Cable Coaxial

Articulo leído en el Programa Colombiano para Radioaficionados el domingo 21 de Febrero 2016.

 

Cuando adquirimos un cable coaxial nos dicen que tiene una impedancia de 50 o 75 ohms. Que significa esta resistencia?  Si tenemos un cable RG8 y RG58 ambos son declarados como de 50 ohms aunque tienen un tamaño diferente, el RG8 es más grueso que el RG58. Otro caso el RG58 y el RG59 tiene casi el mismo tamaño sin embargo el primero es de 50 ohms y el segundo es de 75 ohms.

Para tratar de aclarar este tema, permítame decir que 50 o 75 ohms  no es propiamente una resistencia que podamos medir con multímetro  común de corriente continua. Estos valores son medidas de “impedancia” y se conocen con el término de “impedancia característica del cable”.  Se llama impedancia porque es una medida del comportamiento del cable con corriente alterna de alta frecuencia conocidas como corriente de radio frecuencia.

El cable coaxial está constituido por un conductor central de cobre y un tubo formado por una malla. Entre la malla y el cobre hay un material aislante.  Si nosotros tomamos un trozo de cable  coaxial y midiéramos, en un extremo, la resistencia a corriente continua entre el centro y la malla, esta sería infinita. Si nosotros, en el otro extremo del cable coaxial hiciéramos un corto entre el centro y la malla, la resistencia medida sería casi cero.  La resistencia es la del cobre del cable y depende de la longitud del trozo de cable que estamos usando, pero de todas maneras es muy baja, muchísimo menos de 50 ohms.

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Pero el cable coaxial tiene otro comportamiento cuando lo conectamos a corrientes alternas de alta frecuencia.  En el cable coaxial entre el conductor central y la malla se presenta como si fuera un condensador  y su capacidad aumenta dependiendo de la longitud del cable. Podemos decir que el cable tiene una capacitancia distribuida en su longitud. Por otro lado un cable o alambre en el sentido longitudinal presenta una inductancia (similar a una bobina). La inductancia y la capacitancia del cable coaxial es distribuida a través de la longitud del cable.

Cuando el cable es alimentado con corriente alterna , la inductancia y capacitancia distribuida producen un efecto de Impedancia. (recordemos que impedancia es la sumas de capacitancia e inductancia  que tiene símbolos diferentes y el componente resistivo).  Esa impedancia que presenta el cable es conocida como “impedancia  característica” y es la que se da como característica del cable 50 o 75 ohms  típicamente.

En teoría la impedancia característica seria la impedancia de un cable coaxial de longitud infinita, es decir 50 o 75 ohms sería la impedancia resistiva que tendría un cable coaxial de una longitud  muy, muy largo, es decir longitud infinita.

Este valor teórico tiene un significado más práctico. Supongamos que tenemos un cable coaxial de una longitud finita, algunos metros. En un extremo del cable, entre el centro y la malla, conectamos una resistencia de un valor en ohms dado.  En el otro extremo del cable lo conectamos a un generador de corriente alterna de alta frecuencia (en otras palabras un transmisor de radio) y medimos el voltaje entre centro y malla y también la corriente que circula por los alambres.  La división entre el voltaje y la corriente nos daría la resistencia que el transmisor está viendo en su extremo de cable coaxial y que se llama la impedancia reflejada , es decir la impedancia que el transmisor aparentemente ve debido a la impedancia  (o resistencia) conectada al otro lado del cable coaxial.

La resistencia reflejada no es la misma que el valor colocado en otro extremo del cable, su valor depende de la longitud del cable y la frecuencia de trabajo. Esto es motivado cuando la corriente es alterna y tarda un tiempo en alcanzar el otro extremo del cable donde hemos puesto la resistencia.  Cuando llega a la resistencia, la corriente nota una anomalía en el medio de transmisión y parte de la corriente va a la resistencia y otra parte decide regresarse por el cable hacia el transmisor.

Podemos decir que en un cable coaxial existe una corriente que fluye del transmisor a la resistencia, que llamaremos corriente directa, y una corriente que es retornada por la resistencia que fluye de la resistencia hacia el transmisor que llamaremos corriente reflejada.

Pues bien, hay un caso importante: Si nosotros como resistencia colocamos un valor igual a la impedancia característica del cable coaxial que estamos usando. En otras palabras, si estamos usando un cable coaxial de 50 ohms y colocamos en un extremo una resistencia de 50 ohms, el transmisor en el otro extremo va a ver una resistencia de 50 ohms, algo así como si el cable fuera transparente y no influyera en la transferencia de energía entre el transmisor y la resistencia  sin perdidas.

Si el cable coaxial está conectado en un extremo a una resistencia de valor igual a su impedancia característica podemos decir que el cable esta “matchado” de la palabra del inglés “match” que se podría traducir como acoplado o apareado. Cuando el cable esta matchado no hay corrientes reflejadas, toda la corriente fluye en una sola dirección y no hay perdidas en el cable.

Si tenemos un trozo de cable coaxial de 50 ohms y en un extremo ponemos una resistencia de 50 ohms, la resistencia vista en el otro extremo del cable será también 50 ohms . Ahora bien, si en este extremos conectamos otro trozo de cable coaxial de 50 ohms , en el extremo lejano del segundo cable también se va a reflejar 50 ohms. Esto quiere decir que si el cable esta matchado, el conserva la misma resistencia independiente de la longitud del cable.

En la practica usamos un cable coaxial para conectar el transmisor a una antena. Una antena dipolo clásica, es decir media longitud de onda alimentada en el centro, presenta en el centro una impedancia de unos 70 ohms, su valor depende de la construcción física de la antena y en entorno.  Casi todos los transmisores modernos vienen diseñado para transferir su energía a una resistencia (carga) de 50 ohms por lo cual es practica común usar cable coaxial de 50 ohms para acoplar el transmisor a una antena. Noten que la antena tiene alrededor de 70 ohms y no 50 por lo cual el acoplamiento no es perfecto pero aceptable. Normalmente se utiliza un acoplador de antena para lograr optimizar el acoplamiento.

Las consideraciones que he hecho para cable coaxial es también valida para el caso de líneas de transmisión de cable paralelo, la diferencia que la impedancia característica del los coaxial son tipicamnet 50 0 75 ohms, mientras las líneas paralelas presentan impedancias entre 300 a 600 ohms típicamente.  Tambien se puede usar par trenzado como línea de transmisión con impedancia característica de 120 ohms.

 

 

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Un comentario en “Cable Coaxial

  1. Oscar Robledo Márquez dijo:

    Muchas gracias, Eugenio, por la explicación, en términos sencillos y fáciles de entender, el asunto de la Impedancia característica de los cables coaxiales, que acoplan un transmisor a una antena.

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