Medição da impedância de cabos

Impedância de cabos coaxiais

Um cabo coaxial, comumente chamado de «coax», consiste em três componentes principais:

• Condutor interno: o fio central que transporta o sinal.
• Isolante dielétrico: uma camada de material isolante que envolve o condutor interno.
• Blindagem externa condutora: uma blindagem metálica que envolve a camada dielétrica e serve como caminho de retorno para o sinal, também para proteção contra interferência eletromagnética externa.

Essas peças geralmente são cobertas por uma camada adicional de plástico isolante. A impedância característica de um cabo coaxial é uma função dos diâmetros dos condutores externo e interno e da constante dielétrica do material isolante entre eles. A maioria dos cabos coaxiais é desenvolvida com impedâncias características de 50 ou 75 Ohm. A impedância geralmente está impressa no revestimento do cabo, mas quando essa informação não está disponível, um analisador de redes vetoriais pode ser usado para medi-la.

Uso do VNA para medir a impedância característica do cabo coaxial

Um analisador de redes vetoriais (VNA) pode medir a impedância característica de um cabo coaxial usando o princípio do transformador de impedância de quarto de onda. Um transformador de impedância de quarto de onda é uma linha de transmissão com um quarto do comprimento de onda e terminada em uma impedância conhecida, ZL. A impedância característica, Z0, pode ser calculada a partir do valor conhecido de ZL e da impedância de entrada, Zin, medida com o VNA.

O processo de medição pode ser dividido em quatro etapas:

• Calibração do VNA: realize uma calibração OSM (open-short-match) no VNA. Embora essa etapa possa aumentar a precisão, talvez não seja necessária se o objetivo for simplesmente determinar se a impedância do cabo é de 50 ou 75 Ohms.
• Conexão do cabo: conecte o cabo coaxial ao VNA e selecione o conector com uma carga de 50 ohms.
• Execução de uma medição S11: configure e execute uma medição de reflexão (S11) no VNA. As frequências de início e parada da varredura devem ser definidas adequadamente.
• Interpretação dos resultados com a carta de Smith: exiba os resultados da medição em uma carta de Smith para determinar a impedância. Se a impedância do cabo e da carga for de 50 Ohms, a carta de Smith exibirá um ponto ou um pequeno círculo no centro. Se as impedâncias do cabo e da carga forem diferentes, o traço formará círculos parciais ou múltiplos.

Definição das frequências de varredura corretas

As frequências de varredura devem ser configuradas adequadamente para medir com precisão a impedância:

• A frequência de início deve ser baixa, normalmente 100 kHz ou menos.
• A frequência de parada deve ser definida como alta o suficiente para que o traço cruze o eixo resistivo exatamente uma vez. Uma frequência de parada ideal (em MHz) pode ser estimada dividindo-se 75 pelo comprimento aproximado do cabo (em metros). Essa estimativa é baseada no quarto de comprimento de onda da velocidade do sinal no cabo.

Devido à velocidade de propagação mais lenta dos sinais nos cabos em comparação com o vácuo, a frequência de parada calculada pode causar um leve sobressinal na carta de Smith. No entanto, isso ainda pode produzir resultados aceitáveis.

Determinação da impedância do cabo

Depois de obter um traço «ideal», use um marcador para encontrar o ponto em que o traço cruza o eixo resistivo. Esse valor representa a impedância de entrada, Z_in. Mesmo que um ponto de traço não caia precisamente no eixo resistivo, o uso do ponto mais próximo ainda pode fornecer resultados precisos. Por fim, calcule a impedância característica do cabo usando o valor medido de Z_in e a impedância de carga conhecida, Z_L.