¿Qué es un cable coaxial?

Es un cable eléctrico compuesto de un conductor interno encapsulado en una capa tubular aislante con una constante dieléctrica alta, todo recubierto por una capa conductora (lo que comunmente llamamos malla) y finalmente envuelto por otra capa aislante.

Como el propio nombre indica gracias a esta estructura el conductor interno y externo se mantendrán siempre en el mismo eje. Los cables coaxiales nos ofrecen una atenuación mucho menor que los cables de pares, e incluso dentro de los coxiales según sus parámetros unos serán mucho mejores que otros.

Los parámetros principales son:

• Diámetro externo del conductor interno.
• Diámetro interno del conductor externo.
• La constante dieléctrica, es decir, la permitividad ε.
• La constante magnética, es decir, la permeabilidad μ.

Esos parámetros dotarán al cable de una capacitancia C, una inductancia L, una resistencia R y una conductancia G en concreto, que determinarán de un modo muy importante a su respuesta en frecuencia y características. En la mayoría de los casos tendremos que la conductancia es prácticamente nula. OJO: Estos parámetros siempre se suelen tratar por unidad de longitud, es decir, Ω/km, C/km, F/km, etc.

¿Qué es la impedancia característica?

La mayoría de la gente, en algún momento de su vida, ha visto la Ley de Ohm donde se dice que “ir es igual a venir”:

De este modo decimos que la corriente por un conductor entre dos puntos es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre esos dos puntos e inversamente proporcional a la resistencia ofrecida entre ellos. Visión práctica: si metes los dedos en un enchufe te la dará la corriente, bastante de hecho. Si metes la lengua, al estar mojada con saliva tu resistencia a la conducción será mucho menor así que a igual tensión (ddp entre los 2 puntos) pasará mucha más corriente para cumplir la ecuación y de paso dejarte frito del todo.

Podremos medir la resistencia R que ofrece una línea entre dos puntos pero esto no es la impedancia característica. Cuando una medición de resistencia tiene componentes reactivas (por la capacitancia) y/o inductivas (por la inductancia) se le denomina impedancia para dejar claro ese comportamiento no exclusivamente resistivo que nosotros representamos gracias a valores complejos. Un valor resistivo se mantiene constante con la frecuencia pero una impedancia se verá modificada por ella.

Para dar una definición sencilla, la impedancia característica es la impedancia de entrada que ofrece una línea de transmisión (el cable coaxial, por ej) cuando esa línea es infinita.  Nace de un modelo básico para representar una línea de transmisión. Su expresión general es la siguiente:

aunque podremos aproximarla en muchos casos por esta:

¿Qué es la adaptación de impedancias y por qué es importante?

Cuando conectamos 2 líneas de transmisión (2 cables por ejemplo) nuestra intención, en principio, es poder transmitir la máxima potencia de una a otra. La manera de conseguir esto es haciendo que la resistencia de salida sea igual a la de entrada de la siguiente etapa. Si son impedancias sería que el conjugado de la impedancia fuese igual.

Cuando la impedancia no esté adaptada sufriremos una serie de ondas reflejadas en el cambio de una línea a otra que provocarán una onda estacionaria. Cuando la desadaptación es grande incluso puede que la onda reflejada (producida al intentar pasar del primer medio al segundo) pueda dañar la fuente del primer medio. En alta potencia hay que tener mucho cuidado con estas cosas. Imagina que quieres enviar una señal a un satéllite con una parabólica, necesitas bastante potencia. Si no estuviera correctamente adaptada la guía de onda con la antena tal cual intentes enviar la señal habrás frito tu emisor porque la onda rebotará en la antena contra tí.

Cuando tenemos que adaptar impedancias entre elementos con distinto valor podemos usar un Balun.

Y finalmente ¿por qué los cables coxiales tienes valores comunes de 50Ω y 75Ω?

Pues porque sí! Este post no tenía finalidad alguna! No, ahora en serio.

Debido a la importancia de la adaptación de impedancias imaginad que cada fabricante hiciera sus cables como les diera, tendríamos un caos de incompatilidades entre fabricantes, probablemente se llegaría a un monopolio con un estándar de facto que luego todos los fabricantes aceptarían y seguirían, pero eso significa que puede que no fuera el mejor valor y se hubiese implantado por razones de mejor/peor marketing.

Generalmente se usan cables de 75Ω para televisión y 50Ω para el resto, ¿por qué? Pues porque a finales de los años 20 en los laboratorios de Bell se hicieron una serie de pruebas para determinar a qué impedancia se obtenían unos resultados más óptimos para alta potencia, alto voltaje y baja atenuación y obtuvieron la conclusión de que los valores más adecuados eran 33, 60 y 77Ω respectivamente.

¿cómo evolucionan esos valores?

33Ω es un valor demasiado pequeño que haría que la fabricación del cable fuese más complicada y con materiales más caros, siendo el conductor interno más grande y siendo el cable más pesado también. Así que como punto intermedio entre 33 , 60 y 77Ω para se tomaron los 50Ω. Además esta elección queda relativamente a mitad caballo de la impedancia de una antena tipo dipolo en λ/2 (o un monopolo en λ/4 sobre un plano de masa)  que son 73Ω y un dipolo en λ/4 que son 36.5Ω, siendo en realidad esos valores aproximados porque despreciamos los diámetros de los conductores, etc.

En el caso de los 75Ω vemos que queda justo entre los 77Ω calculados como óptimos para baja atenuación y los 73Ω del dipolo en λ/2. Por ejemplo para TV se suelen usar antenas con una impedancia de entrada de 300Ω y para conectar el cable de 75Ω se pone en medio un Balun de 4:1 que adapta los valores.

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Fuente original en http://vierito.es/wordpress

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