Noções Básicas de identificação da qualidade de cabos coaxiais e pares trançados

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1 Noções Básicas de identificação da qualidade de cabos coaxiais e pares trançados Este tutorial apresenta noções básicas de identificação da qualidade de cabos coaxiais e pares trançados. Mauricio Matos Formado em Engenharia Elétrica pela UMC, ingressou na RFS em 1995 trabalhando na Divisão de vendas DCC. Atualmente atua no Depto de produtos dando suporte técnico a clientes da linha KMP dedicada a cabos coaxiais e pares trançados. mauricio.cortez@rfsworld.com Categoria: Infraestrutura para Telecomunicações Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 25/07/2005 1

2 Identificação de Qualidade: Introdução Este artigo se refere às características das linhas de transmissão voltadas ao mercado de telecomunicações, controle de processos industriais, automação predial e comercial, no que se refere a interligação dos vários equipamentos utilizados nestes sistemas e quais os parâmetros que devem ser observados na aquisição dos mesmos visando a compra de produtos de qualidade. Primeiramente iremos falar dos cabos de 75 e 50 ohms e as características construtivas dos mesmos. O termo cabo coaxial se refere a condutores de seção circular dispostos no mesmo eixo geométrico. São formados por um condutor interno geralmente de cobre nú ou aço cobreado uma isolação de polietileno sólido ou expandido uma blindagem sobre esta isolação, e finalmente a capa externa de polietileno ou PVC. Cabo RG 59. Nota: Os cabos coaxiais são conhecidos normalmente pela designação RG-#/U da MIL-HDBK-216, publicada em 1962 e hoje fora de uso. O cabos RG-58 e RG-8 têm uma impedância de 50 Ohms e os cabos RG-59 e RG-6 75 Ohms. 2

3 Identificação de Qualidade: Características de Cabos Coaxiais Apresenta-se a seguir as características principais de um cabo coaxial. Condutor Interno Quando formado por cobre nu deve ser composto por cobre eletrolítico, de alta pureza. Isto significa baixa resistência ohmica, o que é desejável dentro das dimensões para o qual o cabo é projetado. Quando formado por condutor central de aço cobreado a relevância se volta para o correto diâmetro do mesmo, pois quanto menor o diâmetro maior a resistência ôhmica do condutor. Isolação Tem função de isolação entre o condutor interno e externo, porém esta é uma visão simplificada do que acontece na transmissão de um sinal pois devemos lembrar que o "sinal" não é formado apenas pela corrente elétrica que ocorre devido a aplicação de um determinado nível de tensão nos condutores interno e externo, mas também pelo campo elétrico e magnético que se estabelece na isolação em função desta corrente e nível de tensão. Portanto este meio a qual chamamos simplesmente de isolação tem grande importância na qualificação de um cabo coaxial. Para que tenhamos certeza sobre a qualidade desta isolação devemos levar o material a laboratório e submetê-lo a testes apropriados para verificarmos suas características. Porém, muitas vezes uma simples inspeção visual do cabo que desejamos adquirir pode nos mostrar alguma coisa sobre a qualidade do mesmo, por exemplo: Condutor externo Na observação visual dos cabos com isolação de polietileno sólido não devemos encontrar impurezas de qualquer natureza, bolhas de gás, defeitos na forma geométrica que deve ser cilíndrica ou condutor central fora do centro geométrico da isolação. No caso do polietileno expandido ou celular, devido às suas características não conseguimos visualizar as impurezas internas caso existam, ou a homogeneidade na distribuição das células de gás características deste produto, porém as demais características citadas acima são válidas e podem ser observadas. O condutor externo dos cabos coaxiais tem função elétrica tanto na transmissão do sinal como também na blindagem do cabo. Ela não tem função apenas de isolação eletromagnética com o meio ambiente mas também tem função relevante na condução do sinal pois da mesma forma que no condutor interno, temos passagem de corrente elétrica nesta blindagem. Quanto mais fechada for, mais cobre foi utilizada em sua fabricação, menor será sua resistência ohmica e maior sua imunidade a ruídos, este aliás é um dos motivos pela qual não podemos dispensar a malha de cobre nos cabos que utilizam fita de poliéster aluminizada que apesar de aumentarem a blindagem do cabo tem resistência elétrica elevada. 3

4 Estas fitas recobrem completamente o cabo, são flexíveis, práticas e quando utilizadas com a malha de cobre formam um par de componentes excelentes no que diz respeito tanto na condução quanto na blindagem do sinal. É comum que o cobre da blindagem seja estanhado como do exemplo abaixo o que lhe dá uma aparência prateada, o estanho evita que o cobre entre em contato direto com o alumínio da fita e crie corrosão entre ambos sob a presença de umidade principalmente nas regiões mais expostas do cabo que são os pontos de conexão. Capa RGC 8 e Conjunto de Aterramento. A capa tem função de proteção do cabo e sua função é apenas isolar o meio de transmissão do ambiente externo. As capas mais comuns são formadas por PVCs ou polietileno. Também encontramos as linhas anti-chamas para estes dois produtos. Quando adquirimos um cabo coaxial devemos observar a espessura da capa que deve ser adequada para suportar possíveis trações e abrasões a qual o cabo estará sujeito durante um típico processo de instalação e é claro que cabos que economizam nesta característica podem ter esta proteção danificada e deixar os condutores metálicos internos expostos a ação do ambiente externo levando em primeiro momento a perda de qualidade do sinal e ao longo do tempo sua perda total. RGC6. 4

5 Identificação de Qualidade: Cabo Coaxial - Atenuação e Perda de Retorno Atenuação Uma analogia para ilustrarmos a atenuação seria aquela observada com fogos de artifício. Quando acesos se deslocam com um brilho intenso que vai diminuindo a medida que sua energia vai acabando, esta situação ilustra o sinal transmitido em um cabo real. Se estes fogos seguissem indefinidamente, com o mesmo brilho, até serem perdidos de vista teríamos a situação equivalente do cabo ideal, ou sem perdas independente de seu comprimento. O que ocorre, no entanto, é que em função dos materiais utilizados na construção de um cabo assim como de seu comprimento, parte deste sinal se perde de forma muito parecida de quando perdemos energia elétrica (que é paga a concessionária) nos fios aquecidos dos eletrodomésticos que utilizamos como chuveiros, aquecedores, secadores, geladeiras, aparelhos de ar condicionado, etc. Fisicamente a atenuação depende da freqüência do sinal e da construção do cabo, portanto a qualidade construtiva dos condutores são determinantes na redução deste fenômeno. A atenuação é apresentada nas especificações técnicas em gráficos ou tabelas em função da freqüência e estes dados serão utilizados pelos técnicos a fim de especificarem os cabos para suas instalações ou equipamentos dentro de valores admissíveis. Os valores geralmente aparecem em db/100m e quanto menor for este valor menos atenuação para o sinal teremos e mais eficiente o produto. Por exemplo, um cabo que apresente na freqüência de 500 Mhz 9,1 db/100m é melhor que outro que apresente 10,0 db/100m nesta mesma freqüência. Exemplo de tabela de Atenuação x Frequência Frequência (MHz) Atenuação (db/100m) 10 4,8 30 8, , , , , , , ,0 5

6 Perda de Retorno Como vimos, na fabricação de uma linha de transmissão o produto passa por vários processos industriais para construção das caracteristicas do cabo e cada uma destas etapas tem que ser acompanhadas por um controle de qualidade contínuo para assegurar que tanto as dimensões do produto quanto a pureza de seus componentes estejam dentro de certos parâmetros pré-estabelecidos. Estas ações quando bem executadas levam a um bom resultado daquilo que chamamos de perda de retorno do sinal. Este parâmetro, que só pode ser medido e analisado com equipamentos apropriados nos fornece indiretamento a qualidade construtiva ao longo de um trecho de um cabo. Como sabemos, a impedância seja ela de um coaxial ou não, é função da geometria do mesmo bem como dos componentes que são utilizados em sua construção, mas estes dois componentes não são perfeitamente constantes ao longo do cabo tendo pequenas variações construtivas cujas tolerâncias são pré estabelecidas pelos fabricantes. A perda de retorno está diretamente relacionada a estas variações de impedância para uma dada frequência provocando reflexões do sinal transmitido e gerando perda do sinal original que se dirige a carga. Este fenômeno existe em todos cabos de transmissão de sinal inclusive nos de transmissão de energia e não há como evitá-lo, contudo o que os fabricantes podem fazer é através do aprimoramento de seu processo industrial manter a perda de retorno resultante dos processos industriais dentro de certos limites. Como exemplo, podemos dizer que atualmente uma perda de retorno em torno de 20 (db) para cabos coaxiais de 50 e 75 ohms com blindagem em malha identifica um bom produto para a maioria das aplicaçoes atuais situadas na faixa de frequência de até 2,5 Ghz. Abaixo podemos ver o resultado de um teste de perdade retorno de um cabo de 75 ohms na faixa de frequência de 50 Mhz até 1,0 Ghz. Os ponto de 1 a 5 correspondem a perda de retorno nas frequencias escolhidas, estes dados podem ser solicitados pelo cliente ou apenas seguirem um procedimento padrão de controle de qualidade do produto testado. A referência a esquerda marcada por um pequeno ponto corresponde ao ponto zero. No exemplo, quando descemos uma divisão aumentamos em 10 (dbs) o valor a ser medido e quanto maior este valor melhor o desempenho do cabo na frequência específica. Neste caso temos que: Melhor desempenho: 28,151 (db) em 359,224 Mhz. Resultado do teste de perda de retorno de um cabo Coaxial 6

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8 Identificação de Qualidade: Cabos de pares trançados Os cabos metálicos de pares trançados ou com condutores encordoados tem várias aplicações sejam elas no controle de processos industriais, automação comercial, sistemas de segurança, equipamentos de som, vídeo e informática. São encontradas, por exemplo, nas câmeras de segurança para controle de movimento, foco e zoom, cancelas e catracas eletrônicas, nos mais diversos tipos de sensores utilizados no comercio e indústria (sensores de pressão, temperatura, vazão, peso, volume, etc.), nas redes de dados comerciais, industriais e de comunicação. Como as aplicações destes cabos são extremamente amplas cada produto deve ter características construtivas próprias em função de sua utilização, contudo podemos dizer que as qualidades desejáveis nos cabos coaxiais descritas acima, como baixa resistência ôhmica dos condutores internos e da blindagem (se houver) e qualidade nos elementos de isolação e capa são características que devem ser observadas na aquisição uma vez que o mesmo produto pode ser utilizado em ambientes totalmente distintos, ou seja, um cabo utilizado na câmera de uma loja de departamentos não estará sujeito às mesmas condições ambientais se este mesmo cabo for utilizado em um ambiente industrial. O fabricante tem que estar atento a este fato e expor em suas especificações técnicas ou através de seu serviço de suporte ao cliente em que condições seus produtos podem ser utilizados visando a qualidade e durabilidade da instalação. Uma característica construtiva importante que diferencia um cabo de par trançado de um coaxial é com relação a sua blindagem. Vimos que a blindagem de um coaxial também exerce a função de condutor do sinal a ser transmitido, porém no caso dos pares trançados temos dois condutores que exercem esta função ficando a blindagem geralmente, apenas com a função de proteger o sinal interno de eventuais interferências eletromagnéticas externas, o que pode distorcer o sinal transmitido. 8

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10 Identificação de Qualdiade: Conectores Podemos pensar que os conectores têm pouca importância no desempenho de uma linha de transmissão, contudo a prática pode demonstrar que este raciocínio está errado. O conector é a interface entre o cabo e o equipamento a qual será ligado, podemos visualizá-lo como uma extensão do próprio cabo e se lembrarmos que são as variações dimensionais e na composição dos produtos que geram atenuação e reflexões do sinal, medidas pela "perda de retorno", não é difícil imaginarmos que tanto o conector tem que ser fabricado de tal forma a minimizar estes efeitos como também devemos observar a qualidade da conexão pois não adianta nada comprarmos um produto de qualidade e não termos a habilidade necessária que a montagem deste conector exige. Particularmente para cabos coaxiais, os conectores, com corpo de latão, condutor interno de cobre berílio, contatos elétricos banhados em ouro ou prata, que são duráveis e resistentes a corrosão, possuem características de baixa perda do sinal transmitido e devem ser sempre a primeira opção na hora da aquisição pois geralmente o custo de dois conectores de boa qualidade são irrelevantes quando comparados ao custo do cabo e do equipamento a qual estarão ligados. Conector tipo N-Fêmea Conector tipo N-macho 10

11 Identificação de Qualidade: Teste seu Entendimento 1. A procedência das matérias primas utilizadas na fabricação de um cabo atestam sua qualidade? Sim, pois deles é que dependem a qualidade do produto acabado. Nem tanto. Processos industriais modernos e qualificados são capazes de suprimir matérias primas, pouco qualificadas e de baixo custo favorecendo o consumidor. Não, a qualidade dos produtos utilizados devem vir acompanhados de qualificação industrial e profissional, pois o conjunto destes fatores é que determinarão a qualidade do produto acabado. Todas estão corretas 2. Quais as pistas para identificarmos um bom produto na hora da compra. Regularidade na formação da capa externa do cabo, condutor central no centro da isolação, blindagem homogênea e sem pontos de corrosão. Ano de fabricação, garantia do fabricante e homologação na Anatel descrita na capa caso o produto deva ser certificado. Avaliação do fabricante no mercado, compra em revenda especializada e reconhecidamente idônea. Todas estão corretas. 3. Baseado no que foi citado nesta matéria, qual dos ítens abaixo identificam os cuidados básicos que devemos ter durante a instalação de um cabo qualquer: Evitar expor o cabo ao sol e umidade. Evitar emendas, ficar atento aos raios mínimos de curvatura determinados pelo fabricante, não tracionar ou comprimir excessivamente o cabo e não danificar a capa externa. Consultar a especificação técnica do produto. Nenhuma delas é necessária, pois os fabricantes prevem todas as condições de uma instalação e projetam seus produtos para suportá-las. 4. Atenuação e Perda de retorno (RL. de um cabo instalado depende dos seguintes fatores: Materiais utilizados em sua fabricação e processo industrial Alternativa "a" mais freqüência do sinal, qualidade da conexão e instalação. Alternativa "b" mais ambiente externo. NDA 11