Circuitos RF, Componentes eletrônicos, Magnetismo, Telecomunicações

Cabo coaxial: como funciona?

Como funciona o cabo coaxial e por quê é tão utilizado na transmissão de sinais em telecomunicações? É o assunto deste post.

Estrutura do cabo coaxial

O condutor central geralmente é feito de cobre e transmite os dados de alta frequência. A malha metálica é a blindagem, normalmente feita de cobre ou alumínio, cuja função é proteger o condutor central de interferência eletromagnética (EMI) e também transmite sinais. Entre a malha e o condutor central, fica o isolador, um dielétrico de plástico para evitar curto-circuito. Os cabos coaxiais tambêm possuem uma folha de alumínio entre o isolador e a blindagem, para aumentar a proteção contra EMI. Finalmente, a capa de PVC que protege o cabo.

cabo coaxial
O núcleo também pode conter vários fios entrelaçados com um fio de aço no centro. Fonte: Bolton Technical.

Como funciona?

Ao receberem corrente, tanto o condutor central quanto a malha geram campos magnéticos. Estes campos são calculados usando a Lei circuital de Ampère. Para entender esta lei, é necessário saber matemática avançada.

campos dentro do cabo coaxial
I é a corrente. E é o campo elétrico gerado pela diferença de potencial entre os condutores interno (Inner) e externo (Outer), formando uma capacitância. H é o campo magnético produzido pela corrente no condutor. S é o vetor de Poynting. Fonte: Wikimedia.
sentido do campo magnético
Convenção de sentidos de qualquer campo ou vetor. Você pode pensar como uma flecha em sua direção (ponto) e uma flecha se distanciando (o ‘x’ como a parte de trás). Fonte: Coisas da física.

Aplicando a Lei de Ampère, o campo magnético fora do cabo coaxial é zero. O que é o vetor de Poynting? É o vetor \vec{S}, que descreve a taxa de transmissão de energia por unidade de área, causado por uma onda eletromagnética. É calculado com a equação abaixo.

\vec{S}=\frac{1}{\mu _{o}}\vec{E}\times \vec{B}

  • \mu _{o} é a permeabilidade magnética no vácuo, cujo valor é 1,26\cdot 10^{-6}H/m.
  • \vec{B} é o vetor da densidade de fluxo magnético.

Além da proteção contra curto-circuito, o isolador mantém constante a distância entre os condutores, evitando a distorção do campo magnético no interior.

Vantagens e desvantagens do cabo coaxial

As vantagens de usar o cabo coaxial sobre outras linhas de transmissão:

  • Pode transmitir longas distâncias com perdas mínimas.
  • Maior durabilidade do que fios comuns e de par trançado.
  • Por não haver campo magnético externo, não causa interferência em aparelhos eletrônicos sensíveis.
  • Pode ser usado em aplicações de banda de frequência larga, como vídeo de alta definição.
  • Mais barato que fibra ótica.

Porém, as desvantagens são:

  • Uma falha no cabo pode comprometer toda a rede.
  • Para instalação a longas distâncias, se torna mais caro do que o cabo de par trançado, devido à espessura e à rigidez.
  • Rede sujeita a congestionamentos.
  • Segurança: o cabo pode ser quebrado para colocar um divisor ou junta T.
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