Medidas de impedancia de cables

Impedancia de los cables coaxiales

Un cable coaxial está compuesto por tres componentes principales:

• Conductor interno: el hilo central que transporta la señal.
• Aislante dieléctrico: una capa de material aislante que rodea al conductor interno.
• Blindaje externo conductor: un apantallamiento metálico que reviste la capa dieléctrica y sirve como camino de retorno para la señal, así como de protección frente a interferencias externas.

Estas partes suelen ir recubiertas de una capa adicional de aislamiento de plástico. La impedancia característica de un cable coaxial se desprende de los diámetros del conductor interno y externo y la constante dieléctrica del material aislante entre ellas. La mayoría de los cables coaxiales están diseñados con impedancias características de 50 o 75 ohmios. La impedancia está a menudo impresa en la cubierta externa del cable, pero si no está disponible esta información, se puede utilizar un analizador de redes vectoriales para medirlo.

Utilización de un analizador de redes vectoriales para medir la impedancia característica de un cable coaxial

Un analizador de redes vectoriales puede medir la impedancia característica de un cable coaxial aplicando el principio de convertidor de impedancia de cuarto de onda. Un convertidor de impedancia de cuarto de onda es una línea de transmisión con una longitud de un cuarto de onda y terminada con una impedancia conocida, o ZL. La impedancia característica, o Z0, se puede calcular a partir del valor conocido de ZL y la impedancia de entrada, o Zin, medida con el analizador de redes vectoriales.

El proceso de medida se puede dividir en cuatro pasos:

• Calibración del analizador de redes vectoriales: se ejecuta una calibración open-short-match (OSM) en el analizador de redes vectoriales. Este paso puede mejorar la precisión, pero también puede pasarse por alto si solamente se desea determinar si la impedancia del cable es 50 o 75 ohmios.
• Conexión del cable: el cable coaxial se conecta al analizador de redes vectoriales y se termina con una carga de 50 ohmios.
• Ejecución de una medida de S11: se configura y ejecuta una medida de reflexión (S11) en el analizador de redes vectoriales. Las frecuencias de inicio y parada del barrido deben ajustarse correctamente.
• Interpretación de los resultados con el diagrama de Smith: los resultados de medida se trazan en un diagrama de Smith para determinar la impedancia. Si tanto la impedancia de carga como del cable son de 50 ohmios, el diagrama de Smith mostrará un punto o un pequeño círculo en el centro. Si la impedancia de carga y del cable difieren, la traza formará círculos parciales o múltiples.

Cómo ajustar las frecuencias de barrido correctas

Las frecuencias de barrido deben estar correctamente configuradas para medir la impedancia con precisión:

• la frecuencia de inicio debe ser baja, normalmente 100 kHz o inferior
• la frecuencia de parada debe tener un ajuste lo suficientemente alto para que la traza cruce el eje resistivo exactamente una vez. Una frecuencia de parada ideal (en MHz) se puede calcular dividiendo 75 entre la longitud aproximada del cable (en metros). Este cálculo se basa en el cuarto de longitud de onda de la velocidad de la señal en el cable.

Debido a la velocidad de propagación más lenta de las señales en los cables en comparación con un vacío, la frecuencia de parada calculada puede provocar un ligero sobreimpulso en el diagrama de Smith. No obstante, de esta forma pueden obtenerse todavía resultados aceptables.

Determinar la impedancia del cable

Una vez que se ha obtenido una traza «ideal», utilice un marcador para localizar el punto donde la traza cruza el eje resistivo. Este valor representa la impedancia de entrada (Z_in). Aunque un punto de traza no coincida exactamente con el eje resistivo, utilizando el punto más cercano también se pueden obtener resultados precisos. Por último, calcule la impedancia característica del cable utilizando el valor medido de Z_in y la impedancia de carga conocida (Z_L).