El cable coaxial terrestre - arturo lara morales

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3.1 El cable coaxial terrestre
Hasta principios de los años ochenta, época en que las fibras ópticas comenzaron a emplearse en las redes de gran capacidad, el cable coaxial era la única alternativa alámbrica de banda ancha. Por tal razón, fue la tecnología favorita para servicios como la telefonía multicanal terrestre y la distribución urbana de televisión de paga. De hecho, este segundo mercado aún sigue dominado casi en su totalidad en la mayor parte del mundo por las redes comerciales de cable coaxial. Tradicionalmente, las empresas propietarias de estas redes han transmitido televisión analógica en FDM*, pero el exitoso surgimiento del servicio de radiodifusión directa de TV digital por satélite las obligará a digitalizarse también, con el fin de aumentar su cantidad de canales y poder competir, si es que desean sobrevivir a largo plazo.
Durante muchos años, el cable coaxial ha tenido diversas aplicaciones en la interconexión de equipos electrónicos y de cómputo, en sistemas de vigilancia, en comunicaciones industriales, en instrumentos de medición y aparatos médicos, en proyectiles y lanzadores de satélites, en cables
protección
protección
conductor externo
conductor interno
Fig. 3-4 Cable con cuatro “pares” coaxiales.
* FDM = Erequency división Multiplexing o multiplexaje (también multiplexación o multicanaüzación) por división en frecuencia.
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submarinos, etc., y todavía sigue siendo una tecnología muy atractiva para la mayoría de estos usos y otros. Es un producto maduro, confiable, relativamente económico y fácil de instalar. Además, posee su propio “territorio” en el espectro de radiofrecuencias, pues transmite óptimamente (en el modo TEM) a frecuencias muchísimo más bajas que las necesarias en los sistemas ópticos.
Un cable coaxial también puede ser visto como si fuese un “par” de conductores, sólo que éstos son concéntricos y coaxiales (tienen un eje común y de allí el nombre del cable). Al igual que en el caso de los cables bifilares multipar, es posible emplear cables coaxiales múltiples, que obviamente contienen varios cables coaxiales individuales (Fig. 3-4). Recuérdese que, en teoría, el blindaje propio de un cable coaxial es excelente, pero de cualquier forma puede haber pequeños acoplamientos indeseables entre un cable y otro. Por ello, y con el fin de asegurar una protección contra la diafonía, especialmente en las frecuencias más bajas, cada par coaxial es rodeado por una o más cintas o hilos de acero, enrollados helicoidalmente. Esta armadura funciona como un doble blindaje y, además, le da al cable una gran resistencia mecánica.
La impedancia característica, el coeficiente de atenuación y demás parámetros de transmisión de un cable coaxial se pueden calcular de acuerdo con la teoría expuesta en el capítulo 2. Nuevamente, al igual que en el caso de la línea bifilar, las curvas típicas de impedancia y atenuación (Fig. 3-5) son función de la frecuencia, de la geometría transversal y las dimensiones del propio cable, y del dieléctrico empleado entre los conductores. Se observa que la atenuación crece con la frecuencia y, en consecuencia, impone en la práctica un límite de operación Recuérdese que la resistencia de los conductores es proporcional a y que la conductancia es proporcional a f. De manera que la gráfica de la Fig. 3-5 b es la suma de las curvas de atenuación producidas por los conductores y por el dieléctrico; en las frecuencias más altas, las pérdidas por el dieléctrico son mayores que las pérdidas en los conductores.
En el campo de la telefonía multicanal FDM se aprovechan varios MHz de ancho de banda (hasta un máximo de 60 MHz), para enviar miles de canales por un mismo cable coaxial individual. Estos enlaces pueden ser de larga distancia o entre las centrales telefónicas dentro de una misma ciudad. Aún existe instalada y en operación mucha infraestructura de este tipo. Sin
210 Aplicaciones de las líneas de dos conductores
(a)	(b)
Fig. 3-5 Curvas típicas para un cable coaxial arbitrario: a) magnitud de la impedancia característica, b) atenuación (escala logarítmica).
embargo, los procesos de privatización de muchas redes telefónicas en el mundo, con sus correspondientes inversiones, el fomento de la competencia entre las empresas, y la madurez actual de los sistemas ópticos, han impulsado las interconexiones urbanas entre centrales digitales por medio de fibras ópticas. Igualmente, se han instalado redes terrestres de larga distancia y cables submarinos con esta nueva tecnología, como se verá más ampliamente en el capítulo 8.
La atenuación en un cable coaxial obliga a colocar muchos repetidores o amplificadores a lo largo de la línea, cuando ésta es larga. Según el tipo de cable y su uso, la distancia promedio entre repetidores consecutivos puede ser de entre 1 y 3 kilómetros. Sin duda, resulta importante que la atenuación sea lo más baja posible, de modo que el número de repetidores disminuya, así como el costo total del enlace.
Matemáticamente, es posible encontrar las dimensiones óptimas de un cable coaxial, para que trabaje en su rango mínimo de atenuación. Se puede demostrar que esto ocurre cuando el conductor externo tiene un radio interior (rb) que mide de tres a cuatro veces el radio del conductor interno (r ). En teoría, la atenuación mínima se obtiene cuando rb/ra = 3.6. Es evidente
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que el cociente de radios que se elija finalmente para el cable también influirá en el valor de la impedancia característica, misma que además depende inversamente de la raíz cuadrada de la constante dieléctrica relativa del aislante.
Por lo general, los dos conductores de un cable coaxial son de cobre, aunque puede haber diseños específicos con aluminio recubierto de cobre, acero o, inclusive, plata. El aluminio es más ligero y más barato que el cobre, de modo que el costo del cable se puede reducir. En cuanto a los dieléctricos empleados, cuando la línea es rígida se prefiere usar simplemente aire; en este caso, la distancia entre los conductores se conserva con pequeños separadores plásticos colocados en ciertos puntos a lo largo de la línea. En cambio, en los cables semirígidos o flexibles es común encontrar aislantes como el polietileno, polipropileno, teflón, y otros compuestos. También existen diseños de líneas con aislante de espuma sólida, hecha de los mismos compuestos anteriores.
De todo lo anterior, no es ninguna sorpresa descubrir que en el mercado haya, al igual que en el caso de las líneas bifilares, cables coaxiales con impedancias características muy diversas. Sin embargo, por limitaciones dimensionales y de fabricación, el rango disponible en la práctica es menor para los coaxiales que para las líneas de dos hilos. La impedancia característica de los cables coaxiales se encuentra aproximadamente en el rango de 20 Q < Zq < 200 Q. Así, por ejemplo, para aplicaciones de video y distribución de televisión por cable se usa una Zo = 75 Q; para sistemas de cómputo, radiotransmisión, aplicaciones industriales y equipos de comunicación por satélite hay cables con Zo = 50 Q; y para la conexión de computadoras también se emplea Zo = 93 Q..
Por supuesto, la velocidad de propagación en estos cables también varía. Generalmente, es de 60% a 80% del valor de la velocidad de la luz en el espacio libre, según la permitividad relativa del aislante entre los conductores. Y en cuanto al coeficiente de atenuación, en función de la frecuencia, es evidente que cada cable tiene su propia curva representativa. En la Fig. 3-5b se mostró la forma típica de dicha curva, simplemente como un ejemplo. En ciertas ocasiones, los fabricantes de cables proporcionan la gráfica correspondiente; en otros casos, suministran una tabla indicativa parecida a la Tabla 3-1.
212 Aplicaciones de las lineas de dos conductores
Tabla 3-1 Tabla indicativa típica de la constante de atenuación en un cable coaxial de 50 Q con polietileno sólido como aislante (y = 66%). Los datos pueden variar, según el fabricante.
	Wf Frecuencia [MFt
	
	- a[dB/100m]’ 1
	A	10
	- ?	3 - ■ ?'
	50
	6
	100
	9
	200
	13
	400
	19
	1,000
	‘ V 32