R&S®Essentials | Principios básicos de los analizadores de redes vectoriales y de espectro
Paul Denisowski, ingeniero del área de coordinación del producto
Introducción a las medidas de pérdida en el cable
Todos los cables coaxiales atenúan las señales de radiofrecuencia que pasan a través de ellos, y esta atenuación se denomina comúnmente «pérdida en el cable» o «pérdida de inserción».
La pérdida en el cable depende de la longitud del cable y la frecuencia de la señal que atraviesa el cable. Mientras la señal pasa a través del cable, una parte de su energía es absorbida como consecuencia de pérdidas resistivas y dieléctricas. Asimismo, las discontinuidades añadidas por conectores de cables, dobleces o defectos pueden reflejar energía de retorno a la fuente, lo que aumenta la pérdida medida. Por norma general, la pérdida en el cable aumenta linealmente con la longitud; al duplicarse la longitud se duplica la pérdida. Sin embargo, la relación entre la pérdida en el cable y la frecuencia es más compleja y no es absolutamente lineal; con frecuencias más altas suelen aparecer pérdidas más elevadas.
La pérdida es una especificación importante de los fabricantes de cables, y se expresa a menudo en decibelios (dB) por metro o por pie. La naturaleza dependiente de la frecuencia de esta pérdida se representa normalmente mediante tablas o gráficos, y es muy importante comprender la cantidad de pérdida en el cable para las distintas aplicaciones de RF.
Independientemente de las especificaciones aportadas por el fabricante, es posible que necesite medir la pérdida en el cable real, especialmente cuando no se conoce el tipo del cable o cuando factores como el conexionado o el desgaste influyen en el rendimiento. La herramienta más habitual para medir la pérdida en el cable es el analizador de redes vectoriales (VNA).
El analizador de redes vectoriales es la herramienta más habitual para las medidas de pérdida en el cable.
Existen dos posibilidades para medir la pérdida en el cable con un analizador de redes vectoriales:
Medida de un puerto del cable (medida S11 o de reflexión)
Medida de dos puertos (medida S21 o de transmisión)
Comparación de la medida de un puerto y la medida de dos puertos
En las medidas de pérdida en el cable de un puerto se utiliza una fuente o un generador de seguimiento para insertar una señal en un cable. La frecuencia de esta señal se somete a un barrido en un rango definido por el usuario. El otro extremo del cable queda abierto o termina con un cortocircuito. En ambos casos, una señal que llega al extremo del cable se refleja de retorno al puerto de la fuente.
En el puerto de fuente, la cantidad de potencia reflejada se compara con la potencia transmitida conocida. La pérdida en el cable en dB es la atenuación total o de «ida y vuelta» dividida entre dos. Como se ha indicado más arriba, la pérdida total del cable depende de la frecuencia de la señal y la longitud del cable.
La señal se refleja de retorno a la fuente.
Antes de empezar con la medida se debe configurar el analizador de redes vectoriales. Esto se realiza con tres grupos de ajustes principales:
Una vez realizada la configuración, puede conectar el cable examinado al VNA de dos formas:
¿Por qué utilizar un cable para DUT? El cable para DUT resulta útil cuando el cable examinado tiene un conector de difícil acceso, por ejemplo si el cable termina en una carcasa o está conectado a una torre o un mástil. Otro motivo es que un cable para DUT puede reducir el desgaste y el esfuerzo mecánico en el puerto del analizador. El efecto del cable para DUT se puede eliminar en los resultados de medida durante la calibración.
Configuración de medida de pérdida en el cable de un puerto con un cable para DUT
La calibración es necesaria para obtener medidas de pérdida en el cable precisas. Para ello deberá conectar sucesivamente un patrón «abierto» («open»), un patrón «corto» («short») y un patrón «carga» («match» o «load») al cable examinado. Estos patrones pueden ir por separado o combinados en un «patrón de calibración en T». Además de estos patrones conectados manualmente, también pueden emplearse unidades de calibración electrónicas (de autocalibración); estas unidades alternan automáticamente sus patrones internos y se controlan a través del VNA conectado.
El proceso de calibración consiste generalmente en seguir las indicaciones del VNA sobre qué patrones deben conectarse, en qué orden y en qué momento. Se trata de un proceso rápido (normalmente no precisa más que unos pocos minutos), y las unidades de calibración automáticas suelen ser más rápidas que si se realiza con patrones manuales.
Diferentes formas de los patrones de calibración
La forma de conectar el patrón de calibración al VNA depende de cómo conecte el cable examinado al VNA. Es decir, si conecta el cable examinado directamente al VNA, los patrones de calibración también deberían conectarse directamente al puerto. Si utiliza un cable para DUT, los patrones de calibración deberían conectarse también al extremo del cable para DUT.
Conexión de patrones de calibración para medidas de un puerto
Analicemos un ejemplo de resultado de medida de pérdida en el cable de un puerto. En la imagen de abajo se aprecia la pérdida en el cable como producto de la frecuencia entre 1 GHz y 5 GHz donde el eje «y» muestra la pérdida o atenuación en dB. Esta traza presenta dos características típicas:
La pérdida en el cable se puede cuantificar calculando el promedio de los valores mínimos y máximos. En este ejemplo, el valor mínimo es -1,2 dB, y el valor máximo es -3,5 dB, de modo que la pérdida sería de -2,35 dB.
Ejemplo de un resultado de medida de pérdida en el cable de un puerto
Ahora, veamos las medidas de dos puertos. Las medidas de dos puertos son preferibles a las medidas de un puerto en dos casos:
Las medidas de un puerto suelen ser menos precisas con niveles de pérdida más altos.
Para la mayoría de las medidas de cable de dos puertos, basta con conectar directamente el cable examinado a los dos puertos del analizador. Sin embargo, si se utilizan cables para DUT para conectar el cable examinado al analizador, es necesario realizar una normalización para eliminar la influencia del cable para DUT de la medida.
Normalización al utilizar un cable para DUT
La pérdida en el cable en las medidas de dos puertos sigue siendo un producto de la frecuencia, pero la traza tiene menos rizados que en una medida de un puerto, ya que ambos extremos del cable terminan en su impedancia característica. Aunque en muchos casos conectar ambos extremos de un cable a un VNA es poco factible o inviable, las medidas de pérdida en el cable de dos puertos son en general preferibles a las medidas de pérdida en el cable de un puerto.
Resumen
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