Ingeniería de cables coaxiales
Impedancia del cable coaxial: por qué 50 ohmiosios y 75 ohmiosios rara vez perdonan una falta de coincidencia
La impedancia característica proviene de la geometría y el dieléctrico, no del precio. A continuación se explica cómo se comportan los sistemas de 50 y 75 ohmios, cuánto cuesta realmente una discrepancia y qué números deben incluirse en una especificación de compra.
Un instalador de CCTV termina una caída RG6 de 75 ohmios con un adaptador BNC de 50 ohmios porque el cajón de piezas se encuentra más cerca que el almacén. El panorama es limpio desde el primer día. Tres semanas más tarde, el cliente informa que aparecen débiles bandas horizontales, y se culpa primero a la cámara, en segundo lugar a la grabadora y al final al cable.
La versión corta, antes del detalle: Cada elemento de la cadena debe coincidir en cuanto a impedancia, incluido el cable, el conector y el puerto del equipo. Cuando no lo hacen, parte de la señal se refleja a lo largo de la línea en lugar de llegar al receptor, y esos reflejos se vuelven más dañinos a medida que la frecuencia aumenta y los recorridos se hacen más largos.
Lo que sigue cubre qué es realmente la impedancia característica, por qué la industria se decidió por 50 y 75 ohmios, cómo aparece una discrepancia en el equipo de prueba y en una pantalla, y qué escribir en una especificación para que el problema nunca llegue al sitio.
Qué mide realmente la impedancia del cable coaxial
La impedancia característica no es resistencia. Es la relación entre voltaje y corriente para una onda que viaja a lo largo de la línea, y existe incluso cuando no hay nada conectado en el otro extremo. en la construcción física de un cable coaxial está determinado por tres cosas: el diámetro del conductor central (d), el diámetro interior del blindaje o del dieléctrico que llena el espacio (D) y la constante dieléctrica de ese material.
Para una línea coaxial, la fórmula de trabajo clásica es Z0 = 138 dividido por la raíz cuadrada de la constante dieléctrica, multiplicada por el logaritmo en base diez de D dividido por d. Separe más el conductor y el blindaje, o reduzca la constante dieléctrica, y la impedancia aumentará.
Dos consecuencias importan comercialmente:
- La impedancia no cambia con la longitud. Una pieza de 5 my una de 500 m del mismo RG6 tienen aproximadamente 75 ohmios.
- La impedancia no se puede leer con un multímetro. Para verificarlo se necesita un reflectómetro en el dominio del tiempo, un analizador de red o una prueba de barrido contra una carga conocida.
La resistencia de CC es una especificación separada y aún importa. Un receptor de satélite que aumenta la potencia del LNB a largo plazo tiene que superar la resistencia del bucle, algo de lo que la impedancia no dice nada.
La impedancia característica describe la onda viajera, por lo que se aplica a lo largo de todo el cable y no en un solo punto. Un cable coincide sólo cuando la fuente, la línea y la carga comparten la misma impedancia.
Por qué 50 ohmios y 75 ohmios se convirtieron en estándares
Ningún número es arbitrario. En el coaxial dieléctrico de aire, la atenuación es más baja cerca de 77 ohmios, mientras que el manejo de potencia alcanza un máximo cerca de 30 ohmios. Los ingenieros de microondas necesitaban energía utilizable y de bajas pérdidas, por lo que 50 ohmios se convirtieron en el compromiso de trabajo y se consolidaron en la práctica militar y, más tarde, comercial. Los ingenieros de transmisión se preocupaban por las bajas pérdidas en transmisiones de video largas y de baja potencia, por lo que 75 ohmios, más cercano al mínimo de atenuación, se convirtió en el estándar de video y televisión por cable.
Cincuenta ohmios es un compromiso entre potencia y pérdida; setenta y cinco ohmios se inclinan hacia la pérdida. Ambas son opciones de ingeniería, no grados de calidad.
Las diferencias visibles se encuentran principalmente en el manejo de energía y las familias de conectores, como lo muestra la comparación a continuación.
| Característica | 50 ohm | 75 ohm |
|---|---|---|
| Aplicaciones típicas | Enlaces inalámbricos y RF, alimentadores de antena, LTE, equipos de prueba | CATV, MATV, IF satelital, CCTV, video de banda base |
| Familias de conectores comunes | BNC 50 ohmios, N, SMA, TNC | F, BNC 75 ohmios, vídeo RCA |
| Manejo de energía | superior | inferior |
| Atenuación en geometría comparable | Ligeramente más alto | Ligeramente más bajo |
| Distancia desde el mínimo de pérdida cerca de 77 ohmios | Más lejos | Más cerca |
| Ejemplos típicos de cables | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| Tolerancia de impedancia publicada | A menudo alrededor de 2 ohmios | A menudo alrededor de 3 ohmios |
Para trabajos de distribución de 75 ohmios, la estructura de blindaje suele ser la siguiente decisión después de la impedancia. El blindaje estándar se adapta a tramos cortos de suscriptores, el blindaje triple agrega una lámina y una trenza para entornos más ruidosos y se elige el blindaje cuádruple cuando los márgenes de pérdida de entrada y retorno son ajustados.
Discordancia en números: pérdida de retorno, VSWR y síntomas visibles
La reflexión es predecible. Alimente una carga de 75 ohmios desde una fuente de 50 ohmios y el coeficiente de reflexión es 0,2, que es un VSWR de aproximadamente 1,5 a 1, una pérdida de retorno cercana a los 14 dB y aproximadamente el 4 por ciento de la potencia incidente reflejada. El cuatro por ciento parece inofensivo, y con un cable de conexión corto suele serlo. En una línea troncal de 300 m, o en una formación densa de canales, no lo es, porque la onda reflejada llega tarde y luego se suma o resta a la señal directa.
Los errores de impedancia tienden a anunciarse de varias maneras reconocibles:
- Débiles imágenes fantasma, timbres o un segundo borde en vídeo analógico
- Bandas, destellos o interrupciones intermitentes en canales digitales CATV e IPTV
- Una tasa de error creciente en la cabecera que ningún ajuste del amplificador soluciona
- Una alarma VSWR en un transmisor que prueba la limpieza en una carga ficticia
- Un eslabón que pasa una vez y falla cuando otro dispositivo se une a la cadena.
Los conectores de cincuenta y setenta y cinco ohmios de la misma familia no son intercambiables, incluso cuando parecen coincidir. Un BNC de 75 ohmios lleva un pin central más delgado que un BNC de 50 ohmios. Forzar el enchufe incorrecto extiende el contacto del enchufe o deja una junta floja, lo que acumula una falla mecánica encima de la eléctrica.
Impedancia coincidente con la instalación
La mayoría de los errores de impedancia ocurren en los puntos de transferencia y no dentro del cable. Primero establezca el requisito de la aplicación:
- Satélite IF y DTH: 75 ohmios de LNB a receptor, con conectores F. La energía CC para el LNB viaja por el mismo conductor central, por lo que tanto la resistencia del bucle como la impedancia pertenecen a la especificación.
- Distribución CATV, MATV e IPTV: 75 ohmios en todas partes. RG11 para caídas aéreas y troncales largas, RG6 para recorridos típicos de suscriptores, RG59 para tramos cortos detrás de equipos.
- CCTV: 75 ohmios en todo el par de video, incluidas las construcciones siamesas que transportan energía CC junto con el coaxial.
- Enlaces inalámbricos y RF: 50 ohmios en todas partes. RG58 para puentes cortos, RG213 o LMR400 donde un recorrido de alimentador más largo consumiría el presupuesto del enlace.
Cuando un sistema realmente tiene que cruzar entre dominios, como una radio de 50 ohmios que alimenta un sistema de antena de 75 ohmios, use una almohadilla o transformador correspondiente en lugar de un adaptador y espere. También vale la pena precisar la tolerancia de impedancia en esta etapa, porque un cable que se desvía varios ohmios del nominal se comporta como una pequeña discrepancia en cada unión a lo largo del recorrido.
CCTV y sistemas pequeños: dónde se esconden los errores de 75 ohmios
El trabajo de vigilancia pone a prueba la disciplina de impedancia con mayor dureza, porque los adaptadores de bajo costo y las marcas de cámaras mixtas se encuentran en el mismo gabinete. Un circuito de CCTV compuesto es de 75 ohmios desde la salida de la cámara, a través del coaxial, hasta la entrada de la grabadora, y un BNC suelto o un adaptador de 50 ohmios perdido afecta menos a un cable corto que a uno largo.
Las construcciones siamesas como KX6 con alimentación, RG59 con alimentación o RG6 con alimentación colocan un par de vídeo de 75 ohmios al lado de un par de alimentación de 18 o 20 AWG. Eso elimina una ejecución de energía separada, pero no cambia la regla: termine el coaxial con 75 ohmios en ambos extremos, con conectores BNC o F de 75 ohmios y sin partes de 50 ohmios en el medio.
Mantenga la ruta de vídeo de 75 ohmios de extremo a extremo: salida de la cámara, cable, conectores, panel de conexión y entrada de la grabadora. Cada adaptador de 50 ohmios insertado en esa cadena agrega un reflejo que la grabadora no puede deshacer.
Qué comprobar antes de comprar
La impedancia es la línea más fácil de verificar en una hoja de datos y la que más a menudo se toma como confianza. Solicite seis artículos a un proveedor antes de realizar un pedido de producción:
- Impedancia nominal y tolerancia. Un cable de vídeo de 75 ohmios con una tensión de más o menos 3 ohmios es normal; cualquier cosa más ancha que más o menos 5 ohmios merece preguntas.
- Datos de pérdida de retorno estructural o por barrido en toda la banda que realmente utilizará, ni en un solo punto de frecuencia.
- Velocidad de propagación, normalmente de 0,66 a 0,87 dependiendo de si el dieléctrico es sólido o espumado, lo que impulsa los cálculos de tiempo y longitud.
- Interfaz del conector. Confirme 75 ohmios F o BNC de 75 ohmios según sea necesario y rechace hardware mixto de 50 ohmios para sistemas de video.
- Estándares y evidencia de cumplimiento, como EN 50117 para cables CATV o equivalentes JIS y MIL, además de UL, ETL, CE, CPR, RoHS o REACH donde el proyecto los requiera.
- Consistencia a lo largo del tambor. El diámetro dieléctrico que establece la impedancia debe permanecer estable en toda su longitud, por lo que una prueba de muestra de ambos extremos de una entrega es una verificación razonable.
La impedancia se comporta como una cadena: 50 o 75 ohmios en cada unión, o una reflexión en cada unión. Haga coincidir el número con la aplicación, usando 75 ohmios para video, CATV, satélite y CCTV, y 50 ohmios para RF, conexión inalámbrica y trabajos de prueba, luego asegúrese de que los cables, conectores, adaptadores y puertos del equipo coincidan. Cuando un problema de señal sobrevive a cualquier otra explicación, mida con un reflectómetro en el dominio del tiempo antes de reemplazar otra cámara.
