R&S®Essentials | Principios básicos de los analizadores de redes vectoriales y de espectro

Comprender los parámetros S

Autor: Paul Denisowski, ingeniero del área de coordinación del producto

Los parámetros de dispersión (parámetros S) son una forma de representar las características de RF de una red. Son esenciales para entender qué proporción de una señal se refleja, se transmite o se transfiere entre los puertos de una red. Los parámetros S son valores complejos con componentes de magnitud y de fase, ambos importantes para aportar una descripción completa de la señal.

Una red es un dispositivo con uno o más puertos, donde cada puerto puede dejar pasar, absorber, y/o reflejar energía de radiofrecuencia (RF). Las redes se categorizan en función del número de puertos que tienen:

de un puerto: por ejemplo, una antena o una carga ficticia
de dos puertos: p. ej., un filtro o un amplificador
de tres puertos: p. ej., un acoplador direccional o un mezclador

Las redes se analizan insertando RF en un puerto determinado y midiendo el nivel de RF que se presenta en dicho puerto (reflejado) y/o en otros puertos. Generalmente, se inserta solo una señal en un puerto cada vez, y se realizan medidas abarcando en un rango de frecuencias.

El instrumento que se utiliza normalmente para analizar una red es, como su propio nombre indica, un analizador de redes. El analizador de redes comprueba cómo se comportan las señales en componentes eléctricos y sistemas analizando los parámetros de dispersión (parámetros S).

Vista frontal del analizador de redes vectoriales R&S®ZNL, con visualización de pantalla y panel de control

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¿Qué son los parámetros S?

Los parámetros S son una forma de representar las características de RF de una red. Indican qué proporción de una señal se refleja, se transmite o se transfiere entre los puertos de la red.

Un parámetro S se describe con la letra «S» seguida de un par de subíndices, donde el primer subíndice indica el puerto de salida y el segundo subíndice el puerto de entrada. Por ejemplo:

si la energía entra a través del puerto 1 y sale del puerto 1, el parámetro S se denomina S11,
si la energía entra a través del puerto 1 y sale del puerto 2, el parámetro S se denomina S21,
si la energía entra a través del puerto 2 y sale del puerto 3, el parámetro S se denomina S32, y así sucesivamente.

Designación de los parámetros S

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Una red de dos puertos tiene cuatro parámetros S:

S₁₁ es el coeficiente de reflexión de entrada. Mide la proporción de la señal de entrada en el puerto 1 que se refleja de vuelta al puerto 1. Este parámetro indica qué cantidad de la señal de entrada se refleja debido a una desadaptación de impedancia.
S₂₁ es el coeficiente de transmisión directa. Mide la proporción de la señal de entrada en el puerto 1 que se transmite al puerto 2. Este parámetro indica la eficiencia de la transmisión de la señal de la entrada a la salida.
S₁₂ es el coeficiente de transmisión inversa. Mide la proporción de la señal de entrada en el puerto 2 que se transmite al puerto 1. Este parámetro indica hasta qué punto está aislado el puerto 1 de las señales entrantes del puerto 2.
S₂₂ es el coeficiente de reflexión de salida. Mide la proporción de la señal de entrada en el puerto 2 que se refleja de vuelta al puerto 2. Este parámetro indica qué cantidad de la señal de salida se refleja debido a una desadaptación de impedancia en la salida.

Parámetros S en una red de dos puertos.

Parámetros S en una red de dos puertos

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Representación de los parámetros S

Los parámetros S son valores complejos —es decir, tienen componentes de magnitud y de fase. La magnitud indica qué proporción de la señal se transmite o se refleja, mientras que la fase indica cómo se altera la sincronización de la señal. Los dos componentes son necesarios para una descripción completa del comportamiento de la señal.

Los parámetros S se pueden representar mediante matrices N a N, donde «N» es el número de puertos de la red. Cada elemento de la matriz, Sxy, representa los parámetros de dispersión desde el puerto y al puerto x. Puesto que Sxy es un número complejo, la matriz aporta:

un diagrama estructural de las interacciones entre los puertos de la red
información detallada de amplitud y fase para cada interacción

Matriz N a N para una red de dos puertos.

Matriz N a N para una red de dos puertos

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Otra forma de representar parámetros S es con una carta de Smith, una herramienta gráfica utilizada principalmente para representar coeficientes de reflexión. La carta de Smith permite visualizar cómo varía la impedancia de una red con la frecuencia. El trazado de componentes reales e imaginarios de los coeficientes de reflexión en una carta de Smith aporta una clara imagen de la adaptación de impedancia, la cual resulta esencial para minimizar las reflexiones y optimizar la transferencia de energía.

Ejemplo de una carta de Smith.

Ejemplo de una carta de Smith

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Los parámetros S se pueden procesar en cascada para predecir la respuesta en conjunto de una serie de redes conectadas. Es decir, si hay dos o más redes conectadas en serie, sus parámetros S individuales se pueden combinar matemáticamente para determinar los parámetros S totales de la red compuesta. La posibilidad de procesar parámetros S en cascada y predecir el comportamiento del sistema se basa en su representación compleja y el formato de matriz, que permite el análisis de sistemas más complejos con varias etapas.

Resumen

Una red es un dispositivo con uno o más puertos, donde cada puerto puede reflejar, dejar pasar y/o absorber energía de radiofrecuencia.
Los parámetros S son el método estándar para cuantificar las características de RF de una red.
Los parámetros S se miden insertando energía en un puerto y midiendo la energía en el mismo o en otros puertos.
Los parámetros S son valores complejos, lo que significa que cambian con la frecuencia.
«Sxy» es el formato utilizado para denominar los parámetros S, donde «x» e «y» son los puertos de salida y de entrada, respectivamente.
Los analizadores de redes se utilizan para analizar redes midiendo parámetros S.

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