Cable cuádruple Star

En ingeniería eléctrica , el cable estrella-cuadrado es un cable eléctrico de cuatro conductores con una geometría cuadrupolar especial que proporciona inmunidad magnética cuando se utiliza en una línea balanceada . ^{[ 1 ]} Se utilizan cuatro conductores para transportar las dos ramas de la línea balanceada. Los cuatro conductores deben estar a la misma distancia de un punto común (generalmente el centro del cable). Los cuatro conductores se disponen en forma de estrella de cuatro puntas (formando un cuadrado ). Los extremos opuestos de la estrella se conectan entre sí en cada extremo del cable para formar cada rama del circuito balanceado.

Los cables de estrella cuádruple suelen utilizar elementos de relleno para mantener los centros de los conductores en una disposición simétrica de cuatro puntos alrededor del eje del cable. Todos los puntos de la estrella deben estar a distancias iguales del centro de la estrella. Cuando se conectan puntos opuestos, actúan como si fueran un solo conductor ubicado en el centro de la estrella. Esta configuración sitúa el centro geométrico de cada una de las dos ramas del circuito balanceado en el centro de la estrella. Ante un campo magnético , ambas ramas del circuito balanceado parecen estar en el centro exacto de la estrella. Esto significa que ambas ramas del circuito balanceado recibirán exactamente la misma interferencia del campo magnético y se producirá una señal de interferencia de modo común . Esta señal de interferencia de modo común será rechazada por el receptor balanceado .

La inmunidad magnética del cable estrella-cuadrado depende de la precisión de la geometría estrella-cuadrado, la precisión del balance de impedancia y la relación de rechazo de modo común del receptor balanceado. ^{[ 2 ]} El cable estrella-cuadrado suele proporcionar una reducción de 10  dB a 30  dB ^{[ 3 ]} en la interferencia inducida magnéticamente. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Cuando se utiliza un cable estrella-cuadrupolar para una línea balanceada simple , como en aplicaciones de audio profesional y telefonía de dos hilos , dos conductores no adyacentes se terminan juntos en ambos extremos del cable, y los otros dos conductores también se terminan juntos. La interferencia captada por el cable llega como una señal de modo común prácticamente perfecta, que se elimina fácilmente mediante un transformador de acoplamiento o un amplificador diferencial . Las ventajas combinadas del trenzado, la señalización diferencial y el patrón cuadrupolar proporcionan una excelente inmunidad al ruido, especialmente ventajosa para aplicaciones de bajo nivel de señal, como cables de micrófono largos, incluso cuando se instalan muy cerca de un cable de alimentación. Es particularmente beneficioso en comparación con el par trenzado cuando las fuentes de campo magnético de CA están muy cerca, por ejemplo, un cable de escenario que puede estar en contacto con un transformador de potencia en línea. ^{[ 7 ]}

La desventaja es que el cable de cuatro conductores en estrella, al combinar dos conductores, suele tener mayor capacitancia que un cable de audio trenzado y blindado de dos conductores similar. La alta capacitancia provoca una pérdida creciente de altas frecuencias a medida que aumenta la distancia. ^{[ 8 ] [ 9 ]} La pérdida de altas frecuencias se debe al filtro RC formado por la impedancia de salida del controlador del cable y la capacitancia del cable. En algunos casos, puede producirse un aumento de la distorsión en el controlador del cable si este tiene dificultades para manejar la mayor capacitancia del cable.

La capacitancia de un cable de cuatro conductores en configuración estrella cuádruple es aproximadamente igual a la de un cable estándar de dos conductores, pero aproximadamente 1,5  veces más largo. El aumento de capacitancia del cable en estrella cuádruple no suele ser un problema en tramos cortos, pero sí puede serlo en tramos largos. Por ejemplo, un cable en estrella cuádruple de 80  m (260  pies) tiene una capacitancia de 150  pF/m ^{[ 10 ]} , lo que resulta en una capacitancia total de 12  nF para toda la longitud del cable. Con una  impedancia de fuente de 600 ohmios, la respuesta en frecuencia de este circuito RC es de -3  dB a 19  kHz y de -0,02  dB a 5  kHz.

Si bien la discusión anterior se centra en evitar que el ruido entre (por ejemplo, en un cable de micrófono), la misma configuración de cuadrupolo estrella-cuadrado es útil para cables de altavoces de audio, ^{[ 11 ]} para cableado de energía eléctrica de fase dividida e incluso para líneas de transmisión estrella-cuadrado de cable abierto .

En estos casos, la función de la configuración en estrella cuádruple se invierte. La geometría en estrella cuádruple cancela parcialmente los campos magnéticos generados por los dos pares de conductores. Esta cancelación reduce las emisiones magnéticas del cable. Para que funcione correctamente, el cable debe cablearse de la misma manera que el cable de micrófono del ejemplo anterior. Los cables de lados opuestos de la estrella deben cortocircuitarse en cada extremo del cable. Esto significa que se requieren cuatro conductores para un circuito de dos hilos. Además, este esquema solo funciona si los dos pares de conductores transportan corrientes iguales y opuestas.

Si también se necesita un conductor de tierra, este debe añadirse de forma que no interfiera con la geometría del conjunto estrella-cuadrante. Asimismo, debe colocarse en una configuración geométrica que exponga el conductor de tierra a la misma interferencia de los cuatro conductores del conjunto estrella-cuadrante. La solución más común consiste en envolver el conjunto estrella-cuadrante con un conductor de tierra cilíndrico.

El cable estrella-cuádruple se puede usar para dos circuitos, como telefonía de cuatro hilos y otras aplicaciones de telecomunicaciones, pero no proporciona inmunidad magnética en esta aplicación. En esta configuración, cada par utiliza dos conductores no adyacentes. Debido a que los conductores siempre están a la misma distancia entre sí, la diafonía se reduce en comparación con los cables con dos pares trenzados separados . Cada conductor de un par percibe una capacitancia igual a la de ambos hilos del otro par. Esto cancela la diafonía capacitiva entre los dos pares. La geometría también cancela la interferencia magnética entre los dos pares.