Cable Coaxial

1. Definición e historia

Es un cable usado para transportar señales eléctricas a altas frecuencias, que está formado por un conductor cilíndrico interno de cobre, llamado vivo, que es el que se encarga de llevar la información; el cual está rodeado por una capa tubular aislante (dieléctrico), que a su vez está rodeado por una pantalla metálica llamada malla, blindaje o trenza; los cuales finalmente tienen una funda exterior aislante llamada chaqueta.

Partes de un cable coaxial

El cable coaxial fue inventado y patentado en 1880 por el ingeniero y matemático Inglés Oliver Heaviside, quien estudió el llamado efecto piel en líneas de transmisión de telégrafo. Concluyó que envolver una carcasa alrededor de una línea de transmisión aumenta la claridad de la señal y mejora la durabilidad del cable. La denominación "coaxial", proviene del eje axial que comparten los conductores interno y externo. En 1931 Lloyd Espenschied y Herman Affel patentaron el primer cable coaxial reconocible en nombre de AT&T Bell Telephone Laboratories. Esta versión de cable coaxial fue el primero en presentar dos cables de transmisión que comparten el mismo eje, lo que permite un rango de frecuencias más amplio.

2. Construcción y materiales usados

La construcción de cables coaxiales varía mucho. La elección del diseño afecta al tamaño, flexibilidad y las propiedades eléctricas del cable. Un cable coaxial consta, como ya se mencionó líneas arriba, de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un aislante (o dieléctrico), un apantallamiento o blindaje de metal trenzado y una cubierta externa.

El núcleo de un cable coaxial transporta señales electrónicas que constituyen la información. Este núcleo puede ser sólido (normalmente de cobre) o de hilos. Rodeando al núcleo existe una capa aislante dieléctrica que la separa de la malla de hilo. La malla de hilo trenzada actúa como masa, y protege al núcleo del ruido eléctrico y de la distorsión que proviene de los hilos adyacentes. El núcleo y la malla deben estar separados uno del otro. Si llegaran a tocarse, se produciría un cortocircuito, y el ruido o las señales que se encuentren perdidas en la malla, atravesarían el hilo de cobre.

El apantallamiento tiene que ver con el trenzado o malla de metal (u otro material) que rodea los cables. El apantallamiento protege los datos que se transmiten, absorbiendo el ruido, de forma que no pasa por el cable y no existe distorsión de datos. Al cable que contiene una lámina aislante y una capa de apantallamiento de metal trenzado se le llama cable apantallado doble. Para grandes interferencias, existe el apantallamiento cuádruple. Este apantallamiento consiste en dos láminas aislantes, y dos capas de apantallamiento de metal trenzado.

Los materiales usados comunmente para la fabricación de los cables coaxiales se listan en la tabla que se muestra a continuación. Cabe aclarar que los materiales de cada columna de la tabla pueden ser combinados con los de las otras columnas, es decir las filas no representan una combinación única.

Conductor central	Aislante	Conductor externo	Cubierta externa
Cobre electrolítico	Polietileno compacto	Cobre	Cloruro de polivinilo (PVC).
Cobre estañado	Polietileno expandido	Cobre estañado	Polietileno
Acero cobreado	Polietileno/aire	Cobre plateado	Materiales fluorados (Tefzel y Teflón FEP)
	Tefzel	Cinta de aluminio	Poliuretano
	Teflón FEP

3. Modo de funcionamiento

Las líneas para la transmisión a distancia de la voz humana, de señales de vídeo, de datos, etc., están constituidas por circuitos que transmiten ondas de tensión y de corriente con muy baja potencia y a frecuencia muy elevada. Los dos conductores, uno de ida y el otro de retorno, necesarios para la transmisión, constituyen el llamado "par".

Para la transmisión de las señales es indispensable confinar la señal y limitar las pérdidas que se verifican por irradiación todas las veces en que las frecuencias de las señales transmitidas sobrepasen centenares de kHz. El conductor externo, además de conductor de retorno cumple la función de blindaje (en los cables coaxiales los campos debidos a las corrientes que circulan por los conductores interno y externo se anulan mutuamente), con la consiguiente estabilización de los parámetros eléctricos. Además la malla de hilos absorbe las señales electrónicas perdidas, de forma que no afecten a los datos que se envían a través del cable interno. Por esta razón, el cable coaxial es una buena opción para grandes distancias y para soportar de forma fiable grandes cantidades de datos con un sistema sencillo. La onda se propaga principalmente en el modo transversal Electro- Magnético (TEM), lo que significa que los campos eléctricos y magnéticos son a la vez perpendiculares a la dirección de propagación.

Cable coaxial (Línea de transmisión)

Líneas de campo en el cable coaxial

4. Definiciones relativas a los cables coaxiales

• Impedancia característica (ohm): Es la relación tensión aplicada/corriente absorbida por un cable coaxial de longitud infinita.


• Impedancia de transferencia (Ohm/m): Define la eficiencia del blindaje del conductor externo. 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 (pf/m): Es el valor de la capacidad eléctrica, medida entre el conductor central y el conductor externo, dividido por la longitud del cable. Varía con el tipo de material aislante y con la geometría del cable.


• Velocidad de propagación (%): Es la relación entre la velocidad de propagación de la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz.


• Atenuación (dB/100 m): Es la pérdida de potencia, a una determinada frecuencia, expresada en decibelios cada 100 metros. Varía con el tipo de material empleado y con la geometría del cable, incrementándose al aumentar 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.


• Tensión 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 desuniformidad 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.

5. Tipos de cable coaxial

Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión de datos en largas distancias. Por esa razón, se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (CATV) y cables de banda base (Ethernet).

El tipo de cable que se debe utilizar depende de la ubicación del cable. Los cables coaxiales pueden ser de dos tipos:

Segun material:

Policloruro de vinilo (PVC)

El policloruro de vinilo es un tipo de plástico utilizado para construir el aislante y la cubierta protectora del cable en la mayoría de los tipos de cable coaxial. El cable coaxial de PVC es flexible y se puede instalar fácilmente en cualquier lugar. Sin embargo, cuando se quema, desprende gases tóxicos. Es más dado a daño por corrosión en exteriores, para ello se emplean las cubiertas de polietileno.

Plenum

El plenum contiene materiales especiales en su aislamiento y en una clavija del cable. Estos materiales son resistentes al fuego y producen una mínima cantidad de humos tóxicos. Sin embargo, el cableado plenum es más caro y menos flexible que el PVC. 

Según características físicas:

Cable coaxial grueso (Thicknet)

Es el cable más utilizado en LAN´s, en un principio y aún hoy sigue usándose en determinadas circunstancias (alto grado de interferencias, distancias largas, etc.).

Corresponde al estándar RG-8/U. Los diámetros de su malla son 2,6/9,5 mm. Y el del total del cable de 0,4 pulgadas (aprox. 1 cm.). Como conector se emplea un transceptor ("transceiver") relativamente complejo, ya que su inserción en el cable implica una perforación hasta su núcleo (derivación del cable coaxial mediante un elemento tipo "vampiro" o "grifo").

Cable coaxial fino (Thinnet)

Corresponde al estándar RG-58. Surgió como alternativa al cable anterior, al ser más barato, flexible y fácil de instalar. Los diámetros de su malla son 1,2/4,4 mm, y el del cable sólo de 0,25 pulgadas (algo más de 0,5 cm.). Sin embargo, sus propiedades de transmisión (perdidas en empalmes y conexiones, distancia máxima de enlace, protección a interferencias, etc.) son sensiblemente peores que las del coaxial grueso. Con este coaxial fino se utilizan conectores BNC ("British National Connector") sencillos y de alta calidad. Ofrecen más seguridad que los de tipo "grifo", pero requieren un conocimiento previo de los puntos de conexión.

Hasta hace poco, era el medio de transmisión más común en las redes locales. El cable coaxial consiste en dos conductores concéntricos, separados por un dieléctrico y protegido del exterior por un aislante (similar al de las antenas de TV).

Existen distintos tipos de cable coaxial, según las redes o las necesidades de mayor protección o distancia. Este tipo de cable sólo lo utilizan las redes Ethernet.

6. Estándares

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. La siguiente tabla muestra algunos de los estándares más conocidos.

Tipo	Impedancia (Ohm)	Velocidad	pF/m	Diámetro exterior (mm)	Dieléctrico
RG-5A	50	0.66	95	8.3	PE
RG-6A	75	0.75	66	8.5	Espuma PE
RG-11	75	0.66	67	10.7	PE

Pueden revisar una tabla con información más completa sobre el estándar RG en el siguiente enlace.

7. Aplicaciones

El cable coaxial transmite señales analógicas y digitales, por lo que se le puede encontrar en:

• En las redes urbanas de televisión por cable e Internet.
• Entre un emisor y su antena de emisión (equipos de radioaficionados).
• En las líneas de distribución de señal de vídeo (se suele usar el RG-59).
• En las redes de transmisión de datos como Ethernet en sus antiguas versiones 10BASE2 y 10BASE5.
• En las redes telefónicas interurbanas y en los cables submarinos.
• Para transmisión en banda ancha. Con una impedancia característica de 75 ohmios (RG-6/U). Utilizado en transmisión de señales de televisión por cable (CATV, "Cable Televisión").
• Para transmisión en banda base. Con una impedancia característica de 50 ohmios (RG-8/U). Utilizado en LAN´s. Dentro de esta categoría, se emplean los tipos de cable: coaxial grueso ("thick") y coaxial fino ("thin").

REFERENCIAS:Wikipedia
The History of Coaxial Cable
Cables coaxiales
   Teoría electromagnética”, William H. Hayt Jr., John A. Buck. 2da Edición