pueden ser de utilidad para el radioaficionado. Los parámetros a tener en cuenta son la impedancia característica, potencia que puede manejar el cable y la atenuación que presenta a determinadas frecuencias. Características como doble malla, lámina de cobre o aluminio, etc. son deseables. Características
A continuación ofrecemos un resumen de los principales materiales empleados para la construcción de cables coaxiales. 1- Conductor central • Cobre electrolítico: con pureza superior al 99% y resistividad nominal a
20°C de 17,241 Ohm mm² / km. empleados en aparatos que requieran buenas condiciones de soldabilidad (su uso incrementa la atenuación con respecto al cobre solo. • Cobre estañado: limitado a los cables
mejorar la atenuación a altísima frecuencia y por su estabilidad química en presencia de dieléctricos fluorados. • Cobre plateado: Para
Alambre obtenido por trefilación de cobre sobre un alma de acero. Si bien su conductividad normal es del 30% al 40% de la del cobre, a altas frecuencias (MHz) su conductividad es prácticamente idéntica a la del cobre, a raíz del efecto pelicular (skin effect); mientras la carga de rotura mínima es 77 kg / mm² y el alargamiento el 1% mínimo. Este material se emplea por razones mecánicas en los cables de secciones menores. • Acero cobreado (copperweld):
2- Aislante • Polietileno compacto: Es el material más empleado como aislante en los cables coaxiales, a raíz
de su excelente constante dieléctrica relativa (2,25) y rigidez dieléctrica (18 kV/mm. introduciendo en el polietileno sustancias que se descompongan con la temperatura generando gases, con la particularidad de que los poros • Polietileno expandido: Se obtiene
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quedan uniformemente distribuidos y sin comunicación entre sí. La misma expansión se puede obtener con inyección de gas en el momento de la extrusión, obteniendo características eléctricas superiores. Este material, de reducida constante dieléctrica (1,4 / 1,8, dependiendo del grado de expansión) y bajo factor de pérdida (tgd = 0,2 . 10-3), permite lograr una notable reducción de la atenuación, comparándola con el uso de polietileno compacto. • Polietileno/aire: es obtenido por la
aplicación de una espiral de polietileno alrededor del conductor central, a su vez recubierto con un tubo extruido de polietileno. - tetrafluoroetileno): Se emplea para temperaturas entre -50°C a +155 °C, con una constante dieléctrica de 2,6 y una rigidez dieléctrica de 80 kV/mm. • Tefzel (copolímero etileno
• Teflón FEP (copolímero tetrafluoroetileno
- exafluoropropileno): Se emplea para temperaturas entre -70 °C y +200 °C, con constante dieléctrica de 2,1 y rigidez dieléctrica de 50 kV/mm. Estos dos últimos materiales se ven: 1- Fibra óptica con segunda protección 2- Cabos de fibra con elementos resistentes a tracción 3- Cubierta de PVC especial (no propagador de llama y baja emisión de humo) emplean, además de las aplicaciones de altas temperaturas para aplicaciones militares, electrónica, misiles, etc., en donde se requiera gran resistencia a los agentes químicos orgánicos e inorgánicos. 3- Conductor externo • Cobre: Generalmente bajo la forma de trenza constituida por 16, 24 o
36 husos, con ángulos entre 30 y 45°. • Cobre estañado: Cuando se necesitan buenas condiciones de soldabilidad. • Cobre plateado: En presencia de aislantes fluorados (estabilidad química).
aluminio/polipropileno: Aplicadas debajo de la trenza reducen notablemente el efecto radiante y disminuyen la penetración de señales externas. • Cintas de aluminio/poliester y
4- Cubierta externa material más empleado como cubierta, pudiéndose modificar sus características en función de exigencias específicas (bajas o altas temperaturas, no propagación del incendio, resistencia a los hidrocarburos, etc). • Cloruro de polivinilo (PVC): Es el
Uno de los requisitos básicos para el PVC de la cubierta es no contaminar, con la migración de su plastificante, el aislante interno; si esto ocurre, al cabo del tiempo se pueden deteriorar las características eléctricas del aislante, produciéndose un constante aumento de la atenuación.
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• Polietileno: Con una adecuada
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dispersión de negro de humo para mejorar su resistencia a las
radiaciones ultravioletas. • Materiales fluorados (Tefzel y
Teflón FEP): Para empleo con altas temperaturas o en presencia
de agentes químicos. • Poliuretano: Cuando se necesiten buenas características mecánicas.
protecciones y coberturas especialmente diseñadas, que no conforman parte del estándar y son generalmente requeridas a pedido, en función del ambiente en que el cable va a aplicarse. Entre ellas se encuentra la protección anti roedor, para lo cual se aplica un tratamiento especial al PVC de la cubierta externa, con un compuesto que repele roedores. También para este tipo de requerimientos se utiliza un blindaje trenzado con alambres de acero, que se fabrican también a pedido y con trenzadoras especiales. • Coberturas especiales: Existen
5- Armaduras • Alambres de acero: puestos bajo
la forma de trenza o espiral, para instalaciones subterráneas. 6- Elementos auto portantes En las instalaciones aéreas para sustentar el cable se emplean construcciones especiales que prevén un alambre o cuerda de acero paralelo al cable coaxil envolviendo los dos elementos, conjuntamente con una cubierta de PVC o polietileno, formando un perfil en forma de "ocho". En la figura 3 se pueden ver las características de distintos cables coaxiales. Se presentan los tipos bajo la denominación “RG” así como las características del tipo C-O-22 mencionado anteriormente. En la tabla se encuentran los datos referentes al diámetro, impedancia característica, factor de velocidad, así como la atenuación en decibelios a distintas frecuencias de trabajo. En la primera columna aparece el tipo de cable, en la segunda el diámetro expresado en milímetros, a continuación la impedancia característica, el factor de velocidad y después la atenuación en decibelios a distintas frecuencias, para una longitud de cien metros. Los cables se denominan con las letras “RG” seguidas de un número. Esta forma de marcar los cables coaxiales parece responder a una norma americana. He buscado en diversas publicaciones el significado de estas letras así como del número que las sigue y no he encontrado esta información. Hay fabricantes que denominan sus cables coaxiales con otro tipo de código distinto al “RG” mencionado.
El diámetro del cable viene expresado en milímetros. Cuanto mayor sea el diámetro, mayor será la superficie de los conductores por la que pasará la energía de R.F. y por tanto la pérdida de potencia será menor.
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La impedancia característica de un cable coaxial depende de la inductancia de los conductores internos y externo así como de la capacidad entre ellos. El valor de esta impedancia depende de la relación de los diámetros de los conductores interno y externo. En el ábaco de la figura número dos se puede ver que un cable coaxial en el que la relación de los diámetros de los conductores exterior e interior es de 2,38, la impedancia característica es de 52 ohmios, mientras que con una relación de 3,21, la impedancia características de 75 ohmios. La energía de R.F. se desplaza por el espacio a la velocidad de la luz, que es de 300.000 kilómetros por segundo. En los cables coaxiales, debido a la inductancia de los conductores y la capacidad entre ellos, esta velocidad queda reducida por un factor que es el llamado “factor de velocidad”. Esto quiere decir que en un cable, cuyo factor de velocidad sea de 0,66, la velocidad de propagación de la R.F. será de 300.000 multiplicado por 0,66, es decir 198.000 kilómetros por segundo. Este factor de velocidad habrá que tenerlo en cuenta al calcular la longitud que deberá tener un transformador de impedancias realizado con cable coaxial. Normalmente se utilizan un cuarto o un medio de longitud de onda. La longitud calculada habrá que multiplicarla por el factor de velocidad del cable que se esté utilizando. La atenuación de los cables coaxiales se da en decibelios a distintas frecuencias de trabajo. Es conveniente utilizar un cable que tenga las menores pérdidas posibles, sobre todo en frecuencias altas. Normalmente se utiliza el tipo RG-58 hasta 30 MHz y para potencias reducidas. Para mayores potencias será necesario utilizar el tipo RG-213. Este cable puede ser utilizable hasta la banda de 70 centímetros, sobre todo si la longitud no es muy elevada, digamos 10-15 metros. Para longitudes mayores será conveniente utilizar otro cable de mejores características. Hay que indicar que el cable atenúa las señales tanto en transmisión como en recepción, por lo que el empleo de un buen cable, en combinación con una buena antena redundará en buenas señales en los dos sentidos. No obstante, hay que tomar las cifras de atenuación en su justa medida. Una pérdida de señal de seis decibelios supone una unidad menos en el “S-meter”, lo cual puede ser insignificante si la señal es buena. Por el contrario, si las señales son muy débiles, cualquier decibelio que podamos ganar supondrá un incremento significativo de la señal. Conectores
Los cables coaxiales se terminan normalmente en un conector. Los conectores más utilizados son el tipo “PL-259”, que se emplea en H.F. y V.H.F., y el tipo “N” que se emplea en frecuencias superiores. Otros conectores de uso menos corriente son el tipo “BNC”, “SMA”, etc. Los transceptores de H.F. y V.H.F. vienen equipados con el conector hembra correspondiente, cuya denominación es “SO-239”. En los equipos de U.H.F. se utilizan conectores tipo “N” hembra, ver figura 2.
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El conector tipo “PL-259” es
el más utilizado. Está formado por dos piezas, el conector propiamente dicho y una pieza roscada de acoplamiento. El conductor central se suelda en el extremo del “pin” central, y el conductor exterior se suelda al cuerpo del conector a través de unos orificios laterales dispuestos a tal efecto. Ver figura 6. Otros medios de transmisión de información
Par trenzado: Es el tipo de cable que se usa en telefonía y consta de dos conductores de cobre o aluminio que se disponen uno al lado del otro. Los dos conductores, uno de ida y el otro de retorno, necesarios para la transmisión, constituyen el llamado "par".Respecto al estándar de conexión, los pines en un conector RJ-45 modular están numerados del 1 al 8, siendo el pin 1 el del extremo izquierdo del conector, y el pin 8 el del extremo derecho. Los pines del conector hembra (Jack ) se numeran de la misma manera para que coincidan con esta numeración, siendo el pin 1 el del extremo derecho y el pin 8 el del extremo izquierdo. Ver figura 4 y 5 acerca de sus códigos de colores Fibra óptica: La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión. Sistemas híbridos Fibra Óptica/Coaxial
Los sistemas modernos de cable usan cables coaxiales y de fibra óptica de forma simultánea para transmitir. Son los llamados sistemas híbridos fibra óptica/coaxial. Como medio de transmisión, la fibra óptica tiene muchas ventajas sobre el cable coaxial. Tiene más ancho de banda, es más inmune al ruido, y atenúa las señales mucho menos que el coaxial. Y sin embargo, la fibra no es significativamente más cara que el coaxial ¿ por qué no construimos toda la red con fibra ? Las conexiones y los puntos finales de banda ancha de las redes de fibra óptica son muchos más caros que con coaxial. Las fuentes ópticas y receptores que envían y reciben señales eléctricas en la red de fibra aumentan de forma alarmante los costos sin contar el costo de los procesos de conexión. El
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resultado es que mientras la fibra puede ser económicamente efectiva para largas comunicaciones punto a punto, el coaxial es más barato cuando hay muchas ramas y conexiones en la red. Los sistemas HFC usan la fibra en este sentido. Las partes troncales de la red, donde hay largas distancias de cable con pocas ramificaciones, están reemplazadas con fibra y el circuito de distribución con toda su ramificación hacia vecindarios es un sistema coaxial. El punto en donde la fibra encuentra al circuito de distribución coaxial se llama nodo de vecindario e implica un transmisor óptico ( y un receptor para sistemas bidireccionales ). Ya que las redes son más baratas de construir, pueden transportar más ancho de banda, y son más fiables y de mejor calidad que las redes todo coaxial, es la arquitectura adoptada para construir las nuevas redes de cables. Los más utilizados
En general, los coaxiales más utilizados para el cableado en la industria de la seguridad electrónica y comunicaciones son los siguientes: • RG 59 U PP (pesado), con cobertura de malla al 90%,75 Ohms • RG 59 U SP (semi pesado), con cobertura de malla al 67% • RG 59 DM (doble malla), con cobertura de malla 67% + 90%, 75 Ohms
malla de 90% con el bipolar integrado al coaxial para conducir energía en 12 o 24 voltios, 75 Ohms • RG 59 U + Bipolar de 2 x 0.50 mm. en cobertura de
• RG 58, con conductor central multifilar • RG 58 FOAM , con conductor de cobre macizo y dieléctrico
de polietileno expandido por el
método de inyección gaseosa, 50 Ohms. • RG 213 FOAM, con conductor central de cobre macizo y
dieléctrico de polietileno expandido
por inyección gaseosa Los coaxiales para televisión por cable más usuales, en tanto, son los siguientes : • RG 59 40%; 67%; 67% Trishield; 90%; 90% Trishield, con o sin mensajero. • RG 6: 67%; 67% Trishield; 90%; 90% Trishield, con o sin mensajero.
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Referencias http://es.wikipedia.org/wiki/Cable_coaxial http://www.angelfire.com/wi/ociosonet/15.html http://docente.ucol.mx/al972052/public_html/CABLE%20PAR%20TRENZADO.htm http://www.monografias.com/trabajos30/cableado/cableado.shtml http://www.angelfire.com/cantina/la_guayaba_asesina/coaxial.htm
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INDICE 1. INTRODUCCIÓN...........................................................................................................2 2. CABLE COAXIAL. .......................................................................................................3 2.1. Tipos de cable coaxial....................................................................................................3 2.3. Características del cable coaxial....................................................................................5 2.4. Conectores.....................................................................................................................8 2.5. Otros medios de transmisión de información................................................................9 2.6. Los más utilizados.........................................................................................................10 3. REFERENCIAS..............................................................................................................11 4. ANEXOS.............................................................................
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Ilustraciones Figura 1. Tipos de Cable Coaxial
Figura 2.Conectores N
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Figura 3.Tabla de Características de algunos cables coaxiales
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Figura 4.Conexion Estándar
Figura 5.Conexion Cruzada
Figura 6 .Conector PL-259
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Conclusión
En las anteriores líneas se ha intentado resumir las características y usos más importantes de los cables coaxiales, atendiendo sobre todo a los aspectos prácticos que puedan interesar al profesional. Mediante la tabla de características que se acompaña se puede elegir el cable más adecuado para una utilización determinada.
