caracterización de componentes y equipos de radiofrecuencias para la industria de telecomunicaciones

Transcripción

1 Aplicación de lo parámetro de diperión en la caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia para la indutria de telecomunicacione Suana adilla Laboratorio de Analizadore de Rede padilla@cenam.mx Irael García Coordinador Científico del Grupo de Alta Frecuencia igarcia@cenam.mx Centro Nacional de Metrología, CENAM NOTA 1. Ete trabajo ha ido dearrollado con recuro del gobierno federal de México. Sólo e permite u reproducción in fine de lucro y haciendo referencia a la fuente. NOTA 2. En ete documento pueden aparecer marca comerciale únicamente con fine didáctico y a fin de lograr un entendimiento claro de la técnica y proceo decrito. En ningún cao eta identificación implica recomendación o aval del CENAM o de alguna otra intitución del gobierno federal de México, ni tampoco implica que lo equipo o materiale identificado ean neceariamente lo mejore para el propóito para el que on uado. El CENAM y la demá intitucione no tienen compromio con ninguna marca comercial en particular.

2 Contenido 1. Introducción 2. Componente de un puerto. 3. Aplicación del coeficiente de reflexión. 4. Componente de do puerto. 5. Aplicación de lo parámetro de diperión. 6. Neceidad de caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia. 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia utilizando el Analizador Vectorial de Rede. 8. Concluione.

3 1. Introducción Lo parámetro de diperión on fundamentale para: Generador Γ G Red de do-puerto Γ L Antena Etapa de dieño Etapa de operación: funcionalidad/falla d/f ll

4 1. Introducción Lo parámetro de diperión on fundamentale para: Medir propiedade p eléctrica de componente y equipo que operan en radiofrecuencia

5 1. Introducción Lo parámetro de diperión etán aociado a relacione de amplitud de onda, en medicione en entido directo y en medicione en entido invero, a la entrada y alida de una red. Medicione en entido directo Incidente Tranmitida a 1 b 2 Red de 11 do-puerto b Z 1 0 Reflejada a 2 =0 11 = b 1 a 1 a = Coeficiente de reflexión de entrada = b 2 a 1 a = Coeficiente de tranmiión directo

6 1. Introducción Medicione en entido invero b 1 Z 0 12 a 1 = 0 Tranmitida Red de do-puerto Reflejada b 2 22 a 2 Incidente Coeficiente de reflexión de alida 22 b = Comúnmente la rede on: 2 a 2 a = 0 1 Coeficiente de tranmiión invero 12 = b 1 a 2 a = 0 1 Componente un-puerto Componente do-puerto Componente tre-puertot Componente cuatro-puerto t

7 Contenido 1. Introducción 2. Componente de un puerto. 3. Aplicación del coeficiente de reflexión. 4. Componente de do puerto. 5. Aplicación de lo parámetro de diperión. 6. Neceidad de caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia. 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia utilizando el Analizador Vectorial de Rede. 8. Concluione

8 2. Componente de 1-puerto Lo Componente de 1-puerto e analizan de manera muy encilla Incidente a b Reflejada Red de un-puerto Lo parámetro de diperión para rede de 1-puerto on coeficiente de reflexión y e repreentan con la letra Γ. El coeficiente de reflexión en tenión e: ( ) ( ) eñal reflejada b Γ= Γ, E una medida del eñal incidente a = Γ ϕ deacoplamiento debido a la red de un-puerto

9 2. Componente de 1-puerto Si una línea de tranmiión coaxial e termina por un componente de 1-puerto, por ejemplo una carga Z a b Z Γ = b a o Z Z Γ = Z + Z Z e la impedancia del componente de 1-puerto y Z 0 e la impedancia caracterítica de la línea. 0 0 b =0 Entonce Γ = 0 y Z = Z 0 Indica que no exite reflexión b = a Entonce Γ = 1 y Z = 0 Indica una reflexión total En la practica, e mide el coeficiente de reflexión y poteriormente e conoce el valor de la impedancia Z del componente de 1-puerto utilizando: Z = Z 0 1+ Γ 1 Γ E una de la epecificacione má importante en radiofrecuencia

10 2. Componente de 1-puerto Otra forma de exprear el deacoplamiento en una red de 1-puerto: Utilizando VSWR ó Relación de Onda Etacionaria ROE, e una relación entre la tenione máxima y mínima, y pueden determinare a partir del coeficiente de reflexión: 1+ Γ VSWR = 1 Γ a b Z La pérdida por retorno, e la diferencia, en decibele (db), entre la amplitude de la eñal incidente y de la eñal reflejada. R = 20log Γ (db)

11 2. Componente de 1-puerto Lo Componente de 1-puerto también e pueden analizar en función del flujo de potencia: otencia Incidente inc ref otencia Reflejada Red de un-puerto Coeficiente de reflexión en tenión Complejo: b Γ = a Módulo: Γ V = V ref inc Si e tiene una eñal incidente con amplitud V inc, entonce la potencia incidente a la red ería: inc = V 2 inc 2Z 0 y una eñal reflejada con amplitud V ref, entonce la potencia reflejada a la red ería: or lo tanto, el coeficiente de reflexión en potencia de la red e: ref = V 2 ref 2Z 0 Γ 2 = otencia reflejada, otencia incidente ref inc Γ = ref inc

12 2. Componente de 1-puerto otencia Incidente inc ref Red de un-puerto Γ = ref inc otencia Reflejada Claramente e puede obervar que para obtener un buen acoplamiento el valor de Γ debe er cercano a cero. La pérdida por retorno también e puede calcular de la iguiente manera: R = 10log 1 Γ 2 (db) Si en circuito de microonda e obtienen pérdida por retorno uperiore a 20 db eto ignifica que meno del 1% de la potencia incidente e refleja.

13 Contenido 1. Introducción 2. Componente de un puerto. 3. Aplicación del coeficiente de reflexión. 4. Componente de do puerto. 5. Aplicación de lo parámetro de diperión. 6. Neceidad de caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia. 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia utilizando el Analizador Vectorial de Rede. 8. Concluione

14 3. Aplicación del coeficiente de reflexión ara que medir el coeficiente de reflexión? ara conocer A la frecuencia de 1400 MHz e tiene aproximadamente un VSWR de 1,5 Γ = 0,2 R = 13,98 db El 4 % de la potencia incidente e refleja en ete valor de frecuencia

15 3. Aplicación del coeficiente de reflexión ara que medir el coeficiente de reflexión? ara decidir Ejemplo de epecificacione de conectore de 3,5 mm de preciión Conector Epecificacione Intervalo de frecuencia érdida por retorno 46 db ( Γ 0,005) DC a 1,3 GHz 3,5mm de preciión érdida por retorno 44 db ( Γ 0,006) > 1,3 GHz a 3 GHz érdida por retorno 38 db ( Γ 0,013) > 3 GHz a 6 GHz Ejemplo de epecificacione de conectore SMA Conector Epecificacione Intervalo de frecuencia SMA VSWR 1,2 ( Γ 0,090) DC a 8 GHz

17 4. Componente de 2-puerto Análii de una red de 2-puerto: a 1 b 2 Entonce, 21 uerto 1 RED DE uerto 2 DOS-UERTOS b + 2 = 21a1 22a2 b = a a2 b 1 12 a 2 b repreenta onda reflejada a repreenta onda incidente 11, 21, 12, 22 on lo coeficiente de diperión o parámetro de diperión En forma matricial b b 1 2 = a a 1 2 S = MATRIZ DE ARÁMETROS-S ó MATRIZ DE DISERSIÓN DE LA RED DE 2-UERTOS

18 4. Componente de 2-puerto Análii de una red de 2-puerto Medicione en entido directo: b 2 11 e el coeficiente de reflexión en el puerto 1 cuando el puerto 2 e termina con una carga acoplada b1 = = 11 θ a 11 1 a 1 uerto 1 RED DE uerto 2 Z DOS-UERTOS 0 b 1 a 2 =0 E una medida del deacoplamiento debido a la red Otra forma de exprear el deacoplamiento en una red de 2 -puerto e: Utilizando VSWR ó relación de onda etacionaria ROE VSWR = La pérdida por retorno R = 20log 11 (db)

19 4. Componente de 2-puerto Análii de una red de 2-puerto Medicione en entido directo: b 2 21 e el coeficiente de a 1 tranmiión del puerto 1 al uerto 1 RED DE uerto 2 Z puerto 2 con el puerto 2 0 DOS-UERTOS terminado con una carga b 1 a 2 =0 acoplada b2 = = 21 θ a 21 1 E una medida de la cantidad de eñal que e tranmite dede puerto 1 al puerto 2 De la medicione en tranmiión e obtiene érdida por inerción Atenuación A = 20log I = 20log 21 (db) 21 (db) (para el cao de línea de tranmiión) Ganancia (para el cao de dipoitivo paivo) G = 20log (db) 21 (para el cao de dipoitivo activo)

20 4. Componente de 2-puerto Análii en función de potencia Medicione en entido directo otencia incidente inc uerto 1 RED DE DOS-UERTOS uerto 2 Z 0 otencia reflejada ref otencia tranmitida tran El coeficiente de reflexión de entrada e determina: 2 11 = otencia reflejada dede otencia incidente en la la entrada entrada de de la la red, red, inc ref = 11 ref inc El coeficiente de tranmiión en entido directo e determina: 2 21 = otencia tranmitida a la carga otencia incidente en la entrada de Z 0 la, tran red, inc = 21 tran inc

21 4. Componente de do-puerto Análii en función de potencia, para el cao de línea de tranmiión otencia incidente inc uerto 1 otencia reflejada ref uerto 2 Z 0 otencia tranmitida tran El coeficiente de tranmiión en entido directo e determina: otencia tranmitida, = otencia incidente, tran inc otencia reflejada, ref or lo tanto, t otencia otencia tranmitida incidente en la a la carga entrada de Z 0 la, tran red, inc τ e el coeficiente de tranmiión = τ 2 = Si 11 = 0,1 entonce: τ = 0,995 Lo que ignifica que el 1 % de la potencia incidente e refleja y el 99 % e tranmite

22 4. Componente de 2-puerto Análii de una red de 2-puerto Medicione en entido invero: a 1 =0 b 2 21 Z 0 uerto 1 RED DE uerto 2 DOS-UERTOS b 1 12 a 2 Coeficiente de Coeficiente de tranmiión en entido reflexión de alida invero b2 b1 22 = = 22 θ 12 = = 12 θ a a VSWR = (para el cao de línea de tranmiión) R 20 2 I = 20log G = 20log = log (para el cao de dipoitivo activo) 1 R = 10log A = 20log 12 = 22 ref inc 2 22 otencia otencia tranmitida incidente, Z 0 otencia incidente inc uerto 1 RED DE DOS-UERTOS uerto 2 otencia tranmitida otencia reflejada (para el cao de dipoitivo iti paivo) reflejada, 2 2 tran tran ref = τ = 1 22 inc (para el cao de línea de tranmiión)

24 5. Aplicación de lo parámetro de diperión a 1 a 2 uerto 1 RED DE uerto 2 to. 1 to. 2 DOS-UERTOS b 1 b 2 En la práctica, e proporciona Se hacen la iguiente conideracione: 11 = 22 indica que el dipoitivo e imétrico 21 = 12 indica que el dipoitivo e recíproco Intervalo de frecuencia: c.c. hata 18 GHz Conector: SMA (m), SMA (f) VSWR máximo: 1,2 hata 8 GHz 1,3 hata 12,4 GHz 1,5 hata 18 GHz Atenuación Valor: 6 db c.c. hata 12,4 GHz: ±0,3 db 12,4 hata 18 GHz: ±0,4 db

25 5. Aplicación de lo parámetro de diperión a 1 a 2 uerto 1 RED DE uerto 2 to. 1 to. 2 DOS-UERTOS b 1 b 2 La matrice de diperión on: En la práctica, e proporciona hata 8 GHz 0,091 0,501 0,501 0,091 hata 12,4 GHz 0,130 0,501 0,501 0,130 hata 18 GHz 0,200 0,501 0,501 0,200 0,8 % de la potencia incidente e refleja y 25 % e tranmite 1,7 % de la potencia incidente e refleja y 25% e tranmite 4 % de la potencia incidente e refleja y 25% e tranmite Intervalo de frecuencia: c.c. hata 18 GHz Conector: SMA (m), SMA (f) VSWR máximo: 1,2 hata 8 GHz 1,3 hata 12,4 GHz 1,5 hata 18 GHz Atenuación Valor: 6 db c.c. c hata 12,4 GHz: ±0,3 3dB 12,4 hata 18 GHz: ±0,4 db

27 6. Neceidad de caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia Exiten varia razone para caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia. Saber SI funciona(n) o NO funciona(n) el(lo) equipo(), y i funciona(n): Conocer el comportamiento eléctrico real en vario punto en frecuencia dentro del intervalo de frecuencia de operación. Evitar obreetimar parámetro eléctrico Conocer el comportamiento eléctrico de lo componente a travé del tiempo Detectar poible falla en un punto o en un intervalo en frecuencia Llevar a cabo un análii del itema de medición que etán implantando o que e va a implantar Aegurar la exactitud y confiabilidad del itema de medición

28 6. Neceidad de caracterizar lo componente y equipo de radiofrecuencia Con la medición del coeficiente de reflexión y lo parámetro de diperión podemo decribir el comportamiento eléctrico de lo componente y equipo de radiofrecuencia de uno o má puerto, evitando baare en upoicione.

30 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Lo intrumento que e utilizan para medir lo parámetro de diperión, e decir, la caracterítica de reflexión y tranmiión de componente y equipo de radiofrecuencia on lo ANALIZADORES DE REDES Exiten 2 tipo: Ecalare: permiten medir ólo el módulo Vectoriale: permiten determinar módulo y ángulo de fae.

31 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Caracterización de un atenuador utilizando el Analizador Vectorial de Rede (AVR) Se conecta el atenuador en el lavr ANALIZADOR DE REDES VECTORIAL Sitema de rueba Se utiliza cable de extenión de puerto Cable del itema TO. 1 TO. 2 ATENUADOR Con la medicione en reflexión y tranmiión en entido directo e invero e obtiene la matriz de diperión en uno o vario punto de frecuencia.

32 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Caracterización de un atenuador utilizando el Analizador Vectorial de Rede (AVR) Señal de onda en entido directo Atenuador Cable de extenión de puerto 2 uerto 1 uerto 2 Cable de extenión de puerto 1 22 Señal de onda en entido invero 12 0, ,10 0, , 04 [ S ] = 0, ,42 0, ,27 Qué magnitude podemo obtener con la matriz de diperión en un punto en frecuencia?

33 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Con la matriz de diperión podemo obtener: R del puerto 1 37,46 db VSWR del puerto 1 1,03 Atenuación (entido directo) 19,84 db R del puerto 2 38,94 db VSWR del puerto 2 1,02 Atenuación (entido invero) 19,82 db En eta tabla e puede obervar que el dipoitivo no e exactamente imétrico ( ) ni recíproco ( ). ara cierta aplicacione puede coniderare que í lo e (depende de la reolución y exactitud que e tenga)

34 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Caracterización de un detector de potencia utilizando el Analizador Vectorial de Rede (AVR) Se conecta el enor de potencia en un puerto de AVR ANALIZADOR DE REDES Sitema de rueba Se utiliza un cable de extenión de puerto Cable del itema TO. 1 Con la medición en reflexión e obtiene el coeficiente de reflexión Γ del detector de potencia b1 Γ1 a1 b2 Γ2 a2 b Γ a =.... b Γ n n an SENSOR 1, 2, 3,... n repreenta punto en frecuencia En que podemo utilizar ete valor de medición?

35 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Ejemplo de una medición de potencia Generador a Γ b Γ = b a Senor mw i r d d 2 r 2 Γ = = Γ r i i = i r d = i d = ( ) 2 1 Γ Conociendo el coeficiente i de reflexión podemo determinar la potencia entregada a la carga La potencia entregada a la carga no e má grande que la potencia incidente i i Γ 2

36 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Cómo determinar el período de re-calibración de equipo? Si el uuario tiene duda de que lo equipo han ido operado de la forma adecuada Si lo equipo ufrieron un daño, como por ejemplo una caída, una tranportación inadecuada, etc. En eto cao la re-calibración e recomendable que ea inmediata De lo contrario, el uuario debe hacere la iguiente pregunta para decidir el tiempo de re calibración Como puede aegurar la confiabilidad de la medicione de u itema? La medicione que realizan, on para aplicacione exigente?

37 7. Caracterización de componente y equipo de radiofrecuencia Def. de Calibración Conjunto de operacione que etablecen bajo condicione epecificada, la relación entre lo valore indicado por un aparato o itema de medición o lo valore repreentado por una medida materializada y lo valore correpondiente de la magnitud realizada por lo patrone Def. de Ajute Operación de llevar un intrumento a un etado de funcionamiento adecuado para u uo, libre de error itemático.

39 8. Concluione 1. Se preentaron apecto importante y concepto neceario para entender la importancia y la aplicación de lo parámetro de diperión o parámetro en lo itema de comunicacione 2. Lo parámetro de diperión no ayudan a caracterizar y conocer el comportamiento eléctrico de lo componente, dipoitivo y equipo que e utilizan en la indutria de la telecomunicacione. 3. Con la medición de todo lo parámetro de diperión evitamo hacer upoicione en el comportamiento eléctrico de lo equipo de telecomunicacione y conocer u deempeño a travé del tiempo. 4. Lo Analizadore de Rede on equipo de medición que e utilizan para medir lo parámetro de diperión y el coeficiente de reflexión. 5. Conocer el comportamiento eléctrico real de lo componente y equipo permite aegurar la exactitud y la confiabilidad de lo itema de medición implementado en la indutria de la telecomunicacione.

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