compatibilidad electromagnética - cableado de señales

Universidad Nacional de Misiones

Ingeniería Electrónica

Mediciones Electrónicas e Instrumentación Industrial

Compatibilidad Electromagnética:

Cableado de Señales

Autores:

HOFF, Romina A.

KRUJOSKI, Matías G.

STATKIEVICZ, Elías J.

WASILEWSKI, Walter S.

Grupo Nº 1

Profesores Responsables:

Dr. Ing. Anocibar, Héctor R.

Ing. Olsson, Jorge A.

Sr. Zarratea, Diego

Oberá, Misiones

2014

MEeII FI - UNaM Cableado de Señales

HOFF – KRUJOSKI – STATKIEVICZ - WASILEWSKI Página 3 de 43

Índice

Índice ............................................................................................................................... 3

Introducción ..................................................................................................................... 4

Modelo del Cable Apantallado ......................................................................................... 4

Acoplamiento Capacitivo ............................................................................................. 4

Efecto del blindaje en el acoplamiento capacitivo .................................................... 7

Acoplamiento Inductivo .............................................................................................. 10

Cálculo de la inductancia mutua ............................................................................ 13

Efecto del apantallamiento en el acoplamiento magnético..................................... 14

Acoplamiento magnético entre la malla y conductor interior .................................. 15

Acoplamiento magnético a malla abierta................................................................ 18

Apantallamiento ............................................................................................................. 21

Apantallamiento para prevenir la Radiación Magnética ............................................. 21

Apantallamiento del receptor ante los efectos magnéticos ........................................ 24

Impedancia común de acople .................................................................................... 25

Datos experimentales ................................................................................................ 27

Ejemplo de apantallamiento selectivo ........................................................................ 29

Impedancia de transferencia del Apantallamiento ..................................................... 30

Comparación de Apantallamientos ............................................................................ 31

Malla Trenzada ...................................................................................................... 33

Malla en Espiral ...................................................................................................... 34

Terminación de Malla ................................................................................................ 36

Puesta a Tierra de la Malla ........................................................................................ 37

Cable tipo Cinta ............................................................................................................. 39

Longitud eléctrica .......................................................................................................... 41

Consideraciones finales ................................................................................................ 42



Introducción

En todo sistema electrónico de medición e instrumentación el cableado de las señales

de los transductores y sensores es un aspecto importantísimo; ya que según sea la

naturaleza del fenómeno medido el cable de la señal puede incorporar interferencias del

orden de la magnitud de interés, causando la destrucción o pérdida de la información.

En éste trabajo se presenta un resumen generalizado de los aspectos teóricos y prácticos

fundamentales a considerar en la etapa de diseño e implementación de sistemas de

medición cableada.

En primera instancia se realiza un modelado teórico del cableado, analizando aspectos

circuitales y su influencia en el comportamiento del sistema. Luego se profundiza en el

análisis de los aspectos constructivos y normativos para los diversos cableados

comerciales. Y finalmente, se listan un conjunto de consideraciones generales que se

sugieren realizar al momento de diseñar y construir un sistema de cableado.

Modelo del Cable Apantallado

A continuación se describen y analizan los modelos circuitales que permiten estudiar el

funcionamiento de los cableados.

Acoplamiento Capacitivo

Una simple representación de acoplamiento capacitivo entre dos conductores se muestra

en la Figura 1. La capacitancia C12 es la capacitancia parásita entre los conductores 1 y

2. La capacitancia C1G es la capacitancia entre el conductor 1 y tierra, C2G es la

capacitancia total entre el conductor 2 y tierra, y R es la resistencia del circuito de 2 a

tierra. La resistencia R resulta proveniente del circuito conectado al conductor 2 y éste

no es un componente parásito. La capacitancia C2G consiste tanto en la capacitancia

parásita de conductor 2 a tierra como el efecto de cualquier circuito conectado al

conductor 2.



Figura 1: Acoplamiento capacitivo entre dos conductores

𝑉𝑁 =𝑗𝜔 [

𝐶12

𝐶12 + 𝐶2𝐺]

𝑗𝜔 +1

𝑅(𝐶12 + 𝐶2𝐺)

1

La ecuación 1 no muestra claramente cómo la tensión de captación depende de los

distintos parámetros. Ésta ecuación se puede simplificar para el caso en el que R es una

impedancia inferior a la impedancia de la capacitancia parásita C12 más C2G. En casos

más prácticos, esto será verdad. Por lo tanto, para

𝑅 ≪1

𝑗𝜔(𝐶12 + 𝐶2𝐺)

La ecuación 1 puede ser reducida de la siguiente forma

𝑉𝑁 = 𝑗𝜔𝑅𝐶12𝑉1 2

Para el campo eléctrico (capacitivo) el acoplamiento puede ser modelado como un

generador de corriente, conectado entre el circuito receptor y tierra, con una magnitud

de 𝑗𝜔𝐶12𝑉1.

La ecuación es la ecuación más importante para describir el acoplamiento capacitivo

entre dos conductores, y muestra claramente cómo el voltaje de captación depende de

varios parámetros. Muestra que la tensión de ruido es directamente proporcional a la



frecuencia (𝜔 = 2𝜋𝑓) de la fuente de ruido, la resistencia R del circuito afectado a tierra,

la capacitancia mutua 𝐶12 entre los conductores 1 y 2, y la magnitud del voltaje V1.

Suponiendo que la tensión y la frecuencia de la fuente de ruido no se pueden cambiar,

esto deja sólo dos parámetros restantes para reducir el acoplamiento capacitivo. El

circuito receptor puede funcionar a un nivel de resistencia inferior, o la capacitancia

mutua 𝐶12 se puede disminuir. La capacitancia 𝐶12 puede ser disminuida con la

orientación adecuada de los conductores, mediante el blindaje, o separando físicamente

los conductores. Si los conductores se colocan más separados, 𝐶12 disminuye,

disminuyendo así la tensión inducida en el conductor 2. Se muestra el efecto del

espaciamiento conductor en el acoplamiento capacitivo en la Figura 2. Como referencia,

0 dB es el acoplamiento cuando los conductores están separados por tres veces el

diámetro del conductor. Como se puede observar en la figura, poca atenuación adicional

se gana espaciando los conductores una distancia mayor que 40 veces su diámetro.

Figura 2: Efecto de la separación conductor en el acoplamiento capacitivo.

Si la resistencia del conductor 2 a tierra es grande, de tal manera que

𝑅 ≫1

𝑗𝜔(𝐶12 + 𝐶2𝐺)

La ecuación 1 se reduce a

𝑉𝑁 = (𝐶12

𝐶12+𝐶2𝐺) 𝑉1 3

Bajo esta condición, la tensión de ruido producido entre el conductor 2 y tierra es el

resultado de el voltaje capacitivo dividido C12 y C2G .La tensión de ruido es independiente

de la frecuencia y es de una magnitud más grande que cuando R es pequeña.



En una gráfica de la ecuación 1 contra 𝜔 puede observarse que el máximo ruido de

acoplamiento viene dado por la ecuación 3. También se puede decir que la tensión de

ruido real es siempre menor o igual que el valor dado por la ecuación 2.

𝜔 =1

𝑅(𝐶12+𝐶2𝐺) 4

La ecuación 2 resulta en un valor de ruido que es 1,41 veces el valor real. En casi todos

los casos prácticos, la frecuencia es mucho menor que esta, y la ecuación 2 se aplica.

Figura 3: Respuesta en frecuencia

Efecto del blindaje en el acoplamiento capacitivo

En primer lugar, consideremos el caso de un conductor blindado ideal como se muestra

en la Figura 4. Un circuito equivalente del acoplamiento capacitivo también se muestra

en la figura. Este es un caso ideal por lo siguiente:

1. La malla encierra completamente conductor 2

2. El escudo es sólido, no hay agujeros en el escudo, como sería el caso de un

blindaje trenzado.

3. El escudo no se termina, y no hay ninguna impedancia de terminación en el

conductor 2.



Figura 4: El acoplamiento capacitivo con la pantalla colocado alrededor del conductor receptor.

La malla es un conductor sin blindaje expuesto al conductor 1, y porque no hay ninguna

terminación en la malla, tiene una alta impedancia de terminación. Por lo tanto la

ecuación 3 se puede utilizar para determinar el voltaje recogido por el escudo. La tensión

de ruido en el escudo será

𝑉𝑁 = (𝐶1𝑠

𝐶1𝑠+𝐶2𝑠) 𝑉1 5

Desde el circuito equivalente se muestra en la Figura 4 reconocemos, que para este

caso ideal, la única impedancia conectada al conductor 2 es la capacitancia C2S. Debido

a que no hay otras impedancias están conectados a conductor 2, ninguna corriente

puede fluir a través C2S. Como resultado, no puede haber una caída de tensión en C2S, y

el voltaje recogido por el conductor 2 será

𝑉𝑁 = 𝑉𝑆 6

La pantalla por lo tanto, no redujo la tensión de ruido captado por el conductor 2. Sin

embargo, si el escudo está conectado a tierra, el voltaje VS = 0, y de la ecuación 6, la

tensión de ruido VN en el conductor 2 es igualmente reducido a cero. Por lo tanto,

podemos concluir que el escudo no es eficaz si no está correctamente terminado (a

tierra). Como observaremos, en muchos casos, la terminación de la malla es más

importante que las características de la malla en sí.

En muchos casos prácticos, el conductor central se extiende más allá de la malla, y la

situación se convierte en la de la Figura 5. Allí, C12 es la capacitancia entre el conductor

1 y el conductor blindado 2, y C2G es la capacitancia entre el conductor 2 y tierra. Ambas



de estas capacitancias existen porque los extremos de conductor 2 se extienden más

allá de la malla y como resultado de cualquier agujero en la malla. Incluso si la malla está

conectado a tierra, ahora existe una tensión de ruido acoplado al conductor 2. Su

magnitud se expresa como sigue:

𝑉𝑁 = (𝐶12

𝐶12+𝐶2𝐺+𝐶2𝑆) 𝑉1 7

El valor de C12 y por lo tanto VN en la ecuación 7 depende principalmente de la longitud

del conductor 2 que se extiende más allá del escudo y en menor medida en todos los

agujeros presentes en la malla.

Para un buen apantallamiento del campo eléctrico es necesario; primero, minimizar la

longitud del conductor central que se extiende más allá del escudo; y segundo,

proporcionar una buena tierra en la malla.

Si además el conductor de recepción tiene una resistencia finita a tierra, la disposición

es la que se muestra en la 6. Si la malla está conectada a tierra, el circuito equivalente

se puede simplificar como se muestra en la figura. Cualquier capacitancia directamente

a través de la fuente puede ser olvidado, ya que no tiene ningún efecto sobre el

acoplamiento de ruido. El circuito equivalente simplificado puede ser reconocido como el

mismo circuito analizado en la Figura 1, a condición de C2G se sustituye por la suma de

C2G y C2S.

Figura 5: El acoplamiento capacitivo cuando conductor central se extiende más allá de la malla; pantalla puesta a tierra en un punto.



Figura 6: El acoplamiento capacitivo cuando el conductor del receptor tiene resistencia a tierra.

Por lo tanto si

𝑅 ≪1

𝑗𝜔(𝐶12 + 𝐶2𝐺 + 𝐶2𝑆)

Que normalmente es cierto, entonces la tensión de ruido acoplado al conductor 2 es

𝑉𝑁 = 𝑗𝜔𝑅𝐶12𝑉1 8

Esta es la misma que la ecuación 2, que es para un cable no apantallado, excepto que

C12 se reduce considerablemente por la presencia del escudo. La capacitancia C12 ahora

consiste principalmente en la capacitancia entre el conductor 1 y las porciones sin

blindaje de conductor 2. Si se trenza la malla, cualquier capacitancia que existe de

conductor 1 a 2 por los agujeros de la malla también se debe incluir en C12.

Acoplamiento Inductivo

Cuando la corriente I fluye a través de un conductor, se produce un flujo magnético ø,

que es proporcional a la corriente. La constante de proporcionalidad es la inductancia L;

por lo tanto, podemos escribir.



t L I 9

Y obtenemos para la autoinducción de un conductor como:

tLI

10

La inductancia depende de la geometría del circuito y las propiedades magnéticas de los

medios de comunicación que contienen el campo. Cuando la corriente circula en un

circuito, produce un flujo en un segundo circuito, entonces hay una inductancia mutua

(M12) entre los circuitos:

1212

1

MI

11

El voltaje VN inducido en un circuito cerrado de área A, como resultado de un campo

magnético de densidad de flujo B, se halla a partir de la ley de Faraday como:

N

t A

dV B d A

d 12

Donde B y A son vectores. Si el circuito es cerrado y la densidad de flujo es sinusoidal

Variable con el tiempo pero constante en la zona del bucle, tenemos que:

cos( )NV j BA 13

Como se muestra en la Figura 20, A es el área del circuito cerrado, B es la valor

cuadrático medio (rms) de la densidad de flujo sinusoidal variable con el tiempo, con

frecuencia ω y VN es el valor rms de la tensión inducida.

Figura 7: dependencia del ruido según el área del circuito perturbado



Figura 8: Acoplamiento magnético entre dos circuitos

Debido a que BAcos(θ) representa el flujo magnético total (ø12) acoplado al circuito

receptor, combinando ecuaciones para expresar la tensión inducida en términos de la

inductancia mutua M entre dos circuitos, se tiene:

11N

diV j MI M

dl 14

La ecuación anterior, es la ecuación básica que describe el acoplamiento inductivo entre

dos circuitos. La Figura 8 muestra el acoplamiento inductivo (magnético) entre dos

circuitos como lo describe la ecuación 14. I1 es la corriente en el circuito de interferencia,

y M es el término que representa la geometría y las propiedades magnéticas del medio

entre los dos circuitos. La presencia de ω indica que el acoplamiento es directamente

proporcional a la frecuencia. Para reducir la tensión de ruido, B, A, o cos(θ) deben ser

reducidos. El término B puede ser reducida por la separación física de los circuitos o por

torsión de los cables de la fuente, siempre y cuando la corriente circule a través del par

trenzado y no a través del plano de tierra. El área del circuito receptor se puede reducir

colocando el conductor más cerca del plano de tierra (si la corriente retorna a través del

plano de tierra), o mediante el uso de dos conductores trenzados juntos (si la corriente

de retorno está en uno de los pares en lugar del plano de tierra). El término cos(θ) se

puede reducir mediante la orientación adecuada de los circuitos de la fuente y del

receptor.

Algunas diferencias entre acoplamiento de campo magnético y eléctrico: Para el

acoplamiento de campo magnético, el voltaje de ruido se produce en serie con el

conductor receptor, mientras que para el acoplamiento de campo eléctrico, una corriente

de ruido se produce entre el conductor receptor y tierra. Estas diferencias se observan

en la siguiente figura:



Figura 9: Circuito equivalente para acoplamiento del: (A) campo eléctrico; (B) campo magnético.

Cálculo de la inductancia mutua

Antes de calcular la inductancia mutua, usando la ley de Biot-Savart, se puede escribir

la densidad de flujo magnético B a una distancia r de un largo conductor portador de

corriente como:

2

IB

r

15

Para r mayor que el radio del conductor, la densidad de flujo B es igual al flujo por unidad

de área. Por lo tanto, el campo magnético es directamente proporcional a la corriente e

inversamente proporcional a la distancia r. Se puede determinar la inductancia muta para

cualquier configuración arbitraria de conductores mediante el cálculo del flujo magnético

acoplado circuito que recorre la corriente en cada conductor y luego superponer todos

los resultados para obtener el acoplamiento de flujo total.

Suponiendo que los lados del rectángulo son mucho más largos que los extremos (es

decir, el acoplamiento aportado por los conductores de extremo se puede despreciar).

Los conductores 1 y 2 están llevando una corriente I1 que induce un voltaje VN en el

bucle formado por los conductores 3 y 4. Figura 10 es una vista en sección transversal

que muestra la separación entre los conductores. El flujo magnético producido por la

corriente en el conductor 1 que cruza el bucle entre los conductores 3 y 4 es:

1 112 ln

2 2

b b

a a

I I bBdr dr

r a

16

El conductor 2 también contribuye un flujo igual, a causa de la simetría de los

conductores. Este flujo es en la misma dirección que el flujo producido por la corriente

en el conductor 1. Por lo tanto, el flujo total acoplada al bucle formado por conductores 3

y 4 es el doble que la dada por:



12 1ln2

bI

a

17

Figura 10: (A) Bucles anidados coplanares; (B) vista en sección transversal de A.

Se tiene que:

74*10 lnb

Ma

18

Por lo que la tensión de acoplamiento resulta:

7 14*10 lnN

dibV

a dl

19

Efecto del apantallamiento en el acoplamiento magnético

Sobre el conductor 2, se coloca un escudo sin conexión a tierra y sin apantallamiento

magnético, así como lo indica la Figura 11, donde M1 es la inductancia mutua entre el

conductor 1 y el escudo. Debido a que el escudo no tiene ningún efecto sobre las

propiedades magnéticas de la geometría o el medio entre los circuitos 1 y 2, no tiene

ningún efecto sobre la tensión inducida en el conductor 2. El escudo, sin embargo, induce

una tensión debido a la corriente en el conductor 1:

S 1S 1V =j M I 20

Una conexión a tierra en un extremo de la pantalla no cambia la situación. De ello se

deduce, por tanto, que un escudo no magnético colocado alrededor de un conductor y



conectado a tierra en un extremo tiene ningún efecto sobre la tensión inducida

magnéticamente en dicho conductor.

Sin embargo, si el escudo está conectado a tierra en ambos extremos, la tensión inducida

en el escudo, M1S (en la Figura 11), hará que la corriente en el escudo fluya. El actual

escudo inducirá una segunda tensión de ruido en el conductor 2, y esto debe ser tenido

en cuenta. Antes se puede calcular esta tensión, la inductancia mutua entre un escudo

y su conductor central debe ser determinada.

Por esta razón, será necesario calcular el acoplamiento magnético entre un tubo hueco

conductor (el escudo) y cualquier conductor colocado en el interior del tubo.

Figura 11: Acoplamiento magnético cuando un escudo se coloca alrededor del conductor receptor.

Acoplamiento magnético entre la malla y conductor interior

En primer lugar, se debe considerar el campo magnético producido por un conductor

tubular que lleva una corriente axial uniforme, como se muestra en la Figura 12. Si el

orificio en el tubo es concéntrico con el exterior del tubo, no hay ningún campo magnético

en la cavidad, y el campo magnético total es externo al tubo.

Ahora, si un conductor se coloca dentro del tubo para formar un cable coaxial, como se

muestra en la Figura 13. Todo el flujo de la corriente está en el tubo protector que rodea

el conductor interno. La inductancia de la pantalla es igual a:

SL =sI

21



Figura 12: Campo magnético producido por la corriente en un conductor tubular

Figura 13: Cable coaxial

La inductancia mutua entre la malla y el conductor interior es igual a:

M=sI

22

Debido a que todo el flujo producido por la malla de corriente rodea al conductor central,

el flujo es el mismo. La inductancia mutua entre el blindaje y el conductor central es igual

a la auto-inductancia del escudo. Esto es muy importante

M= sL 23

La inductancia mutua entre la malla y el conductor central es igual a la inductancia del

escudo. La inversa también debe ser verdad. La validez de la ecuación 23 depende sólo

en el hecho de que no hay ningún campo magnético en la cavidad del tubo debido al

actual escudo. Los requisitos para que esto sea cierto es que el tubo sea cilíndrico y la

densidad de corriente sea uniforme alrededor de la circunferencia del tubo. Debido a que

no hay ningún campo magnético en el interior del tubo y es independientemente de la

posición del conductor dentro del tubo. En otras palabras, los dos conductores no tienen



que ser coaxial. Ecuación 23 también es aplicable al caso de múltiples conductores

dentro de un escudo, en cuyo caso a los que representará la inductancia mutua entre el

blindaje y cada conductor en el escudo.

El voltaje VN inducido en el conductor central debido a una corriente IS en la malla se

puede calcular. Supongamos que la corriente en la malla es producida por una tensión

VS inducida en la malla de algún otro circuito. La Figura 14 muestra el circuito

considerado; LS y RS son la inductancia y la resistencia del escudo. La tensión es igual a

VN

Figura 14: Circuito equivalente de conductor apantallado.

N SV j MI 24

/N s

s s

jV V

j R L

25

Figura 15: Tensión de ruido en el conductor central del cable coaxial a causa de la corriente de la pantalla.

La frecuencia de ruptura de esta curva se define como la frecuencia de corte de la

pantalla (ωc) y se produce a:

c/ o f2

sc s s

s

RR L

L

26



La tensión de ruido inducido en el conductor central es cero en corriente continua y

aumenta a casi VS a una frecuencia de 5RS/LS rad/s. Por lo tanto, si se permite que la

corriente en la malla fluya, se induce una tensión en el conductor central que casi es igual

a la tensión de la malla a frecuencias mayores de cinco veces la frecuencia de corte de

la malla.

Esta es una propiedad muy importante de un conductor dentro de una malla. Los valores

medidos de la frecuencia de corte de la malla y cinco veces esta frecuencia, se tabulan

en la Figura 16 para diversos cables. Para la mayoría de cables, cinco veces la

frecuencia de corte escudo se encuentra cerca del extremo superior de la banda de

audiofrecuencia. Los cables de papel de aluminio blindado enumerados, tiene una

frecuencia de corte mucho más alta que cualquier otra malla, causado por el aumento

de la resistencia de su delgada malla de papel de aluminio.

Figura 16: Los valores medidos de frecuencia de corte fc de la malla..

Acoplamiento magnético a malla abierta

La Figura 17 muestra los acoplamientos magnéticos que existen cuando un escudo no

magnético se coloca alrededor del conductor 2 y el escudo está conectado a tierra en

ambos extremos. En esta figura, el conductor de protección está mostrado separado del

conductor 2 para simplificar el dibujo. Debido a que el escudo está conectado a tierra en

ambos extremos, la corriente fluye en la malla e induce un voltaje en el conductor 2. Por

lo tanto, aquí hay dos componentes de la tensión inducida en el conductor 2. El voltaje

V2 de la inducción directa de conductor 1, y la tensión Vc de la corriente inducida en el

escudo. Tenga en cuenta que estos dos voltajes son de polaridad opuesta. Por tanto, la

tensión de ruido total inducida en el conductor 2 es:

2 12 1

/

/

s sN c

s s

R LV V V j M I

j R L

27



Figura 17: Acoplamiento magnético de un cable blindado con la pantalla puesta a tierra en ambos

extremos...

Si ω es pequeño y la tensión de ruido es el mismo que para el cable sin blindaje. Por lo

tanto, a bajas frecuencias, un escudo, incluso cuando está a tierra en ambos extremos,

no proporciona ningún apantallamiento del campo magnético. Si ω es grande, entonces

tenemos:

12 1s

N

s

RV M I

L 28

A bajas frecuencias, la captación de ruido en el cable blindado es el mismo que para un

cable sin blindaje. Sin embargo, a frecuencias superiores a la frecuencia de corte escudo,

el voltaje de captación deja de aumentar y se mantiene constante. La eficacia de blindaje

(que se muestra sombreado en la Figura 18) es por lo tanto igual a la diferencia entre la

línea para el cable no apantallado y para el cable blindado.

Se puede concluir que para minimizar la tensión de ruido acoplado al conductor 2, la

resistencia la malla RS deben reducirse al mínimo. Esto se produce debido a que es la

corriente inducida en la malla la que produce el campo magnético que anula un gran

porcentaje de la inducción directa en conductor 2.



Figura 18: Campo magnético junto con la tensión de ruido para un cable sin blindaje y blindado

(pantalla puesta a tierra en ambos extremos) frente a la frecuencia.

Debido a que RS reduce la corriente de la malla, esto disminuye la eficacia de blindaje

magnético.

Desde el diagrama central en la Figura 17, podemos inferir que RS representa no sólo la

resistencia del apantallamiento sino también toda la resistencia en el circuito, en el que

la corriente Is fluye. Por lo tanto, RS incluye no sólo la resistencia de la malla sino también

la resistencia de terminación de la pantalla y cualquier resistencia en el suelo. Para

obtener la máxima eficacia de apantallamiento, todas estas resistencias deben ser

minimizadas. Por lo tanto, en la práctica se recomienda la terminación de una malla con

una resistencia en lugar de directamente a tierra. Esto reducirá drásticamente el campo

magnético protector. La Figura 18 muestra la analogía de un circuito equivalente del

transformador para la configuración de la Figura 17. Como se puede observar que la

malla actúa como un cortocircuito en el secundario del transformador. Cualquier

resistencia (como la resistencia de la malla) en la espira cortocircuitada disminuirá su

eficacia en un cortocircuito en la tensión en el arrollamiento 2.

Figura 19: Analogía de acoplamiento de campo magnético para un cable blindado con un transformador,

cuando la malla está conectado a tierra en ambos extremos (MS2 es mucho mayor que M12 o M1S).



Apantallamiento

En forma general, el apantallamiento de un conductor se refiere al montaje de un

material, que habitualmente es conductor eléctrico pero carece de propiedades

magnéticas, con el objetivo de disminuir o impedir la interacción electromagnética entre

el conductor y su entorno.

A continuación se describen diversas secciones relacionadas con los aspectos

constructivos y funcionales de ésta forma de aislación.

Apantallamiento para prevenir la Radiación Magnética

En las inmediaciones de un conductor que es atravesado por una corriente eléctrica se

producen tanto un campo magnético como eléctrico; como el esquema presentado en la

Figura 20. Por ésta razón, para evitar que un cable de señal se convierta en una fuente

de ruido para los elementos y circuitos aledaños, habitualmente se recurre al apantallado;

es decir, la instalación de una envoltura o piel sobre el conductor, que debido a sus

propiedades eléctricas modifica los efectos producidos por el conductor principal.

Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Figura 20: Esquema de los campos en un conductor eléctrico

En la Figura 21 se exhibe como resulta el espacio circundante a un conductor por el que

circula una corriente eléctrica sí este se encuentra apantallado con un material conductor

eléctrico sin propiedades magnéticas que es puesto a tierra en un punto.



Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Pantalla

Figura 21: Conductor apantallado a tierra con un material no magnético

En la Figura 21 puede apreciarse que el campo eléctrico producido por el conductor

principal está confinando al espacio entre éste y la pantalla; sin embargo, el campo

magnético debido a la corriente eléctrica no sufre ningún efecto y por lo tanto es una

fuente de ruido. Para solventar ésta situación, se hace circular a través de la pantalla una

corriente eléctrica de igual magnitud y sentido opuesto a la principal; causando un campo

magnético de igual magnitud y sentido opuesto al del conductor principal. De ésta forma,

los campos magnéticos se anulan en el exterior de la pantalla, y así se anulan los efectos

interferentes de la señal transportada por el conductor principal; como puede apreciarse

en el esquema de la Figura 22.

Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Pantalla

Figura 22: Conductor apantallado con retorno de señal por tierra

El esquema de apantallamiento presentado equivale a la disposición física exhibida en

la Figura 23.a y al circuito eléctrico mostrado en la Figura 23.b.



a: Representación física b: Circuito equivalente

Figura 23: Esquema de conductor apantallado

En un esquema de cableado como el presentado en la Figura 23, la corriente de señal I1

es transportada a través del conductor. Para prevenir la radiación magnética de éste

cableado, la señal de retorno debe circular a través de la pantalla del conductor.

Analizando el circuito se puede escribir la ecuación 29 para determinar la corriente a

través de la pantalla.

0 = 𝐼𝑠(𝑗𝜔𝐿𝑠 + 𝑅𝑠) − 𝐼1(𝑗𝜔𝑀) 29

Dónde M es la inductancia mutua entre la pantalla y el conductor principal; como se vio

previamente corresponde a la inductancia Ls. Haciendo esta sustitución y reescribiendo

la expresión, se puede hallar la corriente a través de la pantalla, como en 30.

𝐼𝑠 = 𝐼1 (𝑗𝜔

𝑗𝜔 +𝑅𝑠

𝐿𝑠⁄

) = 𝐼1 (𝑗𝜔

𝑗𝜔 + 𝜔𝑐) 30

Como puede apreciarse en la ecuación previa, sí la frecuencia de la señal es muy

superior a la frecuencia de corte del conductor y su pantalla, la corriente a través de la

pantalla prácticamente iguala en magnitud a la corriente a través del conductor central;

haciendo mínima la radiación magnética del cable. Debido a la inductancia entre el

conductor central y la pantalla, un cable coaxial actúa como un rechazo en modo común,

y el apantallamiento provee un retorno de señal con inductancia menor que el plano de

tierra para altas frecuencias; sin embargo, a medida que disminuye la frecuencia de la

señal, se reduce el apantallamiento magnético en la medida que la corriente de retorno

fluye a través del plano de masa.

Para prevenir la radiación de campo magnético de un conductor el mismo debe ser

apantallado con puesta a tierra en ambos extremos. Esta configuración provee buena

aislación magnética, siempre que la frecuencia de operación sea considerablemente



superior a la frecuencia de corte definida por el conductor central y su pantalla; en general

se adopta el límite práctico de cinco veces superior. Es importante destacar que éste

efecto de apantallamiento magnético no se debe a las propiedades magnéticas del

material con que se construye la pantalla, sino a la cancelación de los efectos debido a

la circulación de corrientes de igual magnitud y en sentido opuesto.

En un esquema donde uno de los extremos del apantallamiento no es conectado a tierra,

toda la corriente de la señal deberá retornar a través de la pantalla; como se exhibe en

la Figura 24.

Figura 24: Conductor apantallado sin tierra terminal

El esquema de cableado presentado previamente es particularmente útil cuando la

frecuencia de operación está por debajo de la frecuencia de corte del apantallamiento;

para lograr la aislación de los efectos magnéticos.

Apantallamiento del receptor ante los efectos magnéticos

En general, la mejor técnica para proteger de la radiación magnética al receptor es

reducir el área del bucle de circuito que éste posee. Es decir, toda el área encerrada por

el bucle de circulación de corriente en el circuito receptor. Un aspecto muy importante es

el camino de retorno de la corriente; sí se utiliza una conexión apantallada, la reducción

de las interferencias magnéticas se obtiene por la cancelación de efectos descripta

previamente y por la reducción del área del cableado.

En un esquema de cableado donde el apantallamiento es puesto a tierra en ambos

extremos y la frecuencia de operación del circuito es al menos superior en cinco veces a

la frecuencia de corte del apantallamiento, toda la corriente de retorno circula a través

de la pantalla; con esto se logra la reducción del área total del bucle de corriente,

reduciéndose así los efectos magnéticos sobre el receptor. En cambio, sí se utiliza un



esquema con conexión a tierra en un solo extremo de la pantalla, el retorno de corriente

será a través del plano de tierra; esto produce un área enorme encerrada por el bucle de

corriente, y en consecuencia no habrá protección de los efectos magnéticos. Esto puede

apreciarse en la Figura 25.

a: Puesta a tierra en ambos extremos, bucle de

corriente de área reducida, buen apantallamiento b: Puesta a tierra en un solo extremo, bucle de

corriente de gran área, apantallamiento deficiente

Figura 25: Apantallado de efectos magnéticos en el receptor

El esquema de cableado presentado en la Figura 25.b no provee protección contra los

efectos magnéticos sí la frecuencia de operación no es al menos cinco veces superior a

la de corte; pero además, produce otros inconvenientes cuando no se cumple esta

condición. En primer lugar, debido a que el apantallamiento es uno de los conductores

del circuito eléctrico, cualquier corriente de ruido en el esquema, producirá una caída de

tensión debido a la resistencia del apantallamiento que será vista como tensión de ruido

en el receptor. Además, sí existe un diferencia de potencial entre los niveles de tierra en

ambos extremos del cableado; ésta aparecerá como una tensión de ruido en el receptor.

Impedancia común de acople

Cuando un cable coaxial es utilizado en bajas frecuencias, y el apantallamiento está

puesto a tierra en ambos extremos; sólo es posible una protección magnética limitada,

debido a la corriente inducida en la pantalla. Valiéndose del esquema presentado en la

Figura 26, se puede escribir la sumatoria de caídas de tensión en la malla, como lo

muestra la ecuación 31.



a: Representación física del esquema de cableado

con puesta a tierra en ambos extremos b: Circuito equivalente del esquema de cableado

con puesta a tierra en ambos extremos

Figura 26: Efectos de ruido por la corriente inducida en el apantallamiento de un cable

𝑉𝐼𝑁 = −𝑗𝜔𝑀𝐼𝑠 + 𝑗𝜔𝐿𝑠𝐼𝑠 + 𝑅𝑠𝐼𝑠 31

Teniendo en cuenta que la inductancia mutua entre el conductor principal y el

apantallamiento coincide con la auto inductancia; la expresión 31 se reduce a la 32.

𝑉𝐼𝑁 = 𝑅𝑠𝐼𝑠 32

Este análisis exhibe la impedancia común de acople; y demuestra las dos funciones que

cumple el apantallamiento del cable. Además de ser el retorno de señal, se convierte en

un transporte para la corriente de ruido. Este problema puede ser eliminado o minimizado

utilizando tres conductores para un cable; por ejemplo, con un esquema de par trenzado

apantallado. De ésta forma, los dos conductores del par trenzado transportan la señal,

en tanto que el apantallamiento sólo transporta el ruido inducido; así se desliga la doble

funcionalidad del apantallamiento.

Los inconvenientes de la impedancia común de acople suelen presentarse en los

sistemas de audio donde se utilizan conexiones desbalanceadas, que habitualmente

consisten en un conductor central y una apantallamiento terminado en una ficha de audio.

El problema puede ser minimizado al reducir la resistencia del apantallamiento o

utilizando conexiones balanceadas con cable de par trenzado apantallado.

En las aplicaciones donde sólo se pone a tierra uno de los extremos del apantallamiento,

las corrientes inducidas como ruido aún pueden circular a través de éste; debido al

acoplamiento por campo eléctrico que sufre el conductor. El apantallamiento actúa como

una antena, recogiendo la energía de las señales de RF; éste inconveniente

generalmente es conocido como Ruido de Corrientes Inducidas en el Apantallamiento

(SCIN, por sus siglas en inglés). Éste efecto no se produce en altas frecuencias de

operación, porque debido al efecto pelicular, un cable coaxial presente tres conductores

asilados. El primero, el conductor central; el segundo, la superficie interior del

apantallamiento; el tercero, la superficie exterior del apantallamiento. Por ésta razón, la



corriente de retorno de señal sólo fluye en la superficie interior del apantallamiento; en

tanto que la corriente inducida como ruido, fluye únicamente en la superficie exterior del

apantallamiento. De forma que, las dos corrientes no comparten una impedancia común

de acople; en consecuencia, no se produce un efecto interferente sobre el cableado.

Datos experimentales

Con el objetivo de comparar el desempeño de la aislación de campos magnéticos en

diversas formas constructivas de cables se han ensayado éstos según el esquema

presentado en la Figura 27.

Figura 27: Disposición de ensayo para cables apantallados

Para establecer una base de referencia de los ensayos, se utilizó el esquema de circuito

A; éste no posee apantallamiento magnético y se registró 0,8V sobre el resistor de 1MΩ;

de modo que se define dicha caída de tensión como 0 dB. En la Figura 28 se listan los

resultados de ensayo obtenidos para los diferentes esquemas de cableado apantallado.



Figura 28: Resultados de ensayo para cables apantallados

Obsérvese que, en general, el uso de un apantallamiento puesto a tierra en ambos

extremos, permite una atenuación aceptable para los ruidos. Además, puede apreciarse

que la utilización de un par trenzado apantallado logra mejores efectos de inmunidad

ante los ruidos magnéticos.

En la Figura 29 puede notarse la mejora en la atenuación de los ruidos que puede

lograrse con un esquema de puesta a tierra en un punto único.



Figura 29: Resultados de ensayo para cables

apantallados, puesta a tierra en un punto único

Comparando los resultados de ensayo entre el esquema de puesta a tierra de la pantalla

en los dos extremos y puesta a tierra en un único extremo, puede notarse, en general,

una mejoría notable en la atenuación de los ruidos de origen magnético.

Ejemplo de apantallamiento selectivo

Un bucle básico de antena con un apantallamiento diseñado en forma específica es

utilizado para realizar mediciones de campo magnético en los estudios de emisiones de

equipos de radio. En la Figura 30.a puede apreciarse un bucle básico de antena con



apantallamiento a tierra que impide que el campo eléctrico incida sobre la antena,

dejando únicamente la posibilidad de actuar al campo magnético.

a: Bucle básico de antena con

apantallamiento a tierra b: Bucle básico de antena con

apantallamiento no continuo a tierra

Figura 30: Apantallamiento selectivo para antena

Debido a la cualidad de conductor eléctrico que posee el apantallamiento de la antena,

las corrientes inducidas como ruido sobre éste pueden circular en toda su extensión,

causando efectos magnéticos que interfieren con el campo que se desea captar. Para

evitar éste inconveniente, se hace una interrupción en el circuito de la pantalla; así se

obtiene un apantallamiento no continuo que impide la circulación de corrientes en torno

a la antena, brindando a ésta la capacidad de percibir únicamente el campo magnético

objetivo, descartando todos los efectos de la componente eléctrica de la onda incidente;

esto se puede observar en la Figura 30.b.

Impedancia de transferencia del Apantallamiento

En 1934 Schelkunoff fue el primero en proponer este concepto como una forma de medir

la efectividad de un apantallamiento en un cable. La impedancia de transferencia es una

propiedad del apantallamiento que relaciona la tensión de circuito abierto por unidad de

longitud entre el conductor central y la pantalla, con la corriente a través de ésta última.

Toma la forma matemática presentada en la ecuación 33.

𝑍𝑇 =1

𝐼𝑠(

𝑑𝑉

𝑑𝑙) 33

Donde se obtiene la impedancia de transferencia en forma distribuida por unidad de

longitud; cuanto menor sea ésta impedancia, más efectivo será el apantallamiento del

conductor.



A bajas frecuencias, la impedancia de transferencia coincide en valor con la resistencia

de continua del apantallamiento. En tanto que, a altas frecuencias la impedancia de

transferencia para un apantallamiento tubular sólido disminuye debido al efecto pelicular

de la corriente en la superficie de la pantalla; de modo que, la efectividad del

apantallamiento aumenta.

Comparación de Apantallamientos

Primeramente se puede hacer una comparación entre los tipos más conocidos, el cable

coaxial y par trenzado. El par trenzado tenía una aplicación en el rango de frecuencia de

hasta 100kHz, por su simpleza y ventaja económica los fabricantes lograron una mejora,

ampliando el rango de frecuencia hasta los 10MHz, siendo posible su utilización en

aplicaciones con necesidad de alto rendimiento, como ser, cables de Ethernet y HDMI.

El par trenzado se caracteriza por tener una impedancia característica uniforme a lo largo

del cable, son más inmunes al ruido y producen menor radiación.

Las especificaciones de estos cables se definen por reglamentaciones, como ser la ANSI

/ TIA / EIA 568B-2.1, para el cable de Ethernet de categoría 5. En la se detallan las

frecuencias máximas de operación según la categoría estandarizada del par trenzado

sin apantallar (Unshielded Twisted Pair).

Tabla 1: Frecuencia máxima de operación para UTP

UTP FMx

Categoría 5 125 MHz



Por otro lado, el cable coaxial tiene una impedancia característica más uniforme, con

menos pérdidas, puede ser utilizado en aplicaciones desde una señal continua (DC)

hasta muy altas frecuencia en el caso de los VHF (Very High Frequency), o bien UHF

(Ultra High Frequency). En estos cables surge un inconveniente, ya que es un guía onda,

la malla de protección es parte de la conducción de la señal, y cunado en ella existe una

corriente de ruido muy grande, esta se suma y se introduce el ruido a la señal que pasa

por el cable. Para solucionar este inconveniente, existen los Triaxiales, que utilizan una

doble malla de apantallamiento, y con la exterior conectada a tierra para proteger a la

interior del ruido. Pero estos cables Triaxiales tienen la desventaja de ser de costo muy

elevado.



Entonces el cable coaxial se utiliza cuando se tienen señales de alta frecuencia, por

encima de 1MHz, es donde los coaxiales se comportan mejor, ya que se produce el

efecto pelicular, y se separa la corriente de ruido por fuera y la corriente de la señal por

dentro.

Frecuencia

Figura 31: Frecuencia de uso de los cables comparados, Línea sólida para los usos normales, y Línea de trazo para usos especiales.

También existe el par trenzado blindado, es decir con una malla exterior, estos cumplen

la misma función que un cable Triaxial, y son económicos y fáciles de usar. Donde la

corriente de la señal pasa por los conductores internos, y la de ruido por la malla exterior,

eliminando así la impedancia de acoplamiento común.

En los cables de par trenzado, aumenta la eficiencia a medida que aumenta el número

de torsiones por unidad de longitud. Pero en la terminación del cable, es mejor cuanto

más separado estén, es decir que no conviene mantener la torsión hasta la terminación.

Existen dos condiciones para que el par trenzado sea eficiente en la reducción del

acoplamiento de campo magnético: Primero, la señal debe fluir por igual y en direcciones

opuestas en los dos conductores. Y segundo, el número de torsión debe ser inferior a

una vigésima parte de una longitud de onda en las frecuencias de interés. Según éste

criterio, un giro por pulgada será efectiva hasta aproximadamente 500 MHz.

Tipos de Mallas:



Malla Trenzada

La ventaja de realizar la malla trenzada es que brinda mayor flexibilidad, durabilidad y

resistencia. Proporcionan una cobertura del 60% al 98%, y son menos eficaces que las

mallas de conductor sólido. Estas mallas proporcionan un reducido blindaje al campo

eléctrico, y aún menor blindaje al campo magnético, por razones de que la trenza

distorsiona la uniformidad de la corriente en la malla.

Cuanto mayor es la frecuencia, la eficiencia de esta malla disminuye, por los agujeros en

la misma, hay otras mallas que brindan mayor protección, pero su costo es mayor y

presentan menor flexibilidad. En la Figura 32 puede apreciarse el detalle constructivo de

una malla trenzada.

Figura 32: Malla Trenzada

En la Figura 33 se presenta la variación de la impedancia de transferencia de un cable

de malla trenzada como el de la Figura 32.



Frecuencia

Figura 33: Impedancia de Transferencia en función de la frecuencia

En la Figura 33, se puede observar una disminución de la impedancia de transferencia

en la frecuencia de 1MHz debido al efecto pelicular; a medida que se sigue aumentando

la frecuencia, toma protagonismo los agujeros de la trenza. Esta gráfica está hecha para

diferentes trenzas, con diferentes grados de blindaje; se concluye, que para que sea

eficiente, el blindaje debe ser mayor al 95%.

Una malla muy utilizada, es la combinación de una trenza y una malla sólida, constituida

por una lámina de papel de aluminio, brindando una protección de casi el 100%.

Malla en Espiral

Esta malla está compuesta por un cinturón de conductores (3 a 7 hilos) envueltos

alrededor del núcleo del cable. Se los utiliza por tres razones claves: menor costo de

fabricación, facilidad de terminación y mayor flexibilidad. En la Figura 34 se presenta un

esquema que detalla la construcción de éste tipo de apantallamiento.



Figura 34: Malla en Espiral

En esta malla, la corriente por la misma, se puede descomponer en dos, una circular y

una longitudinal, tomando el ángulo de inclinación del enmallado circular, como se

muestra en la Figura 35.

Figura 35: Descomposición de la corriente en la malla espiral

La corriente circular produce un campo magnético longitudinal, que tiene el efecto de

aumentar la inductancia de la malla. Es decir que este tipo de cable tiene la característica

de un coaxial normal, con inductancia adicional debido a la componente circular.

La malla trenzada, tiene el mismo efecto, y por ende tiene una malla espiral en un sentido,

y otro en sentido contrario, produciéndose una cancelación de las corrientes circulares y

evitando así el aumento de la inductancia.

La componente longitudinal, disminuye con el aumento de la frecuencia, mientras que la

componente circular aumenta con el incremento de la frecuencia. Como la eficacia del

apantallamiento de la malla se expresa en función de la impedancia de transferencia (en

este caso contiene dos términos, unos longitudinal y otro circular), para la malla espiral,

la impedancia de transferencia aumenta con la frecuencia por encima de



aproximadamente 100 kHz. Esta impedancia de alta frecuencia está en función del

ángulo Φ del espiral, cuanto mayor es este ángulo mayor será la impedancia de

transferencia y por ende menor será la eficacia del blindaje.

Estos cables con malla espiral, concluyendo, no deben ser utilizados en donde la

frecuencia sea mayor a los 100 kHz; es decir que, su uso es limitado.

En la Figura 36 se presenta una comparación entre las diferentes mallas y como varía

su impedancia de transferencia en función de la frecuencia.

Frecuencia [MHz]

Imp

edan

cia

de

Tran

sfer

enci

a [m

Ω/m

]

Papel de aluminio

Figura 36: Comparación de Mallas en función de la frecuencia

Terminación de Malla

Un tema importante a analizar son las terminaciones de las mallas, ya que solo se podrá

aprovechar su función si la terminación está bien hecha.

Una terminación para cable flexible hace que la corriente de malla sea concentrada en

un lado de la malla. Para una máxima protección, la malla debe ser terminada de manera

uniforme alrededor de su circunferencia, es decir que se debe asegurar una conexión en

360º, no solo entre el cable y el conector sino también entre el acoplamiento del conector.

Esto se puede lograr mediante el uso de conectores coaxiales tales como BNC (Figura

37), UHF, o de tipo N, así como también EMC de conector XLR (Figura 38).



Figura 37: Conector BNC para cable Coaxial

Figura 38: Terminal EMC tipo XLR

Puesta a Tierra de la Malla

Otra aspecto importante es la puesta a tierra de las terminaciones de las mallas, esto se

puede hacer tanto en un extremo como en el otro, o bien en ambos, todo depende de la

situación.

Cuando se trabaja en baja frecuencia, la importancia de proteger el cableado con mallas

es del ruido de 50/60Hz de la energía eléctrica de potencia. En este caso, donde la malla

no es utilizada como el retorno de la señal, se utiliza puesta a tierra solamente en uno

de los extremos. Suele ser conveniente poner a tierra del lado de la fuente, ya que esta

posee la referencia de la señal, en caso de tener una referencia flotante, se debe recurrir

a poner la tierra del lado del receptor o la carga.



En caso de conectar los dos extremos a tierra se debe tener cuidado de que la diferencia

de potencial entre las tierras no provoque una circulación de una corriente de ruido por

la malla.

En la Figura 39 se presenta algunos casos de puesta a tierra de la malla.

Figura 39: Puesta a tierra de la malla, en par trenzado y en coaxial

Para altas frecuencias, por encima de 100 kHz, o cuando la longitud del cable es superior

a una vigésima parte de una longitud de onda; en este caso aparece la capacitancia

parásita con la tierra. Por lo tanto, es una práctica común a alta frecuencia, y aún con

circuitos digitales, conectar a tierra la malla del cable en ambos extremos. Esto se aprecia

en la Figura 40.

Figura 40: Disposición de un cable a alta frecuencia.

A frecuencias por encima de 1 MHz, el efecto pelicular reduce la impedancia de

acoplamiento mutua de las corrientes de señal y del ruido que fluyen por la malla. Cabe

recordar que el mencionado efecto hace que la corriente de ruido fluya en la superficie

exterior de la malla y la corriente de la señal fluya en la superficie interior.

Sí bien el análisis se realizó en baja y alta frecuencia, hay señales compuesta por ambas,

por ejemplo, una señal de audio video. En estas situaciones, el circuito mostrado en la



Figura 40 puede tomar ventaja en la capacitancia parásita con un condensador real (del

orden de los 47nF), que forma una combinación o híbrido a tierra. A baja frecuencia,

existe una tierra de punto único porque la impedancia del condensador es grande. Sin

embargo, a alta frecuencia, el condensador se convierte en una baja impedancia, que

convierte el circuito al que está conectado a tierra en ambos extremos. Este condensador

real debe ser construido en el conector, como se puede ver en la Figura 41, un conector

con los capacitores de terminación.

Figura 41: Conector XLR con 10 capacitores SMD entre la malla y la conexión a tierra

Cable tipo Cinta

Este tipo de cables tienen dos ventajas principales; la primera de índole económica,

puesto que resulta relativamente barato construir terminales para éste tipo de cables, en

comparación con otros formatos de cables de múltiples conductores. La segunda

ventaja, muy importante en cuanto a la implementación práctica; es que los diferentes

conductores de un cable tipo cinta se mantienen en una posición y orientación

organizada y fija; en comparación con otros cables de múltiples conductores donde su

posición es aleatoria y puede variar durante el montaje o reparación del equipamiento.

El principal inconveniente asociado al uso de este tipo de cables está relacionado con la

asignación de las vías de señal con respecto a los cables de masa y las demás señales.

En la Figura 42 se exhibe una configuración donde un solo conductor es masa y todos

los demás son de señal. Esta disposición es conveniente por un aspecto económico, ya

que maximiza el aprovechamiento de la cinta; sin embargo, tiene asociado tres

inconvenientes fundamentales. En primer lugar, produce grandes áreas cubiertas por el



bucle de corriente de una señal y su retorno por masa; aumentando la susceptibilidad de

captar ruidos interferentes. En segundo lugar, es la impedancia común de acoplamiento

que surge entre los diferentes cables de señal cuando todos utilizan el mismo conductor

de masa. En tercer lugar, se encuentra la interferencia cruzada entre los diferentes hilos

de señal; debido a los acoplamientos capacitivos e inductivos que aparecen entre ellos.

Por estas razones, debe evitarse el uso de ésta configuración; y en caso de ser utilizada,

se sugiere disponer el conductor central como hilo de masa para minimizar las áreas de

los lazos de corriente.

Figura 42: Cable cinta con masa única

En la Figura 43 se exhibe una configuración mejor que la mostrada previamente. En éste

arreglo, el área encerrada por los bucles de señal se ve considerablemente reducido

debido a que cada conductor de señal posee una tierra de retorno inmediatamente al

lado. Además, debido al uso de tierras independientes de retorno, se elimina la

impedancia de acople y se reduce considerablemente la interferencia cruzada entre los

conductores de señal.

Figura 43: Cable cinta con masa independiente para cada señal

La configuración propuesta en la Figura 43 es la preferida para el uso de cables tipo

cinta, pero tiene la desventaja de requerir el doble de conductores como señales deben

ser transmitidas. En aplicaciones donde la interferencia cruzada es un inconveniente

importante pueden requerirse dos conductores de masa entre cada hilo de señal; con la

consecuente desventaja económica.

Una configuración que utiliza 25% menos conductores que la anterior y presenta un

desempeño apenas inferior es la presentada en la Figura 44; dónde dos conductores de

señal comparten una misma masa, con la consecuente impedancia de acople entre ellos;

aunque ofrece buen desempeño en muchas aplicaciones comunes y una reducción

considerable de los costos.

Figura 44: Cable cinta con masas compartidas entre dos señales



Comercialmente existen cables tipo cinta que incorporan un plano de masa en todo el

ancho de la cinta; como se muestra en la Figura 45. En éste tipo de cintas, el área de los

bucles de corriente queda determinado por el espacio entre cada conductor y el plano

de masa debajo de él; ya que ésta distancia en general es menor que la existente entre

cada conductor de la cinta, esta cinta presenta bucles de menor área que la distribución

exhibida en la Figura 43. Debido a los efectos peliculares descriptos previamente, el

retorno de cada señal será forzado a circular por debajo del conductor que la transporta;

sin embargo, esto genera complicaciones en la terminación de los cables, por lo que no

son utilizados con mucha frecuencia.

Figura 45: Cable cinta con plano de masa

Longitud eléctrica

El análisis presentado en este capítulo se ha asumido que los cables eran cortos en

comparación con una longitud de onda. Lo que esto significa en realidad es que toda la

corriente de los cables está en fase. Bajo estas circunstancias, la teoría predice que tanto

el acoplamiento del campo eléctrico como el magnético aumentan con la frecuencia

indefinidamente. En la práctica, sin embargo, el acoplamiento se nivela por encima de

cierta frecuencia.

Como cables se aproximan a un cuarto de longitud de onda de longitud, algunas de las

corrientes en el cable están fuera de fase. Cuando el cable es un medio de longitud de

onda larga, las corrientes de fuera de fase causarán el acoplamiento externo a ser cero

debido a la cancelación de los efectos. Esto no altera la dependencia del acoplamiento

sobre el de los demás parámetros del problema; sólo cambia el resultado numérico. Por

lo tanto, los parámetros que determinan el acoplamiento siguen siendo los mismos,

independientemente de la longitud de los cables.

La Figura 46 muestra el acoplamiento entre dos cables con y sin la suposición de que

los cables son cortos. Los resultados son casi exactos hasta el punto en que los efectos

de fase comienzan a ocurrir, alrededor de una décima parte de una longitud de onda. Sin

embargo los resultados de la aproximación de cable corto sigue siendo útil hasta

aproximadamente un cuarto de longitud de onda. Por encima de este punto, el

acoplamiento real disminuye debido a que la corriente está fuera de fase, mientras que



la aproximación de cable corto predice un aumento en el acoplamiento. Si el aumento de

acoplamiento predicho por la aproximación cable corto se trunca en un cuarto de longitud

de onda, proporciona una aproximación al acoplamiento real. Tenga en cuenta que los

nulos y los picos producidos por la eliminación gradual de las corrientes no se tienen en

cuenta en estas circunstancias.

Sin embargo, a menos que uno tiene la intención de tomar ventaja de estos valores nulos

y los picos en el diseño de equipos (algo peligroso de hacer) su ubicación no es

importante.

Figura 46: Acoplamiento de campo eléctrico entre los cables que utilizan la aproximación cable corto (línea discontinua) y el modelo de línea de transmisión (línea continua).

Consideraciones finales

A continuación se resumen las consideraciones de diseño que corresponde adoptar a la

hora de implementar un sistema de cableado; surgidas del análisis incluido en el presente

informe.

Acoplamiento de campo magnético se puede modelar mediante la inserción de un

generador de tensión de ruido en serie con el receptor.

Los campos eléctricos son mucho más fáciles de evitar que los campos

magnéticos.



La clave para reducir el acoplamiento magnético es disminuir el área de la espira.

Para evitar que la radiación del campo magnético, una pantalla puesta a tierra en ambos

extremos es útil por encima de las frecuencias de audio.

Cualquier pantalla en el que el flujo de las corrientes de ruido no debe ser parte

de la ruta de señal.

Debido al efecto pelicular, a altas frecuencias, un cable coaxial se comporta como

un cable triaxial.

La eficacia de blindaje de un par trenzado aumenta a medida que el número de

torsiones por unidad de longitud aumenta.

Para un cable con apantallamiento sólido, la eficacia de blindaje aumenta con la

frecuencia.

Para un cable trenzado-sobre-hoja o de doble trenzado, la eficacia de blindaje

comienza a disminuir por encima de aproximadamente 100 MHZ.

Para un cable de blindaje trenzado, la efectividad de blindaje comienza a disminuir

por encima de aproximadamente 10 MHz.

Para un cable de apantallamiento en espiral, la eficacia de blindaje comienza a

disminuir por encima de aproximadamente 100 kHz.

La mayoría de los problemas de blindaje del cable son causados por las

terminaciones inapropiadas de las pantallas; esto hace hincapié en la importancia

de terminar correctamente la malla mediante conectores diseñados a tal efecto.

A baja frecuencia, pantallas de los cables pueden estar conectados a tierra en un

solo extremo.

En alta frecuencia, pantallas de los cables deben estar conectados a tierra en

ambos extremos.

Terminaciones con pantallas híbridas pueden utilizarse eficazmente cuando están

involucradas las señales tanto de baja y alta frecuencia.

El principal problema con los cables planos se refiere a cómo los conductores

individuales son asignados entre las señales y las tierras.

compatibilidad electromagnética - cableado de señales

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