Cable coaxial

Qué es un cable coaxial: Introducción

Un cable coaxial, cariñosamente conocido como "coaxial", es un tipo de cable que tiene un conductor interno envuelto por una capa aislante tubular, envuelta en una pantalla conductora tubular. Su construcción única le permite transportar señales en un ancho de banda más amplio con un mínimo de interferencias. Se llama "coaxial" porque incluye un canal físico que transporta la señal englobado -o "coaxial" con- otro canal físico concéntrico, ambos discurriendo a lo largo del mismo eje.

Componentes del cable coaxial

Un cable coaxial consta de cuatro componentes clave, cada uno de los cuales desempeña un papel crucial a la hora de proteger el cable de las interferencias y garantizar la transmisión eficaz de las señales. Veamos más detenidamente cada uno de estos componentes:

• Conductor interno: El conductor interno, de cobre sólido o trenzado, es la vía principal de la señal.
• Separador dieléctrico: Esta capa aislante separa el conductor interno y el apantallamiento externo para evitar descargas eléctricas.
• Blindaje: El apantallamiento, a menudo un metal trenzado, protege contra las interferencias electromagnéticas.
• Cubierta protectora: Esta capa exterior, normalmente de PVC, protege las capas internas de daños físicos.

Usos del cable coaxial

Los cables coaxiales se utilizan para numerosos fines y en multitud de entornos, gracias a su capacidad para proteger las señales de las interferencias. He aquí algunas aplicaciones comunes:

Profundizando en las propiedades de los cables coaxiales

Para comprender los entresijos de los cables coaxiales, hay que prestar especial atención a las características y funciones de los conductores exterior e interior. Además, su composición y diseño influyen significativamente en el rendimiento general del cable.

Conductor externo del cable coaxial: Una mirada más de cerca

El conductor exterior, a menudo denominado pantalla, desempeña un papel fundamental en la transmisión y el rendimiento de los cables coaxiales. Actúa como conductor secundario, envolviendo los elementos internos del cable. La función principal de este componente es proporcionar un blindaje eléctrico al conductor interno, reduciendo cualquier interferencia electromagnética que pudiera degradar la calidad de la señal.

Los daños colaterales de tales interferencias pueden ir desde una degradación menor de la señal hasta una pérdida sustancial de la misma, afectando a la eficacia de la comunicación prevista. En el mundo del transporte de datos digitales, esto podría significar velocidades de descarga más lentas, conexiones interrumpidas con frecuencia o un aumento de la latencia. Por el contrario, en el transporte de señales analógicas, como las emisiones de radio o televisión, estas interferencias podrían manifestarse como estática molesta o "efecto fantasma" en la señal recibida.

La pantalla de los cables coaxiales suele diseñarse como un conductor trenzado estrechamente entretejido o como una combinación de una fina lámina y una trenza. El uso de un apantallamiento trenzado más grueso y de alta densidad da como resultado una mayor eficacia de apantallamiento, que se presta a aplicaciones de alta calidad y alta frecuencia. Cuanto mayor sea la cobertura del trenzado, mayor será la eficacia del apantallamiento.

Función y composición del conductor exterior

La función del conductor exterior, o apantallamiento, va más allá de impedir que las interferencias externas degraden la calidad de la señal dentro del cable. También ayuda en la conexión a tierra del sistema eléctrico. La conexión a tierra es necesaria para garantizar que cualquier señal eléctrica no deseada, o "ruido", se transfiera de forma segura a la tierra, en lugar de interferir y dañar potencialmente la señal prevista o el dispositivo electrónico en el extremo receptor.

Dada la función del conductor exterior, su composición es fundamental. Los materiales que se suelen utilizar para construir un conductor/protector exterior son cobre, aluminio o una mezcla de ambos, a menudo entrelazados en una malla fina para crear un conductor trenzado. En algunos cables se incluye una capa de papel de aluminio, que sirve de apantallamiento adicional.

Conductor interno del cable coaxial: Desembalaje de sus Características

El conductor interno de un cable coaxial es la vía principal de transmisión de la señal. Por tanto, resulta crucial utilizar un material que presente una alta conductividad eléctrica. Este conductor primario suele estar hecho de cobre chapado sólido o trenzado o, con menos frecuencia, de plata. Está encapsulado en una capa dieléctrica, un aislante que mantiene al conductor distanciado y aislado de la pantalla o conductor exterior.

El rendimiento, la durabilidad y la flexibilidad de los cables coaxiales pueden verse influidos significativamente por el tipo y la calidad de este conductor interno. Un conductor sólido puede ofrecer un rendimiento superior en instalaciones fijas, pero en situaciones que requieran doblarse o flexionarse repetidamente, como en los equipos portátiles, un conductor trenzado o flexible suele ser la mejor opción.

Función y material del conductor interno

La función del conductor interno de un cable coaxial es, sencillamente, transportar la señal. A medida que esta señal viaja a lo largo del cable, el separador dieléctrico se encarga de que permanezca separada de la masa proporcionada por el conductor exterior o pantalla, evitando posibles cortocircuitos.

El material del conductor interno afecta directamente a la fiabilidad y eficacia con que se transmiten estas señales. El cobre suele ser el material elegido, ya que es altamente conductor. Sin embargo, en algunos casos se adoptan otros metales como la plata, especialmente para aplicaciones de alta frecuencia, debido a sus excelentes propiedades eléctricas. Un conductor interno sólido garantiza una baja pérdida de señal y es perfecto para transmisiones a larga distancia o instalaciones sin necesidad de doblarlo, mientras que un conductor interno trenzado ofrece la flexibilidad necesaria para aplicaciones portátiles e instalaciones que requieren movimientos repetidos.

Impedancia del cable coaxial: Una característica clave

El término "impedancia" aparece con frecuencia cuando se habla de cables coaxiales. Puede que hayas oído hablar de cables de "50 ohmios" o "75 ohmios" y te hayas preguntado qué significa. En realidad, refleja la impedancia característica del cable, un factor clave que afecta a su capacidad para transmitir señales con eficacia. Profundicemos en este tema y descubramos qué papel desempeña exactamente la impedancia en los cables coaxiales.

Comprender la impedancia de los cables coaxiales

Para empezar, es esencial saber qué es la impedancia. En los términos más sencillos, la impedancia es la medida de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión. Se representa por \( Z \) y se mide en ohmios (\(\Omega\)).

En el contexto de los cables coaxiales, cuando hablamos de cables de "50 ohmios" o "75 ohmios", no nos referimos a la resistencia total del cable, sino a su impedancia característica (_Z0). Se trata de una propiedad fundamental del cable que depende de las características físicas del propio cable, no de su longitud ni de la frecuencia de la señal.

Las variables de esta ecuación son:

• \(\mu\) - (mu) permeabilidad del material dieléctrico
• \(\epsilon\) - (épsilon) permitividad del material dieléctrico
• \(D\) - diámetro externo del conductor interno
• \(d\) - diámetro interno del conductor exterior o apantallamiento
• \(Z_0\) - impedancia característica

La impedancia característica de un cable es un parámetro crítico porque afecta al modo en que se transmiten las señales a través del cable. Un cable de 50 ohmios suele utilizarse para comunicaciones de datos e inalámbricas, mientras que un cable de 75 ohmios suele utilizarse para señales de vídeo y radiodifusión. Adaptar la impedancia del cable a la impedancia de la fuente y la carga es crucial para conseguir la máxima transferencia de potencia y la mínima reflexión de la señal.

Cómo influye la impedancia en el rendimiento del cable

La impedancia característica (_Z0) de un cable coaxial es un factor importante que influye en su rendimiento. Cualquier desajuste de impedancia entre el cable y los dispositivos a los que está conectado puede provocar pérdidas de potencia o reflexiones de señal, que pueden degradar la calidad de la señal y el rendimiento general del sistema.

Las propiedades físicas de un cable coaxial, como el tamaño del conductor interno, el tamaño del conductor externo y el tipo y grosor del dieléctrico, pueden influir en la impedancia característica del cable. Por tanto, estos atributos deben diseñarse meticulosamente y fabricarse con precisión para alcanzar el nivel de impedancia deseado.

En los sistemas digitales, los desajustes de impedancia también pueden provocar la reflexión de la señal, lo que da lugar a datos distorsionados y corruptos. En cambio, en un sistema bien acoplado, toda la señal llega a la carga (como tu televisor u ordenador), lo que da lugar a una imagen más clara, velocidades de descarga más rápidas o una salida de audio más nítida.

Elegir la impedancia adecuada para una aplicación concreta es, por tanto, crucial para lograr resultados óptimos. A pesar de la importancia de este parámetro, la impedancia del cable no es algo que puedas ajustar o modificar. Por el contrario, es una propiedad fija del cable basada en su diseño y construcción, por lo que elegir el cable correcto para tu aplicación específica desde el principio es esencial.

El papel del dieléctrico en el cable coaxial

El dieléctrico, en el contexto de un cable coaxial, puede que no sea una parte física que puedas ver directamente, pero desempeña un papel enorme en el mantenimiento del funcionamiento general del cable. El dieléctrico se ajusta perfectamente entre los conductores interior y exterior, desempeñando una doble función: separa físicamente los dos conductores metálicos y también actúa como aislante para evitar cualquier fuga de energía del conductor interior al exterior.

¿Qué es un dieléctrico en un cable coaxial?

El término dieléctrico significa esencialmente un material aislante o no conductor que puede polarizarse mediante un campo eléctrico aplicado. Cuando un dieléctrico se coloca dentro de un campo eléctrico, las cargas eléctricas se desplazan de sus posiciones medias de equilibrio, lo que da lugar a la polarización dieléctrica. En consecuencia, el campo eléctrico dentro del dieléctrico disminuye. Esta propiedad de reducción del campo eléctrico favorece el almacenamiento de energía en los condensadores.

En la configuración de un cable coaxial, el dieléctrico es el material que aísla los dos conductores entre sí. La elección del material dieléctrico utilizado en un cable coaxial afecta significativamente a las propiedades del cable, como su impedancia, la velocidad de propagación de la señal, la pérdida de señal y la capacidad de manejo de potencia.

Todos los equipos conductores sufren algún tipo de pérdida de señal, que se produce en forma de calor. En un cable coaxial, la mayor parte de la pérdida de señal se produce a través del dieléctrico. Además de reducir la pérdida de señal, la función principal del dieléctrico en un cable coaxial es mantener la separación física entre el conductor central y la capa de apantallamiento. Sin esta separación, los conductores interior y exterior podrían entrar en contacto, creando un cortocircuito e inutilizando el cable.

La eficacia de un dieléctrico se cuantifica mediante un valor conocido como "constante dieléctrica", representado por la letra griega épsilon (\(\epsilon\)). Este valor es una medida relativa: si la constante dieléctrica del vacío es 1, cada material tiene una constante dieléctrica superior a la del vacío. Cuanto menor sea la constante, mejor será el rendimiento; lo ideal sería estar cerca de un vacío perfecto.

Cómo afecta el dieléctrico a las propiedades del cable coaxial

Con las explicaciones importantes fuera del camino, profundicemos ahora en la comprensión de cómo influye exactamente el dieléctrico en las propiedades y el rendimiento de un cable coaxial:

• Velocidad de propagación de la señal: También conocida como "velocidad de propagación", es la velocidad a la que puede viajar una señal eléctrica a través del cable coaxial. El tipo y el grosor del dieléctrico afectan a la velocidad de propagación de la señal. Se denota como un porcentaje de la velocidad de la luz en el vacío, siendo la velocidad de la luz en el vacío la velocidad máxima posible. Cuanto menor sea la constante dieléctrica, más se acercará la velocidad de propagación a la velocidad de la luz.
• Impedancia: La impedancia de un cable viene determinada en gran medida por la relación entre los diámetros del conductor interior y la pantalla exterior, y la constante dieléctrica del aislante. Hay que tener en cuenta que cualquier cambio en el grosor o el tipo de dieléctrico puede afectar a la impedancia característica de un cable coaxial.
• La capacitancia: La constante dieléctrica y el grosor también afectan a la capacitancia del cable. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica o el grosor de la capa dieléctrica, mayor será la capacitancia del cable. Una capacitancia elevada puede hacer que la señal se degrade, sobre todo a frecuencias más altas.
• Potencia: Los dieléctricos también ayudan a determinar la cantidad de potencia que puede soportar un cable. Cuanto mejores sean las propiedades aislantes del dieléctrico, mayor será la tensión que pueda soportar el cable antes de averiarse. Por tanto, los cables con buenos materiales dieléctricos pueden soportar más potencia antes de sufrir daños.

Se pueden utilizar varios materiales como dieléctricos en los cables coaxiales, siendo los más comunes el polietileno y el teflón. Los dieléctricos de polietileno se suelen utilizar en cables de bajo coste debido a sus buenas propiedades aislantes y su bajo coste. El teflón, en cambio, es un dieléctrico mucho mejor, aunque más caro. Presenta una estabilidad térmica superior, una constante dieléctrica más baja y una mayor resistencia a la corrosión química.

En definitiva, optar por el material dieléctrico adecuado, su grosor y calidad, contribuye en gran medida a que saques el máximo partido de tu cable coaxial y sus aplicaciones.

Ejemplos prácticos del cable coaxial en la vida cotidiana

Los cables coaxiales, con su construcción única y su aislamiento fiable, tienen una gran variedad de aplicaciones en numerosos campos, desde las telecomunicaciones a la radiodifusión televisiva. Una vez que empiezas a prestarles atención, es difícil ignorar su influencia en la vida contemporánea. Veamos algunos ejemplos cotidianos que quizá te suenen.

Ejemplos de cable coaxial en electrónica

Podría decirse que uno de los usos más frecuentes de los cables coaxiales es la electrónica. Los dispositivos electrónicos utilizan estos cables con regularidad, anunciando su papel crucial en el mantenimiento de un funcionamiento sin problemas. Aquí tienes un resumen de cómo emplean los cables coaxiales algunos aparatos de uso cotidiano:

• Sistemas de entretenimiento doméstico: Los equipos de audio y vídeo domésticos suelen utilizar cables coaxiales para conectar distintos componentes. Ya sea para conectar un reproductor de DVD a un televisor, o un sistema de sonido envolvente a un televisor de pantalla grande, los cables coaxiales suelen ser la conexión a la que se recurre.
• Internet y redes informáticas: Los cables coaxiales también se utilizan mucho para proporcionar conexiones a Internet de alta velocidad a hogares y empresas. A menudo, si tienes Internet por cable, es un cable coaxial el que va de tu módem por cable a la toma de pared del cable.
• Sistemas de telecomunicaciones: En los sistemas de telecomunicaciones, los cables coaxiales se utilizan para transmitir comunicaciones telefónicas y datos de vídeo.
• Equipos médicos: En el campo de la medicina, los cables coaxiales se utilizan en máquinas de resonancia magnética y otros aparatos avanzados. Gracias a su capacidad para proteger de las interferencias electromagnéticas externas, garantizan una transmisión de señales precisa y de alta calidad.

De hecho, las aplicaciones de los cables coaxiales en electrónica son increíblemente diversas, lo que respalda la versatilidad única y las valiosas propiedades de estos ingeniosos cables.

El cable coaxial en la televisión y la radiodifusión

Uno de los usos más frecuentes del cable coaxial en la actualidad es la radiodifusión y la televisión, donde demuestra su destreza para transportar señales eléctricas de alta frecuencia de forma fiable.

En los sistemas de televisión, los cables coaxiales se utilizan para conectar los hogares a los sistemas de televisión por cable y a las antenas. Normalmente, cuando instalas un servicio de televisión por cable, el proveedor del servicio instala un cable coaxial que conecta tu televisor a su red de cable. Los cables coaxiales transportan datos de vídeo desde la red de la compañía de cable hasta tu televisor, y esta transferencia de datos se manifiesta como los programas de TV y las películas que ves.

Los cables de 75 ohmios que se suelen utilizar para las señales de TV están optimizados para las frecuencias de emisión de vídeo, lo que garantiza que recibas una imagen y un sonido nítidos. Los cables coaxiales pueden transportar señales tanto de canales de definición estándar como de alta definición. Es el aislamiento que proporciona la construcción del cable coaxial lo que le permite mantener siempre una transmisión de vídeo nítida en toda una gama de frecuencias.

Del mismo modo, en la radiodifusión, los cables coaxiales se utilizan a menudo para conectar los transmisores y receptores de radio con sus antenas. Estos cables pueden transportar señales a largas distancias con pocas interferencias o pérdidas de señal, lo que los hace adecuados para esta aplicación. El apantallamiento es vital en estos casos, ya que impide que las señales externas interactúen con los datos que se transmiten, garantizando que la programación de radio emitida siga siendo clara.

Así pues, para cualquier aplicación que implique la transmisión de señales en los ámbitos de la televisión y la radio, los cables coaxiales ofrecen una solución vital. Al ofrecer conexiones estables y fiables que protegen de las interferencias de la señal, los cables coaxiales sientan las bases de nuestros sistemas cotidianos de entretenimiento y comunicaciones.