Como Reduzir a Perda de Sinal com Cabos Coaxiais?

Quais São as Causas da Perda de Sinal em Cabos Coaxiais?

Perdas dielétricas e condutoras: dissipação de energia no núcleo e na isolação do cabo

Quando os sinais viajam por cabos coaxiais, eles começam a perder intensidade devido a mecanismos básicos de perda de energia. O fio principal no interior do cabo efetivamente dissipa parte da potência, pois os elétrons colidem uns com os outros na estrutura metálica. Esse efeito agrava-se em frequências mais altas, quando a maior parte da corrente flui apenas na região próxima à superfície externa do condutor, e não em toda a sua espessura. Ao mesmo tempo, o isolamento plástico entre os condutores também desempenha um papel: ele absorve parte das ondas eletromagnéticas que passam por ele e as converte em calor, em vez de permitir que cheguem ao seu destino. Esses dois problemas combinados geralmente causam cerca de três quartos de toda a atenuação de sinal em configurações convencionais de cabos. É por isso que extensões longas de cabo coaxial podem, às vezes, resultar em recepção mais fraca ou em conexões de menor qualidade.

Atenuação dependente da frequência: por que frequências de RF mais altas aumentam a perda no cabo coaxial

A quantidade de perda de sinal aumenta significativamente à medida que as frequências se elevam, devido ao comportamento das ondas eletromagnéticas. Ao analisarmos frequências acima de 100 MHz, cada vez que a frequência dobra, ocorre um aumento de cerca de 30% na perda de sinal em cabos RG-6. Isso ocorre principalmente porque os elétrons tendem a circular mais próximos da superfície (efeito pelicular) e o material isolante reage com maior intensidade aos campos elétricos variáveis. Considere, por exemplo, um cabo RG-6 padrão de 30 metros (100 pés): a 1 GHz, ele perde cerca de 6,5 dB de intensidade do sinal, enquanto, a 50 MHz, a perda é de apenas aproximadamente 1,2 dB. Dadas essas diferenças, a escolha do cabo adequado torna-se extremamente importante ao trabalhar com redes modernas de alta velocidade, como instalações 5G ou serviços de internet DOCSIS 3.1, onde até mesmo pequenas perdas podem afetar significativamente o desempenho.

Desajuste de impedância e reflexões: Como a relação de onda estacionária de tensão (VSWR) prejudica a integridade do sinal em cabos coaxiais

A incompatibilidade entre a impedância do cabo coaxial (geralmente em torno de 50 ohms ou 75 ohms) e o que está conectado em ambas as extremidades leva a essas indesejáveis reflexões de sinal que todos nós detestamos. O que acontece em seguida? Esses sinais refletidos interferem no sinal principal que está sendo transmitido, gerando padrões de onda estacionária que os engenheiros medem utilizando uma grandeza chamada Razão de Onda Estacionária de Tensão, ou VSWR (do inglês *Voltage Standing Wave Ratio*), abreviadamente. Quando essa razão ultrapassa aproximadamente 1,5:1, os problemas começam a surgir rapidamente. A qualidade do sinal diminui em cerca de 3 decibéis, e os equipamentos podem deixar de funcionar corretamente de forma intermitente. Por que isso ocorre? Bem, há diversos culpados habituais: conectores que não foram crimpados corretamente durante a instalação, conexões que começaram a enferrujar ou corroer com o tempo, e cabos que sofreram dobras excessivamente acentuadas ao longo de sua extensão. A pior parte? Essas reflexões não permanecem silenciosamente no lugar. Na verdade, elas agravam as perdas normais do cabo, de modo que, em vez de obter uma transmissão de potência total, os sistemas podem estar transferindo apenas cerca de 60% da potência que deveriam quando toda a impedância estiver adequadamente casada.

Fatores Físicos e de Instalação que Amplificam a Perda no Cabo Coaxial

Comprimento do cabo e atenuação: Cálculo da perda em dB por pé para tipos comuns de cabos coaxiais

A atenuação do sinal escalona diretamente com o comprimento do cabo devido à resistência do condutor e à absorção dielétrica. Extensões mais longas amplificam a perda de energia, convertendo sinais de RF em calor. Por exemplo:

• RG-6 perde aproximadamente 0,25 dB/pé a 750 MHz
• LMR-400 mantém 0,11 dB/pé a 1 GHz
  Essa relação exponencial exige cálculos precisos antes da instalação — consulte sempre os gráficos de atenuação fornecidos pelo fabricante para sua faixa de frequência-alvo.

Dobras, esmagamento e danos à blindagem: ameaças invisíveis ao desempenho do cabo coaxial

Tensões físicas durante a instalação degradam o desempenho de maneiras muitas vezes negligenciadas:

• Curvas acentuadas ultrapassar o raio mínimo de curvatura distorce a geometria dielétrica, aumentando a má correspondência de impedância
• Blindagem comprimida reduz a rejeição de interferências em até 40%
• Condutores amassados criam pontos locais de reflexão
  A penetração de umidade através da cobertura danificada acelera a oxidação, elevando a resistência dos condutores. As melhores práticas incluem manter raios de curvatura superiores a 10 vezes o diâmetro do cabo e evitar torção durante a instalação.

Estratégias comprovadas para minimizar a perda de sinal em sistemas de cabos coaxiais

Escolha de cabo coaxial de baixa perda: cobre versus CCA, dielétrico espumado versus sólido e eficácia da blindagem

Escolher o cabo coaxial certo resume-se, na verdade, a encontrar o ponto ideal entre sua condutividade elétrica, o tipo de material dielétrico utilizado e a eficácia da blindagem. Ao analisar os condutores, o cobre maciço supera amplamente o alumínio revestido com cobre (CCA) em termos de perda de sinal. Estamos falando de uma atenuação aproximadamente 20 a 30% menor, pois o simples e tradicional cobre apresenta melhor condutividade ao longo de toda a sua estrutura. Os dielétricos preenchidos com espuma também fazem grande diferença: eles podem reduzir essas indesejadas perdas por capacitância em até 40% em comparação com o polietileno sólido convencional, pois impedem que os elétrons se dispersem tanto dentro da isolação. Se a interferência eletromagnética for uma preocupação, os designs com blindagem quádrupla — compostos por múltiplas camadas de folha de alumínio e blindagem trançada — são a melhor opção. Eles mantêm a fuga de sinal abaixo de 1%, tornando-os praticamente equipamento padrão em aplicações sérias de RF. E não se esqueça também da estabilidade de impedância: cabos de qualidade mantêm sua impedância dentro de uma variação de ±2 ohms em diferentes frequências, o que significa que os sinais permanecem limpos e consistentes, independentemente da faixa em que operam.

Seleção precisa de terminação e conectores: Eliminação de descontinuidades de impedância e corrosão em conexões de cabo coaxial

Fazer a instalação correta dos conectores evita a maior parte dessas reflexões de impedância irritantes que interferem nas medições de VSWR. Os conectores do tipo compressão mantêm uma fixação precisa dentro de cerca de meio milímetro, quando instalados adequadamente, o que contribui para preservar a importante impedância de 50 ou 75 ohms ao longo das conexões. O banho de ouro nas superfícies de contato também é fundamental, pois combate a oxidação — problema especialmente grave em ambientes úmidos, onde a resistência tende a aumentar cerca de 15 a 20 por cento ao ano, segundo alguns estudos. Para instalações sujeitas a condições severas ou expostas ao ar livre, faz sentido optar por conectores em aço inoxidável com vedação classificada IP68, pois impedem a entrada de água, o que causa muitas daquelas falhas intermitentes frustrantes que todos nós detestamos. Antes de concluir qualquer projeto, vale a pena verificar a qualidade das terminações com equipamentos de teste TDR. Esse método detecta defeitos minúsculos, na escala de mícrons, que, caso não identificados, poderiam gerar problemas maiores no futuro, assim que todo o sistema for implantado definitivamente.