INGENIERÍA ELECTRICA

La derivación en puente o la derivación en puente es un método utilizado durante mucho tiempo para el cableado de líneas telefónicas. Aparecerá un par de cables (de cables) en varias ubicaciones de terminales diferentes (postes o pedestales ). Esto permite que la compañía telefónica use o " asigne " ese par a cualquier suscriptor cerca de esas ubicaciones de terminal. Una vez que el cliente se desconecta, ese par se puede usar en cualquiera de los terminales. En los días de las líneas compartidas , 2, 4, 6 u 8 usuarios se conectaban comúnmente en el mismo par que aparecía en varias ubicaciones diferentes.

Una toma de puente no tiene una bobina híbrida u otros componentes de adaptación de impedancia , solo una "T" (o rama) en el cable. Por lo tanto, el puente presenta un desajuste de impedancia . La rama no utilizada de la T generalmente se queda sin dispositivo conectado a su extremo, por lo tanto, no tiene terminación eléctrica . Tanto el tap como su rama no terminada causan reflejos de señal no deseados , también llamados ecos.

Las líneas de suscriptor digital (DSL) pueden verse afectadas por un grifo puenteado, dependiendo de dónde se puentee el grifo. Las señales DSL se reflejan en las discontinuidades, enviando la señal de regreso a través del par de cables, como una pelota de tenis contra una pared de ladrillos. La señal de eco ahora está desfasada y mezclada con la original, creando, entre otras degradaciones, distorsión de atenuación . El módem recibe ambas señales, se confunde y "toma errores" o no puede sincronizarse . Si la derivación en puente es larga, la señal se recupera solo en forma muy atenuada . Por lo tanto, el módem ignorará la señal más débil y no mostrará ningún problema.

Una derivación de puente también se puede denominar "múltiple" o par de teléfono "en múltiple".

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Arnés de cableado atado de una bobina de Tesla

El cordón de cable es un método para atar mazos de cables y telares de cables , utilizado tradicionalmente en aplicaciones de telecomunicaciones , navales y aeroespaciales. Esta antigua técnica de gestión de cables , enseñada a generaciones de instaladores de líneas , ^[1] todavía se usa en algunas aplicaciones modernas, ya que no crea obstrucciones a lo largo de la longitud del cable, evitando los problemas de manipulación de cables arreglados con plástico o gancho y bucle. ataduras de cables .

El cordón de cable utiliza un cordón delgado, tradicionalmente hecho de lino encerado , para unir un grupo de cables usando una serie de pespuntes en ejecución . Las cintas de cordones planos hechas de materiales modernos como nylon , poliéster , teflón , fibra de vidrio y Nomex también están disponibles con una variedad de recubrimientos para mejorar la sujeción de los nudos.

Estilos [ editar ]

El cordón comienza y termina con un latigazo u otro nudo para asegurar los extremos libres. Las envolturas se espacian en relación con el diámetro total del arnés para mantener el cableado en un paquete apretado y ordenado, y los extremos se recortan cuidadosamente. Además de los cordones continuos o en ejecución, hay una variedad de patrones de cordones utilizados en diferentes circunstancias. En algunos casos, también se usan nudos independientes llamados ataduras de puntos . ^[3] Para amarrar cables grandes y paquetes de cables para soportar estructuras en aplicaciones de telecomunicaciones, hay dos estilos de cordones de cable con nombre: " puntada de Chicago " y " puntada de Kansas City ". ^[4]

Algunas organizaciones tienen estándares internos a los que debe ajustarse el cordón de cable, por ejemplo, la NASA especifica sus técnicas de cordón en el capítulo 9 de NASA-STD-8739.4.

PABX con cordón de cable extenso

El cable de categoría 1 , también conocido como Cat 1 , Nivel 1 o cobre de grado de voz , es un grado de cableado de par trenzado sin blindaje diseñado para comunicaciones telefónicas , y en un momento fue el cableado local más común . La frecuencia máxima adecuada para la transmisión a través del cable Cat 1 es de 1 MHz, ^[1] pero Cat 1 no se considera adecuada para la transmisión de datos (aunque alguna vez se usó para ese fin en el Apple Macintosh a partir de finales de los 80 a finales de los 80). formar de Farallon Computing // de NetTopia PhoneNet , una implementación de Apple LocalTalkestándar de hardware de red.) ^[2]

Aunque no es un estándar de categoría oficial establecido por TIA / EIA, la Categoría 1 se ha convertido en el nombre de facto dado a los cables de Nivel 1 originalmente definidos por Anixter International , el distribuidor. El cable Cat 1 se usaba típicamente para redes que transportan solo tráfico de voz, por ejemplo, teléfonos. Las normas oficiales TIA / EIA-568 solo se han establecido para cables de categoría 3 o superior.

El cable de categoría 2 , también conocido como Cat 2 , es un grado de cableado de par trenzado sin blindaje diseñado para comunicaciones telefónicas y de datos. La frecuencia máxima adecuada para la transmisión por cable Cat 2 es de 4 MHz, y el ancho de banda máximo es de 4 Mbit / s. ^[1] El cable Cat 2 contiene 4 pares de cables, u 8 cables en total. ^[2]

Las normas oficiales TIA / EIA-568 solo se han establecido para cables de categoría 3 o superior. Aunque no es un estándar de categoría oficial establecido por TIA / EIA, la Categoría 2 se ha convertido en el nombre de facto dado a los cables de Nivel 2 definidos originalmente por Anixter International , el distribuidor. ^{[ cita requerida ]}

El cable Anixter Nivel 2 se usaba con frecuencia en redes ARCnet y token ring de 4 Mbit / s , también se usa en redes telefónicas pero ya no se usa comúnmente.

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"Coax" vuelve a dirigir aquí. Para el acto de persuasión, ver Persuasión .

Cable coaxial flexible RG-59 compuesto por:

1. Cubierta exterior de plástico
2. Escudo de cobre tejido
3. Aislante dieléctrico interno
4. Núcleo de cobre

Vista transversal de un cable coaxial

El cable coaxial , o coaxial (pronunciado / k oʊ . Æ k s / ) es un tipo de cable eléctrico que tiene un conductor interno rodeado por una capa aislante tubular, rodeado por un escudo de realización tubular. Muchos cables coaxiales también tienen una cubierta o cubierta exterior aislante. El término coaxial proviene del conductor interno y el escudo externo que comparte un eje geométrico. El cable coaxial se utilizó en la primera (1858) y después de las instalaciones de cable transatlántico, pero su teoría no fue descrita hasta 1880 por el físico, ingeniero y matemático inglés Oliver Heaviside, quien patentó el diseño en ese año (patente británica No. 1,407). ^[1]

El cable coaxial es un tipo de línea de transmisión , que se utiliza para transportar señales eléctricas de alta frecuencia con bajas pérdidas. Se utiliza en aplicaciones tales como líneas troncales telefónicas, cables de red de Internet de banda ancha , buses de datos de computadora de alta velocidad , transporte de señales de televisión por cable y conexión de transmisores y receptores de radio a sus antenas . Se diferencia de otros cables blindados porque las dimensiones del cable y los conectores se controlan para proporcionar un espaciado preciso y constante del conductor, que es necesario para que funcione de manera eficiente como una línea de transmisión.

Aplicaciones [ editar ]

El cable coaxial se utiliza como línea de transmisión para señales de radiofrecuencia. Sus aplicaciones incluyen líneas de alimentación que conectan transmisores y receptores de radio a sus antenas, conexiones de red informática (por ejemplo, Ethernet ), audio digital ( S / PDIF ) y distribución de señales de televisión por cable . Una ventaja de coaxial sobre otros tipos de línea de transmisión de radio es que en un cable coaxial ideal el campo electromagnético que transporta la señal existe solo en el espacio entre los conductores interno y externo. Esto permite la instalación de cables coaxiales junto a objetos metálicos, como canales, sin las pérdidas de energía que se producen en otros tipos de líneas de transmisión. El cable coaxial también proporciona protección de la señal contra interferencias electromagnéticas externas .

Descripción [ editar ]

Corte de cable coaxial (no a escala)

El cable coaxial conduce la señal eléctrica utilizando un conductor interno (generalmente un cable de cobre sólido, cobre trenzado o acero chapado en cobre) rodeado por una capa aislante y todo encerrado por un escudo, típicamente de una a cuatro capas de trenza metálica tejida y cinta metálica. El cable está protegido por una cubierta aislante externa. Normalmente, el blindaje se mantiene al potencial de tierra y se aplica un voltaje portador de señal al conductor central. La ventaja del diseño coaxial es que los campos eléctricos y magnéticos están restringidos al dieléctrico con poca fuga.fuera del escudo. Además, se evita que los campos eléctricos y magnéticos fuera del cable interfieran en gran medida con las señales dentro del cable. Esta propiedad hace que el cable coaxial sea una buena opción para transportar señales débiles que no pueden tolerar interferencias del medio ambiente o para señales eléctricas más fuertes que no se deben permitir que irradien o se acoplen en estructuras o circuitos adyacentes. ^[2] Los cables de mayor diámetro y los cables con pantallas múltiples tienen menos fugas.

Las aplicaciones comunes de cable coaxial incluyen distribución de video y CATV , transmisión de RF y microondas, y conexiones de datos de computadoras e instrumentos. ^[3]

La impedancia característica del cable ($${\ displaystyle Z_ {0}}) está determinado por la constante dieléctrica del aislante interno y los radios de los conductores interno y externo. En los sistemas de radiofrecuencia, donde la longitud del cable es comparable a la longitud de onda de las señales transmitidas, una impedancia característica del cable uniforme es importante para minimizar la pérdida. Las impedancias de fuente y carga se eligen para que coincidan con la impedancia del cable para garantizar una transferencia de potencia máxima y una relación de onda estacionaria mínima . Otras propiedades importantes del cable coaxial incluyen la atenuación en función de la frecuencia, la capacidad de manejo de voltaje y la calidad del blindaje. ^[2]

Construcción [ editar ]

Las opciones de diseño de cable coaxial afectan el tamaño físico, el rendimiento de la frecuencia, la atenuación, las capacidades de manejo de potencia, la flexibilidad, la resistencia y el costo. El conductor interno puede ser sólido o varado; varado es más flexible. Para obtener un mejor rendimiento de alta frecuencia, el conductor interno puede estar plateado. El alambre de acero chapado en cobre a menudo se usa como conductor interno para el cable utilizado en la industria de la televisión por cable. ^[4]

El aislante que rodea el conductor interno puede ser plástico sólido, plástico de espuma o aire con espaciadores que soporten el cable interno. Las propiedades del aislante dieléctrico determinan algunas de las propiedades eléctricas del cable. Una opción común es un aislante sólido de polietileno (PE), utilizado en cables de baja pérdida. El teflón sólido (PTFE) también se utiliza como aislante, y exclusivamente en cables con clasificación plenum . ^{[ cita requerida ]} Algunas líneas coaxiales usan aire (o algún otro gas) y tienen espaciadores para evitar que el conductor interno toque el blindaje.

Muchos cables coaxiales convencionales usan alambre de cobre trenzado que forma el escudo. Esto permite que el cable sea flexible, pero también significa que hay espacios en la capa de protección, y la dimensión interna de la protección varía ligeramente porque la trenza no puede ser plana. A veces la trenza está plateada. Para un mejor rendimiento del blindaje, algunos cables tienen un blindaje de doble capa. ^[4]El escudo podría ser solo dos trenzas, pero ahora es más común tener un delgado escudo de aluminio cubierto por una trenza de alambre. Algunos cables pueden invertir en más de dos capas de blindaje, como "quad-shield", que utiliza cuatro capas alternas de papel de aluminio y trenza. Otros diseños de escudo sacrifican la flexibilidad para un mejor rendimiento; Algunos escudos son un tubo de metal sólido. Esos cables no pueden doblarse bruscamente, ya que el blindaje se doblará, causando pérdidas en el cable. Cuando se usa un blindaje de aluminio, un pequeño conductor de alambre incorporado en el aluminio facilita la soldadura de la terminación del blindaje.

Para la transmisión de radiofrecuencia de alta potencia de hasta aproximadamente 1 GHz, el cable coaxial con un conductor externo de cobre sólido está disponible en tamaños de 0.25 pulgadas hacia arriba. El conductor externo está corrugado como un fuelle para permitir flexibilidad y el conductor interno se mantiene en posición mediante una espiral de plástico para aproximarse a un dieléctrico de aire. ^[4] Una marca para dicho cable es Heliax . ^[5]

Los cables coaxiales requieren una estructura interna de un material aislante (dieléctrico) para mantener el espacio entre el conductor central y el blindaje. Las pérdidas dieléctricas aumentan en este orden: dieléctrico ideal (sin pérdida), vacío, aire, politetrafluoroetileno (PTFE), espuma de polietileno y polietileno sólido. Una baja permitividad relativa permite un uso de mayor frecuencia. Un dieléctrico no homogéneo necesita ser compensado por un conductor no circular para evitar puntos calientes actuales.

Mientras que muchos cables tienen un dieléctrico sólido, muchos otros tienen un dieléctrico de espuma que contiene la mayor cantidad de aire u otro gas posible para reducir las pérdidas al permitir el uso de un conductor central de mayor diámetro. El coaxial de espuma tendrá aproximadamente un 15% menos de atenuación, pero algunos tipos de dieléctrico de espuma pueden absorber la humedad, especialmente en sus muchas superficies, en entornos húmedos, lo que aumenta significativamente la pérdida. Los soportes con forma de estrellas o radios son aún mejores pero más caros y muy susceptibles a la infiltración de humedad. Aún más caros fueron los coaxiales con espacio de aire utilizados para algunas comunicaciones entre ciudades a mediados del siglo XX. El conductor central estaba suspendido por discos de polietileno cada pocos centímetros. En algunos cables coaxiales de baja pérdida, como el tipo RG-62, el conductor interno está soportado por un hilo en espiral de polietileno, para que exista un espacio de aire entre la mayoría del conductor y el interior de la chaqueta. El más bajoLa constante dieléctrica del aire permite un mayor diámetro interno a la misma impedancia y un diámetro externo mayor a la misma frecuencia de corte, disminuyendo las pérdidas óhmicas . Los conductores internos a veces están plateados para alisar la superficie y reducir las pérdidas debidas al efecto de la piel . ^[4] Una superficie rugosa extiende el camino de la corriente y concentra la corriente en los picos, aumentando así la pérdida óhmica.

La chaqueta aislante se puede hacer de muchos materiales. Una opción común es el PVC , pero algunas aplicaciones pueden requerir materiales resistentes al fuego. Las aplicaciones al aire libre pueden requerir que la chaqueta resista la luz ultravioleta , la oxidación , el daño de roedores o el entierro directo . Los cables coaxiales inundados usan un gel de bloqueo de agua para proteger el cable de la infiltración de agua a través de cortes menores en la cubierta. Para las conexiones internas del chasis, se puede omitir la cubierta aislante.

Conectores [ editar ]

Artículo principal: conector RF

Un conector macho tipo F usado con cable RG-6 común

Un conector macho tipo N

Los extremos de los cables coaxiales generalmente terminan con conectores. Los conectores coaxiales están diseñados para mantener una forma coaxial a través de la conexión y tienen la misma impedancia que el cable conectado. ^{[4] Los} conectores suelen estar chapados con metales de alta conductividad como plata u oro resistente al deslustre. Debido al efecto de la piel , la señal de RF solo es transportada por el revestimiento a frecuencias más altas y no penetra en el cuerpo del conector. Sin embargo, la plata se empaña rápidamente y el sulfuro de plata que se produce es poco conductivo, degrada el rendimiento del conector, por lo que la plata es una mala elección para esta aplicación. ^{[ cita requerida ]}

Parámetros importantes [ editar ]

El cable coaxial es un tipo particular de línea de transmisión , por lo que los modelos de circuito desarrollados para líneas de transmisión generales son apropiados. Ver la ecuación del telegrafista .

Representación esquemática de los componentes elementales de una línea de transmisión.

Representación esquemática de una línea de transmisión coaxial, que muestra la impedancia característica. $${\ displaystyle Z_ {0}}.

Parámetros físicos [ editar ]

En la siguiente sección, se usan estos símbolos:

• Longitud del cable, $${\ displaystyle h}.
• Diámetro exterior del conductor interno ,$${\ displaystyle d}.
• Diámetro interior del escudo, $${\ displaystyle D}.
• Constante dieléctrica del aislante.$${\ displaystyle \ epsilon}. La constante dieléctrica a menudo se cita como la constante dieléctrica relativa$${\ displaystyle \ epsilon _ {r}} referido a la constante dieléctrica del espacio libre $${\ displaystyle \ epsilon _ {0}}: $${\ displaystyle \ epsilon = \ epsilon _ {r} \ epsilon _ {0}}. Cuando el aislante es una mezcla de diferentes materiales dieléctricos (p. Ej., La espuma de polietileno es una mezcla de polietileno y aire), entonces el término constante dieléctrica efectiva$${\ displaystyle \ epsilon _ {eff}} es de uso frecuente
• Permeabilidad magnética del aislante.$${\ displaystyle \ mu}. La permeabilidad a menudo se cita como la permeabilidad relativa$${\ displaystyle \ mu _ {r}} referido a la permeabilidad del espacio libre $${\ displaystyle \ mu _ {0}}: $${\ displaystyle \ mu = \ mu _ {r} \ mu _ {0}}. La permeabilidad relativa casi siempre será 1.

Parámetros eléctricos fundamentales [ editar ]

• Capacidad de derivación por unidad de longitud, en faradios por metro. ^[7]

$${\ displaystyle \ left ({\ frac {C} {h}} \ right) = {2 \ pi \ epsilon \ over \ ln (D / d)} = {2 \ pi \ epsilon _ {0} \ epsilon _ {r} \ over \ ln (D / d)}}

• Inductancia en serie por unidad de longitud, en henrys por metro.

$${\ displaystyle \ left ({\ frac {L} {h}} \ right) = {\ mu \ over 2 \ pi} \ ln (D / d) = {\ mu _ {0} \ mu _ {r} \ sobre 2 \ pi} \ ln (D / d)}

• Resistencia en serie por unidad de longitud, en ohmios por metro. La resistencia por unidad de longitud es solo la resistencia del conductor interno y el blindaje a bajas frecuencias. A frecuencias más altas, el efecto de piel aumenta la resistencia efectiva al limitar la conducción a una capa delgada de cada conductor.
• Conductancia de derivación por unidad de longitud, en siemens por metro. La conductancia de derivación suele ser muy pequeña porque se usan aislantes con buenas propiedades dieléctricas (una tangente de muy baja pérdida ). A altas frecuencias, un dieléctrico puede tener una pérdida resistiva significativa.

Parámetros eléctricos derivados [ editar ]

• Impedancia característica en ohmios (Ω). La impedancia compleja Z de una longitud infinita de línea de transmisión es:

$${\ displaystyle Z = {\ sqrt {\ frac {R + sL} {G + sC}}}}

Donde R es la resistencia por unidad de longitud, L es la inductancia por unidad de longitud, G es la conductancia por unidad de longitud del dieléctrico, C es la capacitancia por unidad de longitud, y s = jω = j 2 πf es la frecuencia. Las dimensiones "por unidad de longitud" se cancelan en la fórmula de impedancia.

En DC, los dos términos reactivos son cero, por lo que la impedancia tiene un valor real y es extremadamente alta. Parece que

$${\ displaystyle Z _ {\ mathrm {DC}} = {\ sqrt {\ frac {R} {G}}}}.

Con el aumento de la frecuencia, los componentes reactivos surten efecto y la impedancia de la línea tiene un valor complejo. A frecuencias muy bajas (rango de audio, de interés para los sistemas telefónicos), G suele ser mucho más pequeño que sC , por lo que la impedancia a bajas frecuencias es

$${\ displaystyle Z _ {\ mathrm {LowFreq}} = {\ sqrt {\ frac {R} {sC}}}},

que tiene un valor de fase de -45 grados.

A frecuencias más altas, los términos reactivos generalmente dominan R y G , y la impedancia del cable vuelve a ser real. Ese valor es Z ₀ , la impedancia característica del cable:

$${\ displaystyle Z_ {0} = {\ sqrt {\ frac {sL} {sC}}} = {\ sqrt {\ frac {L} {C}}}}.

Suponiendo que las propiedades dieléctricas del material dentro del cable no varían apreciablemente en el rango operativo del cable, la impedancia característica es independiente de la frecuencia por encima de aproximadamente cinco veces la frecuencia de corte del blindaje . Para cables coaxiales típicos, la frecuencia de corte del blindaje es de 600 (RG-6A) a 2,000 Hz (RG-58C). ^[8]

Los parámetros L y C se determinan a partir de la relación de los diámetros interno ( d ) y externo ( D ) y la constante dieléctrica ( ε ). La impedancia característica viene dada por ^[9]

${\displaystyle Z_{0}={\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {\frac {\mu }{\epsilon }}}\ln {\frac {D}{d}}\approx {\frac {60\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\ln {\frac {D}{d}}\approx {\frac {138\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\log _{10}{\frac {D}{d}}}$

• Atenuación (pérdida) por unidad de longitud, en decibelios por metro. Esto depende de la pérdida en el material dieléctrico que llena el cable y las pérdidas resistivas en el conductor central y el blindaje exterior. Estas pérdidas dependen de la frecuencia, las pérdidas se vuelven más altas a medida que aumenta la frecuencia. Las pérdidas por efecto de la piel en los conductores se pueden reducir aumentando el diámetro del cable. Un cable con el doble de diámetro tendrá la mitad de la resistencia al efecto piel. Ignorando las pérdidas dieléctricas y de otro tipo, el cable más grande reduciría a la mitad la pérdida de dB / metro. Al diseñar un sistema, los ingenieros consideran no solo la pérdida en el cable sino también la pérdida en los conectores.
• Velocidad de propagación , en metros por segundo. La velocidad de propagación depende de la constante dieléctrica y la permeabilidad (que generalmente es 1).

$${\ displaystyle v = {1 \ over {\ sqrt {\ epsilon \ mu}}} = {c \ over {\ sqrt {\ epsilon _ {r} \ mu _ {r}}}}}

• Banda monomodo. En el cable coaxial, el modo dominante (el modo con la frecuencia de corte más baja ) es el modo TEM, que tiene una frecuencia de corte de cero; se propaga hasta DC El modo con el siguiente corte más bajo es el modo TE ₁₁ . Este modo tiene una 'onda' (dos inversiones de polaridad) en la circunferencia del cable. Para una buena aproximación, la condición para que se propague el modo TE ₁₁ es que la longitud de onda en el dieléctrico no es más larga que la circunferencia promedio del aislador; es decir que la frecuencia es al menos

$${\ displaystyle f_ {c} \ approx {1 \ over \ pi ({D + d \ over 2}) {\ sqrt {\ mu \ epsilon}}} = {c \ over \ pi ({D + d \ over 2}) {\ sqrt {\ mu _ {r} \ epsilon _ {r}}}}}.

Por lo tanto, el cable es monomodo desde dc hasta esta frecuencia, y en la práctica puede usarse hasta el 90% ^[10] de esta frecuencia.

• Voltaje pico El voltaje pico se establece por el voltaje de ruptura del aislador. Un sitio web ^[11] da:

$${\ displaystyle V_ {p} = 1150 \, S _ {\ text {mils}} \, d _ {\ text {in}} \, \ log _ {10} \ left ({\ frac {D} {d}} \Derecha)}

dónde

S _mils es el voltaje de ruptura del aislador en voltios por mil

d _in es el diámetro interno en pulgadas

El factor 1150 convierte pulgadas (diámetro) a milésimas (radio) y registra ₁₀ a ln.

La expresión anterior puede reescribirse ^[12] como

$${\ displaystyle V_ {p} = 0.5 \, S \, d \, \ ln \ left ({\ frac {D} {d}} \ right)}

dónde

S es el voltaje de ruptura del aislador en voltios por metro

d es el diámetro interno en metros

El voltaje pico calculado a menudo se reduce por un factor de seguridad.