Cabe recordar que en un sistema que trabaja a máxima eficiencia, la impedancia
del transmisor, la del receptor y la del cable deben ser iguales, de no ser así
se producirán reflexiones que degradarán el funcionamiento del sistema.
La impedancia característica no depende de la longitud del cable ni de la
frecuencia. Los valores nominales para los cables coaxiales son 50, 75 y 93
Ohm.
- Impedancia transferencia (Ohm/m):
Define la eficiencia del blindaje del conductor externo. Expresada
habitualmente en miliohm por metro. Cuanto más pequeño es el valor, mejor es el
cable a los efectos de la propagación al exterior de la señal transmitida y de
la penetración en el cable de las señales externas.
- Capacidad (F/m):
Es el valor de la capacidad eléctrica, medida entre el conductor central y el
conductor externo, dividida por la longitud del cable. Se trata de valores muy
pequeños expresados en picofarad por metro. Varia con el tipo de material
aislante y con la geometría del cable.
- Velocidad de propagación (%):
Es la relación, expresada porcentualmente, entre la velocidad de propagación de
la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz en el vacío. Varía
con el tipo de material aislante, en función de su constante dieléctrica.
- Atenuacion (dB/m):
Es la pérdida de potencia, a una determinada frecuencia, expresada generalmente
en decibel cada 100 metros. Varía con el tipo de material empleado y con la
geometría del cable, incrementándose al crecer la frecuencia.
- Potencia transmisible (W):
Es la potencia que se puede transmitir a una determinada frecuencia sin que la
temperatura del cable afecte el funcionamiento del mismo. Disminuye al aumentar
la frecuencia y se mide en Watt.
- Tension de trabajo (kV):
Es la máxima tensión entre el conductor externo e interno a la cual puede
trabajar constantemente el cable sin que se generen las nocivas consecuencias
del "efecto corona" (descargas eléctricas parciales que provocan
interferencias eléctricas y, a largo plazo, la degradación irreversible del
aislante).
- Structural return loss (S.R.L.):
Son las pérdidas por retorno ocasionadas por falta de uniformidad en la
construcción (variación de los parámetros dimensionales) y en los materiales
empleados, que producen una variación localizada de impedancia, provocando un
"rebote" de la señal con la consiguiente inversión parcial de la
misma.
Características constructivas
A continuación se presenta un resumen de los principales materiales empleados
para la construcción de cables coaxiales.
A) Conductor central:
- Cobre electrolítico, con pureza superior al 99% y resistividad nominal a 20°C
de 17,241 Ohm mm² / km.
- Cobre estañado, limitado a los cables empleados en aparatos que requieran
buenas condiciones de soldabilidad (su uso incrementa la atenuación con
respecto al cobre solo).
- Cobre plateado, para mejorar la atenuación a altísima frecuencia y por su
estabilidad química en presencia de dieléctricos fluorados.
- Acero cobreado (copperweld), 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.
B) Aislante:
- Polietileno compacto: es el material más empleado como aislante en los cables
coaxiales, a raiz de su excelente constante dieléctrica relativa (2,25) y
rigidez dieléctrica (18 kV/mm).
- Polietileno expandido: se obtiene introduciendo en el polietileno sustancias
que se descompongan con la temperatura generando gases, con la particularidad
de que los poros 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.
- Tefzel (copolímero etileno - 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.
- 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 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.
C) 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).
- Cintas de aluminio/poliester y aluminio/polipropileno: aplicadas debajo de la
trenza reducen notablemente el efecto radiante y disminuyen la penetración de
señales externas.
D) Cubierta externa:
- Cloruro de polivinilo (PVC): es el 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).
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.
- Polietileno: con una adecuada 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.
E) Armaduras:
Alambres de acero: puestos bajo la forma de trenza o espiral, para
instalaciones subterráneas.
F) Elementos autoportantes:
En las instalaciones aéreas para sustentar el cable se emplean construcciones
especiales que preveen un alambre o cuerda de acero paralelo al cable coaxial
envolviendo los dos elementos, conjuntamente con una cubierta de PVC o
polietileno, formando un perfil en forma de "ocho".
Elección del cable coaxial
Los cables coaxiales se eligen en base a los siguientes parámetros, que son
impuestos por el circuito al que deberán ser conectados:
-Impedancia característica (50, 75 o 93 Ohm)
-Frecuencia de trabajo (de 100 kHz a 3000 MHz)
-Atenuación máxima (de 1 a varios cientos de dB/100 m.) y/o potencia máxima (de
unos pocos W hasta algún kW, referido a una frecuencia de trabajo).
-Capacidad (de 30 a 100 pF/m)
-Máxima tensión de señal
-Aunque de menor importancia, en ciertas aplicaciones se requiere considerar
también la velocidad de propagación y la impedancia de transferencia.
Una vez definida la impedancia se puede elegir el cable operando sobre el
correspondiente gráfico de los cables normalizados; con el valor de la
frecuencia de trabajo se individualiza el punto de intersección correspondiente
a la atenuación o potencia. Es suficiente adoptar el valor del diámetro D
inmediatamente superior para definir en forma unívoca el tipo de cable
adecuado.
En caso de no encontrarse un cable normalizado se deberá recurrir a un diseño
especial.
Normas de aplicación
La especificación más difundida que rige la fabricación de los cables coaxiales
es la norma militar del gobierno de los Estados Unidos MIL-C-17 que, además de
las características dimensionales y eléctricas, define una sigla que identifica
a cada tipo de cable.
Todos los cables coaxiales están definidos con las letras RG (radiofrecuencia -
gobierno) seguida por un número (numeración progresiva del tipo) y de la letra
U (especificación universal) o A/U, B/U, etc. que indican sucesivas
modificaciones y sustituciones al tipo original.
Algunos cables típicos
De 50 Ohm:
Utilizado en comunicaciones e intercomunicación de instrumentación de todo
tipo: Interfaces, PC., equipos e instrumental de laboratorio, etc. El más
utilizado es el RG-58 estañado pero se fabrican en un gran numero de variantes
para cubrir los distintos requerimientos eléctricos y mecánicos. Por ejemplo
los cables que tienen cuerda de cobre priorizan la flexibilidad y los de
aislación FOAM poseen mejores performances eléctricas. Para radiofrecuencia,
computación y antenas.
De 75 Ohm:
Aislación compacta: Para radiofrecuencia, CCTV, CATV, señales de televisión y
FM. El RG-59 es el coaxial de 75 Ohm de mayor venta en el mercado debido a sus
excelentes características eléctricas y mecánicas combinadas con un bajo costo.
Para tendidos de gran longitud se utiliza el RG-11 de mayor diámetro y por lo
tanto menores perdidas. Aislación FOAM: Los coaxiales de aislación FOAM tienen
menor atenuación de la señal que transportan que los de aislación compacta y
mejores prestaciones a frecuencias elevadas. Combinan bajo peso y costo con un
excepcional rendimiento eléctrico donde no se requiera gran resistencia
mecánica. Además de la malla metálica, posee una pantalla de aluminio que
garantiza una cobertura y blindaje del 100%.evitando interferencia externas.
