Como reducir as perdas de sinal con cables coaxiais?

¿Que causa a perda de sinal no cable coaxial?

Perdas no dieléctrico e no condutor: disipación de enerxía no núcleo e no aislamento do cable

Cando as sinais viaxan a través de cables coaxiais, comezan a perder forza debido a mecanismos básicos de perda de enerxía. O fío principal no interior do cable perde realmente algo de potencia porque os electróns chocan entre si na estrutura metálica. Isto empeora nas frecuencias máis altas, cando a maior parte da corrente flúe só preto da parte exterior do condutor, non a través de toda a súa espesura. Ao mesmo tempo, o aislante plástico entre os condutores tamén desempeña un papel: atrapa parte das ondas electromagnéticas que pasan a través del e convértelle en calor en vez de deixalas chegar ao seu destino. Estes dous problemas combinados causan xeralmente arredor de tres cuartas partes de toda a atenuación de sinais nas instalacións habituais de cables. É por iso que as lonxas distancias con cable coaxial poden ás veces dar lugar a unha recepción máis débil ou a conexións de menor calidade.

Atenuación dependente da frecuencia: Por que as frecuencias radioeléctricas máis altas aumentan a perda nos cables coaxiais

A cantidade de perda de sinal aumenta considerablemente á medida que as frecuencias suben, debido ao comportamento das ondas electromagnéticas. Cando analizamos frecuencias superiores a 100 MHz, cada vez que a frecuencia se duplica, prodúcese un aumento aproximado do 30 % na perda de sinal a través dos cables RG-6. Isto ocorre principalmente porque os electróns tenden a desprazarse máis preto da superficie (efecto pelicular) e o material illante responde máis intensamente aos campos eléctricos variables. Por exemplo, consideremos unha lonxitude estándar de 100 pés de cable RG-6: a 1 GHz perde aproximadamente 6,5 dB de intensidade de sinal, mentres que a 50 MHz só perde uns 1,2 dB. Dadas estas diferenzas, escoller o cable axeitado resulta moi importante ao traballar con redes modernas de alta velocidade, como as instalacións 5G ou os servizos de internet DOCSIS 3.1, onde mesmo pequenas perdas poden afectar significativamente o rendemento.

Incompatibilidade de impedancia e reflexións: Como o VSWR compromete a integridade do sinal no cable coaxial

Unha desaxustada entre a impedancia do cable coaxial (normalmente arredor de 50 ou 75 ohms) e o que está conectado en cada un dos seus extremos dá lugar a esas molestas reflexións de sinal que todos odiamos. Que ocorre entón? Eses sinais que rebotan interfiren co sinal principal que pasa a través do cable, o que xera eses patróns de ondas estacionarias que os enxeñeiros miden empregando algo chamado razón de onda estacionaria de voltaxe, ou VSWR (pola súa sigla en inglés). Cando esta razón supera aproximadamente 1,5:1, as cousas comezan a fallar moi rápido. A calidade do sinal redúcese uns 3 decibelios e o equipamento pode deixar de funcionar correctamente de vez en cando. Por que ocorre isto? Pois hai varios sospeitosos habituais: conectores que non foron crimpados correctamente durante a instalación, conexións que comezaron a oxidarse ou corroerse co paso do tempo e cables que se dobraron demasiado bruscamente nalgún punto do seu percorrido. A peor parte? Estas reflexións non se limitan a permanecer alí en silencio. De feito, agravan as perdas normais no cable, polo que, en vez de obter unha transmisión de potencia completa, os sistemas poden estar transferindo só arredor do 60 % do que deberían cando todo está axeitadamente axustado.

Factores físicos e de instalación que amplifican a perda no cable coaxial

Lonxitude do cable e atenuación: Cálculo da perda en dB por pé para tipos comúns de cable coaxial

A atenuación do sinal escala directamente coa lonxitude do cable debido á resistencia do condutor e á absorción dieléctrica. As instalacións máis longas amplifican a perda de enerxía, convertendo as señais RF en calor. Por exemplo:

• RG-6 perde aproximadamente 0,25 dB/pé a 750 MHz
• LMR-400 mantén 0,11 dB/pé a 1 GHz
  Esta relación exponencial require cálculos precisos antes da instalación — consulte sempre as táboas de atenuación do fabricante para a súa gama de frecuencias obxectivo.

Dobrados, compresión e danos no apantallamento: ameazas invisibles para o rendemento do cable coaxial

O esforzo físico durante a instalación degrada o rendemento de maneiras que adoitan pasarse por alto:

• Curvas acentuadas superar o radio mínimo de curvatura distorsiona a xeometría do dieléctrico, aumentando a falta de coincidencia de impedancia
• Blindaxe comprimida reduce a rexeición de interferencias ata un 40 %
• Conductores con dobreces crean puntos de reflexión localizados
  A entrada de humidade a través dun revestimento danado acelera a oxidación, aumentando a resistencia dos conductores. As boas prácticas inclúen manter radios de curvatura superiores a 10 veces o diámetro do cable e evitar a torsión durante a instalación.

Estratexias comprobadas para minimizar a perda de sinal nos sistemas de cable coaxial

Elección dun cable coaxial de baixa perda: cobre frente a CCA, dieléctrico espumoso frente a sólido, e eficacia da blindaxe

Escoller o cable coaxial axeitado reducise realmente a atopar o punto óptimo entre a súa capacidade de condución eléctrica, o tipo de material dieléctrico empregado e a calidade do seu apantallamento. Ao analizar os condutores, o cobre macizo supera claramente ao aluminio recuberto de cobre (CCA) no que respecta á perda de sinal. Estamos falando dunha atenuación aproximadamente un 20 % a un 30 % menor, xa que o cobre puro simplemente conduce mellor a través de toda a súa estrutura. Os dieléctricos recheados de espuma tamén marcan unha gran diferenza. Estes poden reducir as molestas perdas por capacitancia ata un 40 % en comparación co polietileno sólido convencional, pois non permiten que os electróns se movan tanto dentro do aislante. Se a interferencia electromagnética é unha preocupación, os deseños con apantallamento cuádruple, que incorporan múltiples capas de folla de aluminio e apantallamento trenzado, son a mellor opción. Estes mantén a fuga de sinal por debaixo do 1 %, o que os converte practicamente no equipamento estándar nas aplicacións serias de radiofrecuencia (RF). E non esqueza tampouco a estabilidade da impedancia. Os cables de calidade manténse dentro dunha variación de ±2 ohms en distintas frecuencias, o que significa que os sinais permanecen limpos e consistentes independentemente da banda na que operen.

Selección precisa de terminacións e conectores: eliminación das descontinuidades de impedancia e da corrosión nas ligazóns de cable coaxial

Conseguir os conectores correctos evita a maioría desas molestas reflexións de impedancia que alteran as lecturas de VSWR. Os conectores de tipo compresión mantén o axuste firme dentro de aproximadamente medio milímetro cando se instalan correctamente, o que axuda a manter esa importante impedancia de 50 ou 75 ohmios nas conexións. O enchapado en ouro das superficies de contacto tamén é moi importante, pois combate os problemas de oxidación, especialmente graves nas zonas húmidas, onde a resistencia tende a aumentar un 15–20 % cada ano, segundo algúns estudos. Para instalacións expostas a condicións adversas ou ao aire libre, resulta lóxico optar por conectores de acero inoxidable con selos certificados IP68, xa que impiden a entrada de auga, o que causa moitos deses frustrantes fallos intermitentes que todos odiamos. Antes de rematar calquera proxecto, convén comprobar a calidade das terminacións mediante equipos de proba TDR. Isto detecta defectos mínimos a nivel de micrómetros que, doutro modo, poderían derivar en problemas máis graves unha vez que todo estea definitivamente implantado.