Nota de Aplicación. Oscar Branje

Transcripción

1 Agilent N9330B/N9912A Analizador de Cables & Antenas Nota de Aplicación Oscar Branje

2 COMPRENDIENDO EL ANALISIS DE LOS SISTEMA DE CABLES Y ANTENAS Introducción: El sistema de cables y antenas tiene un rol fundamental en la performance general de los sistemas en una Estación Base (BTS: Base Transceiver Station). Degradaciones y fallas en el sistema de antenas pueden causar problemas en la calidad de voz o provocar que las llamadas se caigan. Desde el punto de vista del operador, esto eventualmente puede resultar en pérdidas de ingreso. Mientras que una BTS con problemas puede ser reemplazada, el sistema de cables y antenas no es fácil de reemplazar. Es tarea del técnico de campo solucionar estos problemas y garantizar que la salud general del sistema de comunicaciones esté funcionando como se espera. Los técnicos de campo hoy dependen de analizadores de cables y antenas que sean portables para analizar, detectar problemas, caracterizar y mantener el sistema. El propósito de este documento es cubrir los fundamentos de las principales mediciones en un analizador de cables y antenas como son; Reflectometria en el Dominio de la Frecuencia (FRD) Pérdida de Retorno (Return Loss) Relación Onda Estacionaria - ROE (VSWR) Pérdida del Cable (Cable Loss) Distancia a la Falla (DTF) Reflectometria en el Dominio de la Frecuencia (FDR) La mayoría de los analizadores utilizados hoy en día para caracterizar los sistemas de antenas usan la tecnología FDR. Esta tecnología usa frecuencias de RF para analizar los datos, proporcionando la capacidad de localizar cambios y degradaciones en la frecuencia de operación. Analizar los datos en el dominio de la frecuencia le permite al usuario encontrar pequeñas degradaciones o cambios en el sistema y por lo tanto, se pueden prevenir fallas severas en el sistema. Otro gran beneficio de analizar el sistema usando barridos de RF es que las antenas se prueban en su correcta frecuencia de operación. Fidel Oteiza #1921 Oficina 1106, Providencia, Santiago Fono: (2) Fax: (2)

3 Pérdida de Retorno / ROE (Return loss / VSWR) Las mediciones de pérdida de retorno y de ROE son claves para cualquier técnico que efectúe mediciones de cables y antenas en terreno. Estas mediciones muestran la adaptación del sistema y si se ajusta a las especificaciones de ingeniería. Si se presentan problemas durante estas pruebas, existe una probabilidad muy alta de que el sistema tenga problemas que afectaran al usuario final. Una antena mal adaptada reflejará parte de la energía de RF, la cual no estará disponible para su transmisión y en su lugar terminará en el transmisor. La energía extra que es devuelta al transmisor, que no solo distorsionara la señal, sino que también afectará la eficiencia de la potencia transmitida y su correspondiente área de cobertura. Por ejemplo, una medición de pérdida de retorno de 20dB es considerada muy eficiente, ya que solamente 1% de la potencia es reflejada y el 99% de la potencia es transmitida. Si la pérdida de retorno es 10dB, 10% de la potencia es reflejada. Si bien, diferentes sistemas tienen diferentes límites de aceptación para la pérdida de retorno, un valor mayor o igual a 15dB es un límite común para un sistema de cable y antenas. La pérdida de retorno y el ROE, ambos muestran la adaptación del sistema, pero lo muestran de manera distinta. La pérdida de retorno muestra la relación de potencia reflejada respecto a la potencia de referencia en db, con escala logarítmica, permitiendo comparar fácilmente números pequeños con números grandes. La escala de pérdida de retorno es normalmente configurada desde 0 hasta 60dB, con 0 db siendo un circuito abierto o en corto, y 60 db estaría cerca de una adaptación perfecta del sistema. Por el contrario a la perdida de retorno, ROE muestra la adaptación del sistema con escala lineal. El ROE mide la relación entre los voltajes peak y los voltajes valles. Si la adaptación no es perfecta, los picos y valles de la señal reflejada no se alinearán perfectamente con la señal transmitida y mientras mayor sea este número peor es la adaptación. Una adaptación ideal o perfecta en términos del ROE sería 1:1. Una adaptación más realística en un sistema de cable y antenas esta en el orden de 1.43 (15 db). Los fabricantes de antenas generalmente especifican la adaptación en VSWR (ROE). Pérdida del Cable (Cable Loss): A medida que la señal viaja a través de la vía de transmisión, parte de la energía será disipada en el cable y en los componentes. La medición de pérdida del cable es generalmente realizada en la fase de instalación para garantizar que esta pérdida se encuentra dentro de las especificaciones del fabricante. La medición puede ser realizada con un analizador de redes vectoriales/escalares o con un power meter. La pérdida del cable puede ser medida utilizando la medición de Pérdida de Retorno disponible en el analizador de cable y antenas. Al crear un cortocircuito en el extremo lejano del cable, toda la señal transmitida es reflejada y la energía perdida del cable puede ser calculada. Fidel Oteiza #1921 Oficina 1106, Providencia, Santiago Fono: (2) Fax: (2)

4 La mayoríaa de los analizadores de cable y antenas están equipados con el modo de pérdida del cable, el cual muestra la pérdida promedio en el rango de frecuencias seleccionado. Si aumentamos frecuencia de RF y la longitud del cable, aumenta la (atenuación). Cables de un diámetro mayor tienen menor perdida de inserción. pérdida de inserciónn Efectos de la Pérdida del Cable en la Pérdida de Retorno La pérdida de inserción del cable debe ser tomada en consideración cuando se realizan mediciones de pérdida de retorno. La imagen ilustra cómo la pérdida del cable cambia la percepción en la performance de la antena. La antena por si sola tiene una pérdida de retorno de 15 db, pero los 5 db de pérdida de inserción en el cable mejoran la percepción de la pérdida de retorno en 10 db (5 db x 2). Un sistema con una pérdida de retorno muy buena no necesariamente es el resultado de una excelente antena; podría ser un cable defectuoso con mucha pérdida de inserción y una antena fuera de especificación. Esto daría como resultado una caída de señal mayor a la esperada y una vez que la señal lleguee a la antena, gran parte de la señal transmitida hacia la antena será reflejada debido a que la adaptación es peor a la esperada. El resultado final es que la señal transmitida es menor a la requerida y por ende, el área de cobertura general se ve afectada. En otras palabras, si la pérdida de retorno de su sistema es demasiado buena, no siempre es algo bueno. Fidel Oteiza #1921 Oficina 1106, Providencia, Santiago Fono: (2) Fax: (2) cl

5 Distance To Fault (DTF) Las mediciones de Return Loss / VSWR caracterizan la performance de sistema en general. Si una de estas mediciones está fallando, la medición de DTF puede ser usada para solucionar el problema del sistema y localizar la ubicación exacta de una falla. Es importante entender que la medición DTF es una herramienta estrictamente para solucionar problemas y para monitorear cambios en el tiempo con el propósito principal de localizar fallas y medir la longitud del cable. La medición de DTF se basa en la misma información que la medición de pérdida de retorno y pérdida del cable. Esta medición hace un barrido del cable en el dominio de la frecuencia y luego con la ayuda de la Transformada de Fourier Inversa (IFFT), la data puede ser convertida del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo. El material dieléctrico del cable afecta la velocidad de propagación (Vp), lo cual afecta la velocidad de la señal que viaja a través del cable. La precisión del valor de la velocidad de propagación determinará la precisión de la ubicación de la discontinuidad. Un error del ±5 en el valor de la velocidad de propagación afectará la precisión de la distancia, por lo tanto el extremo lejano del cable (por ejemplo; 40 metros) podría mostrar una distancia entre 38 y 42 metros. Incluso si la velocidad de propagación es copiada del catalogo del fabricante, todavía podrían existir algunas discrepancias entre el valor interpretado y la distancia real. Esto es el resultado de agregar todos los componentes del sistema. Muchas BTS pueden incluir una línea de alimentación principal, jumpers, adaptadores, etc. Muchos de los instrumentos de medición de hoy en día tienen incorporado tablas que incluyen valores pre-definidos (velocidad de propagación y pérdidas de inserción) para diferentes frecuencias en los cables más utilizados. Esto simplifica enormemente la tarea del técnico en terreno ya que puede localizar el tipo de cable que va a medir y obtener la correcta velocidad de propagación y la pérdida del cable. Conclusión Los sistemas de cable y antenas juegan un rol fundamental en la performance general de una BTS. Pequeños cambios en el sistema de antenas pueden afectar la señal, el área de cobertura y eventualmente causar la caída de llamadas. Utilizar un analizador de cables y antenas portátil para caracterizar los sistemas de comunicaciones puede simplificar la mantención y mejorar significativamente la performance general. Las mediciones de pérdida de retorno / ROE son usadas para caracterizar el sistema. Si la adaptación esta fuera de la especificación del sistema (límites), la medición de DTF puede ser usada para solucionar problemas, localizar fallas y monitorear cambios a través del tiempo. Fidel Oteiza #1921 Oficina 1106, Providencia, Santiago Fono: (2) Fax: (2)

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