Medición de impedancia del cable

Impedancia del cable coaxial

Un cable coaxial, comúnmente denominado «coax», está conformado de tres componentes principales:

• Conductor interno: El cable central que transporta la señal.
• Aislante dieléctrico: Una capa de material aislante que rodea el conductor interno.
• Pantalla exterior conductora: Una pantalla metálica que reviste la capar dieléctrica y sirve de trayecto de retorno para la señal, así como de protección contra interferencias electromagnéticas externas.

Estas partes por lo general suelen estar recubiertas de una capa adicional de aislamiento plástico. La impedancia característica de un cable coaxial es una función de los diámetros del conductor interno y externo, así como de la constante dieléctrica del material aislante entre ellos. La mayoría de los cables coaxiales están diseñados con impedancias características de 50 o 75 Ohmios. La impedancia a menudo suele estar impresa en la cubierta exterior del cable, pero cuando falta esta información puede utilizarse un VNA para medirla.

Utilización del VNA para medir la impedancia característica de un cable coaxial

Un VNA puede medir la impedancia característica de un cable coaxial con el principio del transformador de impedancia de cuarto de onda. Un transformador de impedancia de cuarto de onda es una línea de transmisión que es un cuarto del largo de la longitud de onda y termina en una impedancia conocida, ZL. La impedancia característica, Z0, puede calcularse a partir del valor conocido de ZL y la impedancia de entrada, Zin, que se midió con el VNA.

El proceso de medición puede dividirse en cuatro pasos:

• Calibración del VNA: se realiza una calibración con los estándares open-short-match (calibración OSM) en el VNA. Aunque este paso puede mejorar la precisión, puede que no sea necesario si el objetivo es simplemente determinar si la impedancia del cable es 50 o 75 Ohmios.
• Conexión del cable: conecte el cable coaxial al VNA y termínelo con una carga de 50 Ohmios.
• Ejecute una medición S11: configure y ejecute una medición de reflexión (S11) en el VNA. Las frecuencias de inicio y de parada del barrido deben ajustarse adecuadamente.
• Interpretación de los resultados con el diagrama de Smith: grafique los resultados de la medición en un diagrama de Smith para determinar la impedancia. Si tanto la impedancia del cable como la de la carga es de 50 Ohmios el diagrama de Smith mostrará un punto o un círculo pequeño en el centro. Si la impedancia del cable y la de la carga difieren, la traza formará círculos parciales o múltiples.

Ajuste correcto de las frecuencias de barrido

Las frecuencias de barrido deben configurarse adecuadamente para poder medir con precisión la impedancia:

• La frecuencia de inicio debe ser baja, por lo general 100 kHz o menos.
• La frecuencia de parada debe ser lo suficientemente alta para que la traza cruce el eje resistivo exactamente una vez. Puede estimarse una frecuencia de parada ideal (en MHz) al dividir 75 por la longitud aproximada del cable (en metros). Esta estimación está en función de la cuarta parte de la longitud de onda de la velocidad de la señal en el cable.

Debido a la menor velocidad de propagación de las señales en los cables en comparación al vacío, la frecuencia de parada que se ha calculado puede ocasionar un ligero sobreimpulso en el diagrama de Smith. Sin embargo, esto aún puede producir resultados aceptables.

Determinación de la impedancia del cable

Una vez que se haya obtenido una traza «ideal», utilice un marcador para encontrar el punto donde la traza cruza el eje resistivo. Este valor representa la impedancia de entrada, Z_in. Incluso si un punto de la traza no cae exactamente en el eje resistivo, utilizar el punto más cercano puede aún proporcionar resultados precisos. Por último, calcule la impedancia característica del cable con el valor medido de Z_in y la impedancia de carga conocida, Z_L.