Cables Coaxiales Rigidos

VICEPRESIDENCIA TALENTO HUMANO DIRECCIÓN DESARROLLO HUMANO

Equipo gestión del aprendizaje

CABLES COAXIALES RIGIDOS Luis Fernando Vélez Cano

EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P. Medellín – Colombia 2010 FERNANDOVELEZ

Cables coaxiales flexibles

CABLES COAXIALES RIGIDOS «No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, térmico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito del editor».

DERECHOS RESERVADOS UNE EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P. Carrera 58 N° 42-125, Medellín, Colombia. Autor:

Luis Fernando Vélez Cano, instructor del Equipo Gestión del Aprendizaje EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P. - UNE

Edición:

Equipo Gestión del Aprendizaje – Dirección Desarrollo Humano EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P. - UNE

Impreso por EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P. - UNE Medellín, Colombia. 2010

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Cables coaxiales flexibles

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 4 CABLES COAXIALES RÍGIDOS .............................................................................................. 5 GENERALIDADES:........................................................................................................................ 5 DESCRIPCIÓN: ............................................................................................................................. 6 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ELÉCTRICAS:............................................................................. 10

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Cables coaxiales flexibles

INTRODUCCIÓN Las líneas para la transmisión a distancia de la voz humana, de señales de video, de datos, etc., están constituidas por circuitos que transmiten ondas de tensión y de corriente con muy baja potencia y frecuencia muy elevada. Para esto se necesitan dos conductores, uno de ida y el otro de retorno, que puedan transportar la información en forma de señales eléctricas. Los cables coaxiales, como líneas de transmisión, son un medio muy bueno para la trasmisión de grandes cantidades de información a distancias relativamente largas, sin que se presenten distorsiones o cambios en la información en forma notable. El empleo de estos cables es indispensable cuando se trata de prestar servicios que requieren de mucho ancho de banda (capacidad) para la trasmisión de información, como en el caso del video y que además se precisa de blindar esta señal para que no se vea afectada por algún tipo de interferencia. Los cables coaxiales rígidos se utilizan en las redes HFC para la distribución de las señales en sectores amplios, a partir de los nodos terminales y hasta los puntos de dispersión cercanos a los usuarios. El presente documento pretende dar a conocer a todos sus lectores, una información relativamente amplia entorno a estos elementos, su conformación y características principales, que sirva como guía de trabajo durante los procesos de formación de los técnicos y de material de consulta permanente. Esperamos que sea de su entero agrado.

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Cables coaxiales flexibles

CABLES COAXIALES RÍGIDOS Generalidades: Los cables coaxiales son los elementos encargados de conducir las señales eléctricas de RF para ser enviadas desde el nodo terminal hacia los usuarios y viceversa. Se denominan COAXIALES porque su principal característica está en la manera como se construye, ya que un conductor cilíndrico que está en la parte interna del cable está rodeado por otro conductor igualmente cilíndrico en la parte externa y ambos comparten los mismos ejes axiales, o sea que ambos están perfectamente centrados entre sí.

Este tipo de construcción del cable es eléctricamente mejor que el de los cables de cobre multipar, ya que se mejoran las características de atenuación y propagación de las señales eléctricas, además de mejorarse en gran medida su ancho de banda y por ende su capacidad de transmisión de información. Por otro lado, hay que considerar que el cable de cobre multipar se comporta como un medio de comunicaciones del tipo dedicado, es decir, un canal físico independiente para cada cliente, a través del cual se envía o recibe información de cada uno de ellos en el mismo ancho de banda. Diferente de esto, el cable coaxial se comporta como un medio del tipo distribuido, o sea un único cable para muchos clientes, asignándose diferentes anchos de banda dedicados o distribuidos, según sea el tipo de servicio (p.ej: T.V.=distribuido; Internet=dedicado). Esto aumenta considerablemente los efectos de posibles daños que se presenten en la red, lo que exige mejores esquemas de supervisión y mantenimiento de la red para una óptima calidad del servicio. 5

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Descripción:

Este tipo de cable se utiliza fundamentalmente para el tendido de redes de distribución troncal, ya que posee unas cualidades mecánicas y eléctricas adecuadas para que las señales de RF se propaguen desde al nodo terminal hacia los multi-TAPS ubicados cerca de las edificaciones de los usuarios. Está formado por los siguientes elementos: Conductor central: Es el conductor principal, por donde circula tanto las señales de RF como la corriente de AC proveniente de las fuentes de energía. Puede ser fabricado en cobre a un 99% de pureza y resistividad nominal a 20°C de 17.241 ohm.mm2/km o en aluminio recubierto con una fina capa de cobre electrodepositado de la misma pureza, siendo este último el más común por ser más barato y porque aprovecha el efecto “piel” o “corona”. El efecto “piel” o “corona” es un fenómeno eléctrico que se presenta en los conductores sólidos, donde las corrientes eléctricas de alta frecuencia tienden a viajar por la periferia de los conductores, mientras que las bajas frecuencias tienden a viajar más por el centro del conductor. Por esta razón, la película exterior es de cobre, porque es mejor conductor que el aluminio.

Cobre

Aluminio

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Corriente eléctrica de alta frecuencia

Corriente eléctrica de baja frecuencia

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En el caso del conductor central de aluminio con una capa de cobre electrodepositado, la señales de alta frecuencia de RF viajarán por la película de cobre, mientras que las de baja frecuencia, comola potencia de AC, viajarán más por el centro del conductor de aluminio. Es muy importante tener en cuenta lo anterior, porque si hay un daño en la película de cobre del conductor central (rayado, corte o sulfatación), se verá seriamente afectada la transmisión de las señales de RF por el cable coaxial.

Aislante (Dieléctrico): Dieléctrico Conductor central

Luego del conductor central se tiene un elemento dieléctrico, formado por lo general por un polietileno de tipo expandido el cual se adhiere al conductor central y a un conductor exterior. El polietileno expandido se obtiene al introducir en el polietileno sustancias específicas que se descomponen con la temperatura generando gases, con los poros uniformemente dispersos y no comunicantes entre ellos. La misma expansión se puede obtener con inyección de gas en el momento de la extrusión, obteniendo superiores características eléctricas. Este material de reducida constante dieléctrica (1.4/1.8, dependiendo del grado de expansión) y bajo factor de pérdida, permite una notable reducción de la atenuación, comparándola con el polietileno compacto.

Otro tipo de fabricación del dieléctrico es polietileno sólido formando cámaras de aire. Se obtiene con la aplicación de una espiral de polietileno sólido alrededor del conductor central o colocándole anillos espaciados uniformemente. Después se recubre la espiral o los anillos con un tubo extruído del mismo material. 7

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Conductor externo:

Conductor exterior Dieléctrico Conductor central

El conductor exterior es el “hilo” de retorno para la potencia de AC y es la referencia y el blindaje para las señales de RF, por lo que es aterrizado frecuentemente a lo largo de la red. Está fabricado en aluminio, previamente extruído y luego elongado (como el CommScope PIII) o electrosoldado sobre el dieléctrico (como el CommScope QR), de una pureza superior al 99%. Como las características eléctricas del cable coaxial dependen fundamentalmente de la coaxialidad entre sus conductores (central y exterior), es muy importante que el conductor exterior no sufra ningún tipo de golpe o aplastamiento, porque en ese punto se pueden presentar mayores pérdidas de señal, o si hay rotura del conductor, ingreso de interferencias.

Cubierta exterior (Chaqueta):

Conductor exterior Dieléctrico Conductor central Chaqueta exterior

El conductor exterior puede estar recubierto por una capa extruída de P.V.C. o polietileno para protegerlo del medio externo, siendo el polietileno el material más empleado actualmente debida a que se pueden modificar fácilmente sus características físicas y mecánicas en función de las exigencias específicas del cable (bajas o altas temperaturas, no propagación de fuego, resistencia a los hidrocarburos, etc.). 8

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Por ejemplo, la adición adecuada de un elemento químico, denominado “negro de humo”, le permite al cable resistir mejor a las radiaciones ultravioletas. En algunos casos, entre el conductor exterior y la chaqueta de polietileno puede existir un compuesto especial para evitar la migración de humedad a lo largo del cable, sobre todo en el caso de instalación subterránea.

Autoportante (Mensajero):

Mensajero de acero

Conductor exterior Dieléctrico Conductor central Chaqueta exterior

El cable coaxial se construye liso para instalaciones canalizadas o aéreas donde se utilice el sistema de costura para soportar el cable. También puede ser construido con un cable mensajero de acero, puesto en forma paralela, para que le sirva de autosoporte. Este cable se denomina figura en “8” por el perfil que adquiere.

Se identifican con un número que tiene relación con el diámetro del conductor exterior expresado en milésimas de pulgada, como 0.500”, 0.540”, 0.750”, 0.875”, entre otros y con una marca propia del fabricante, la cual en algunos casos define además la tecnología con la cual se ha construido el cable. 9

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Características físicas y eléctricas: Por lo general, los fabricantes especifican las características físicas y eléctricas de cada una de sus referencias en manuales técnicos. Las especificaciones físicas hablan básicamente de las dimensiones de los diferentes elementos que conforman el cable, su modo de empaque y algunas condiciones que se deben tener en cuenta al momento del montaje. Las especificaciones eléctricas presentan los parámetros eléctricos más importantes de los cables, los cuales son muy necesarios para el proceso de diseño de la red. A manera de ejemplo, las siguientes tablas muestran las características de un cable 0.500, el cual es muy utilizado actualmente.

Especificaciones físicas DIMENSIONES NOMINALES

PULGADAS

mm

Diámetro del conductor central

0.109

2.77

Diámetro sobre el dieléctrico

0.450

11.43

Espesor conductor externo

0.024

0.64

Diámetro conductor externo

0.500

12.7

Espesor de la chaqueta

0.030

0.76

Diámetro sobre la chaqueta

0.560

14.22

Diámetro del portante o mensajero

0.109

2.77

134

199

2400

731

Peso nominal (por carrete) [lb] [Kg]

321

145

Fuerza de tracción máxima [lb] [Kgf]

300

136

Radio mínimo de curvatura [in][mm]

3.5

89

1800

816

42*18*16.5

107*46*42

94

42.6

Peso nominal con mensajero [lb/1000ft] [Kg/Km] Longitud nominal (por carrete) [feet] [m]

Fuerza de ruptura del mensajero [lb] [Kgf] Medidas nominales de las bobinas o carretes [in] [cm] Peso nominal del carrete lb] [Kg]

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Especificaciones eléctricas RESISTENCIA NOMINAL @ 20ºC (68ºF) OHMS POR 1000

PIES

METROS

Conductor central (Aluminio revestido en cobre)

1.35

4.43

Conductor externo

0.37

1.24

Lazo o bucle

1.72

5.67

75±2 ohms

Impedancia

87% nominal

Velocidad de propagación

15.3±1 pF/ft

Capacitancia nominal

50±3 nF/Km

ATENUACIONES MÁXIMAS @ 20ºC (68ºF) FRECUENCIA [Mhz]

dB/100ft

dB/100m

5

0.16

0.52

55

0.52

1.71

211

1.06

3.48

250

1.15

3.77

270

1.19

3.90

300

1.26

4.13

325

1.31

4.30

350

1.36

4.46

400

1.47

4.82

450

1.56

5.12

500

1.65

5.41

550

1.75

5.74

600

1.83

6.00

750

2.04

6.69

865

2.20

7.22

1000

2.41

7.91

La siguiente es una breve descripción de los parámetros eléctricos más importantes de un cable coaxial, que deben ser observados con detalle por un buen diseñador. 11

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Resistencia eléctrica (ohm): Es la resistencia en Corriente Directa (DC), de un cable con longitud de 1000 pies o metros (longitud de referencia). Se define la resistencia de ambos conductores en forma individual y la de lazo o bucle. Con este valor se calculan las caídas de tensión eléctrica del cable. Impedancia (ohm): En teoría es la relación tensión aplicada / corriente absorbida por un cable coaxial de longitud infinita. La máxima transferencia de potencia se presenta cuando un cable coaxial de longitud real es conectado a un equipo con impedancia exactamente igual a la característica. Los valores nominales para los cables coaxiales son 50, 75 ohms. En HFC solo se utilizan de 75 ohm. Velocidad de propagación (%): Es la relación expresada en porcentaje, entre la velocidad de propagación de la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz. Varía con el tipo de material aislante. A mayor porcentaje, mejor es la calidad del cable y la transmisión de información por él. Capacitancia: Es el valor de la capacitancia eléctrica, medida entre el conductor central y el conductor externo, con relación a la longitud del cable. Se trata de valores muy pequeños expresados en nanofaradios (10-9 F) por metro o picofaradios (10-12 F) por pie. Varía con el tipo de material aislante, con la geometría del cable y con su longitud. Atenuación: Es la pérdida de potencia en decibeles (dB), a una determinada frecuencia, en un cable coaxial con longitud de 100 pies o metros (longitud de referencia). Varía con el tipo de material empleado, con la geometría del cable, su longitud y la frecuencia trasmitida. Pérdidas de retorno estructural (Structural Return Loss - SRL) Es la pérdida de potencia en decibeles (dB), a una determinada frecuencia, en un cable coaxial con longitud de 100 pies o metros (longitud de referencia), ocasionadas por la desuniformidad en los parámetros dimensionales del cable, que se pueden presentar durante los procesos de fabricación o montaje. Donde hay un cambio en la estructura, se produce una variación de impedancia que provoca un "rebote" de la señal con la consiguiente pérdida de potencia de la misma. 12