PRÁCTICA: CARACTERIZACIÓN DE ANTENAS MEDIANTE EL
ANALIZADOR VECTORIAL
1.
Objetivos.
• Aprender el manejo de un analizador vectorial de redes. • Medir S11 e impedancia de antenas comerciales WIFI.
2.
Material.
• Analizadores vectoriales (2 mods: R&S ZVB4, AGILENT E5062A) • PC conectado a Internet.
3.
Fundamento teórico.
Analizador vectorial de redes (VNA): El analizador vectorial de redes es un dispositivo capaz de medir fundamentalmente los parámetros S de un dispositivo multipuerta. Su funcionamiento se basa en la emisión de una señal de banda ancha a través de uno de sus puertos y el análisis en el mismo puerto (parámetros de reflexión) y/o en el resto de los puertos (parámetros de transmisión) de la señal reflejada/trasmitida por el dispositivo bajo testeo.
El analizador de redes permite visualizar, mediante el análisis en el dominio de la frecuencia de las señales temporales incidentes y dispersadas, los parámetros S. También permite, a partir de éstos, obtener los parámetros de impedancia del dispositivo (entre otros).
Se trata de un dispositivo de medida básico en la tecnología de antenas, ya que permite caracterizar el comportamiento de una antena en un rango amplio de frecuencias. En el laboratorio hay dos modelos disponibles: el AGILENT E5062A capaz de hacer medidas hasta 3 GHz, y el R&S ZVB4 cuyo rango alcanza hasta 4 GHz.
En esta práctica utilizaremos el VNA para caracterizar una antena WIFI comercial y el cable que la une al router.
4.
Realización.
• Conectar la base de conector SMA invertido al VNA. • Fijar la banda de operación entre 2.3 GHz y 2.6 GHz.
• Desactivar la calibración de las medidas que hubiese de prácticas anteriores (hacer un Preset del VNA para reiniciarlo)
• A fin de caracterizar el cable sin nada conectado, empezaremos visualizando el tiempo que tarda una señal en ir y volver al final del cable en función de la frecuencia. Para ello fijar Trace S11, y en Format activar Group Delay (ayudarse de la función Average del VNA para minimizar las variaciones en la medida)
Mínimo Group delay* Freq. Máximo Group Delay* Freq Valor medio *Expresar estos tiempos normalizados al período correspondiente a su frecuencia.
Idealmente en un cable no dispersivo todas las frecuencias viajan a la misma velocidad de grupo. ¿Es este el caso de cable bajo estudio?.
• Medir el parámetro S11 en dB del cable en abierto y anotar los siguientes resultados
Mínimo S11 Freq. Máximo S11 Freq
• Medir la impedancia del cable en abierto. En el caso ideal, la impedancia del cable es imaginaria pura y para una longitud x fija varía como la inversa de la tangente de la frecuencia
0
/ tan(2
)
f
j Z
x
c
π
−
. ¿Es éste el comportamiento obtenido?Anotar los valores máximos y mínimos de las partes reales e imaginarias de esta impedancia. Mínimo Re{Zin} Freq. Mínimo Im{Zin} Freq
Máximo Re{Zin} Freq. Máximo Im{Zin} Freq
• Con el cable aún sin calibrar, conectar la antena WIFI a la base y visualizar en ventanas separadas el coeficiente de reflexión (S11), y su impedancia de entrada (Zinput) en función de la frecuencia. ¿Cuántas veces resuena la impedancia en todo el rango de frecuencias? (Ambos VNA permiten utilizar marcadores para localizar los valores con parte imaginaria de la impedancia nula. Para visualizar en el Agilent la impedancia en un sistema cartesiano activar Análisis->Conversion)
• Localizar los 4 mínimos locales del S11 (en dB) más pronunciados, en la banda de trabajo, y anotar las siguientes medidas
Frecuencia del mínimo de S11 Coef. Reflexión S11 (dB) Zinput (R+j X)
¿Es el sistema resonante en los mínimos del coeficiente de reflexión? ¿Por qué?
• El proceso de calibración permite corregir tanto los desfases como las pérdidas introducidas por el cable, a fin de medir la impedancia y el coeficiente de reflexión idealmente en la entrada de la antena. Calibrar el cable mediante el kit adecuado entre 2.3 y 2.6 GHz (ver tutoriales y links bajo http://maxwell.ugr.es/antenasypropagacion) sólo para medidas de reflexión (Short, Open y Match).
Repetir las medidas tras la calibración del cable SIN la antena conectada y rellenar la tabla
Mínimo Group delay Freq. Máximo Group Delay, Freq Valor medio Group Delay
Mínimo S11 Freq. Máximo S11 Freq
Mínimo Re{Zin} Freq. Mínimo Im{Zin} Freq Máximo Re{Zin} Freq. Máximo Im{Zin} Freq
Comparar con los valores obtenidos sin calibrar. ¿Coinciden? ¿Cómo varían respecto a los teóricos?
A continuación introducir la antena y anotar
Frecuencia de Resonancia Coef. Reflexión S11 (dB) Zinput (R+j X) SWR (ROE)
Frecuencia en el mínimo de S11 Coef. Reflexión S11 (dB) Zinput (R+j X) SWR (ROE)
Conectar la antena directamente en la entrada 2 (sin calibración alguna) mediante el adaptador adecuado y anotar las nuevas medidas de
Frecuencia de Resonancia Coef. Reflexión S22 (dB) Zinput (R+j X) SWR (ROE)
Frecuencia en el mínimo de S22 Coef. Reflexión S22 (dB) Zinput (R+j X) SWR (ROE)
A la luz de estos resultados, comparar desde el punto de vista energético el comportamiento del sistema antena+cable con el de la antena aislada. ¿Cual es la pérdida por inserción del cable a la frecuencia a la que se da el mínimo del S22 de la antena aislada?
