ES2223016T3 - Dispositivo de caracterizacion electromagnetica de una estructura en pruebas. - Google Patents
Dispositivo de caracterizacion electromagnetica de una estructura en pruebas.Info
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Abstract
Dispositivo de caracterización electromagnética de una estructura (2) en pruebas terminada en conectores unidos a líneas de transmisión de impedancia cualquiera, por medio de la evaluación, en una banda de frecuencias predeterminada, de parámetros de reparto de esta estructura (2) y de parámetros característicos de las radiaciones parásitas de esta estructura (2), que comprende un generador (4) de señal eléctrica, medios (8) de transmisión de esta señal eléctrica a la estructura (2) en pruebas, medios (6) de análisis de la señal emitida por el generador (4), así como de las señales reflejadas por la estructura (2) y de las señales transmitidas por la estructura (2), medios de análisis (6) que comprenden medios (41) de cálculo de los parámetros de reparto y de los parámetros característicos de las radiaciones de la estructura en pruebas, caracterizado por el hecho de que el generador (4) de señal eléctrica es un generador de una señal de impulsos (26), cuyo espectro es por lo menos tan anchocomo dicha banda de frecuencias predeterminada, estando el generador adaptado para emitir por lo menos una vez esta señal de impulsos (26), y por el hecho de que los medios de análisis (6) comprenden medios (32) de filtrado temporal de las señales que reciben, para la eliminación de señales parásitas (64, 74).
Description
Dispositivo de caracterización electromagnética
de una estructura en pruebas.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de caracterización electromagnética de una estructura en pruebas, y
a un procedimiento correspondiente.
Concretamente, la invención se refiere a un
dispositivo de caracterización electromagnética de una estructura en
pruebas terminada en conectores unidos a líneas de transmisión de
cualquier impedancia, por medio de la evaluación, en una banda de
frecuencias predeterminada, de parámetros de reparto de esta
estructura y de parámetros característicos de las radiaciones
parásitas de esta estructura. Este dispositivo comprende un
generador de señal eléctrica, medios de transmisión de esta señal
eléctrica a la estructura en pruebas, medios de análisis de la señal
emitida por el generador, así como señales reflejadas por la
estructura y señales transmitidas por la estructura, comprendiendo
los medios de análisis medios de cálculo de los parámetros de
reparto de la estructura en pruebas y de los parámetros
característicos de las radiaciones parásitas.
El documento
FR-A-2 751 415 expone un banco de
medida de la impedancia de transferencia para conectores y cables
eléctricos.
De forma clásica, un dispositivo de este tipo,
utilizado por ejemplo para la caracterización electromagnética de un
conector eléctrico, comprende generalmente un analizador de red
conectado a los dos bornes del conector eléctrico.
El analizador de red comprende un generador de
señal sinusoidal cuya frecuencia puede ser regulada dentro de la
banda de frecuencias predeterminada. Transmite esta señal a uno
cualquiera de los dos bornes del conector y recibe como retorno una
señal reflejada por este borne y una señal transmitida por el otro
borne.
Sin embargo, el analizador de red recibe
igualmente señales parásitas de la misma frecuencia, procedentes
especialmente de ondas electromagnéticas procedentes de una
radiaciones del dispositivo de caracterización y de la estructura en
pruebas y difundidas en retorno por las paredes de un local en el
cual está situado el dispositivo de caracterización
electromagnética.
Como la frecuencia de las señales parásitas es la
misma de las de las señales a analizar, el analizador de red no
puede diferenciar estas señales. Por lo tanto, para obtener medidas
precisas, es necesario situar el dispositivo de caracterización
electromagnética y la estructura en pruebas en una cámara anecoica,
que absorbe las ondas electromagnéticas radiadas.
Además, para caracterizar las estructura en
pruebas en toda la banda de frecuencias predeterminada, el generador
de señal del analizador de red debe entregar una multiplicidad de
señales sinusoidales que barren dicha banda de frecuencias.
La invención trata de remediar estos
inconvenientes creando un dispositivo capaz de efectuar con
precisión las medidas de caracterización electromagnética, que sea
además simple y poco costoso.
Por lo tanto, la invención tiene por objeto un
dispositivo de caracterización electromagnética de una estructura en
pruebas terminada en conectores unidos a líneas de transmisión de
impedancia cualquiera, por medio de la evaluación, en una banda de
frecuencias predeterminada, de parámetros de reparto de esta
estructura y de parámetros característicos de las radiaciones
parásitas de esta estructura, que comprende un generador de señal
eléctrica, medios de transmisión de esta señal eléctrica a la
estructura en pruebas, medios de análisis de la señal emitida por el
generador, así como de las señales reflejadas por la estructura y de
las señales transmitidas por la estructura, medios de análisis que
comprenden medios de cálculo de los parámetros de reparto y de los
parámetros característicos de las radiaciones de la estructura en
pruebas, caracterizado por el hecho de que el generador de señal
eléctrica es un generador de una señal de impulsos, cuyo espectro es
por lo menos tan ancho como dicha banda de frecuencias
predeterminada, estando el generador adaptado para emitir por lo
menos una vez esta señal de impulsos, y por el hecho de que los
medios de análisis comprenden medios de filtrado temporal de las
señales que reciben, para la eliminación de señales parásitas.
De este modo, el dispositivo de caracterización
electromagnética según la invención permite caracterizar la
estructura en pruebas, sobre toda la banda de frecuencias
predeterminada, por medio de la generación de una sola señal de
impulsos cuyo espectro cubre esta banda de frecuencias, pudiendo
esta señal de impulsos ser emitida una o varias veces por el
generador.
Además, las señales recibidas en retorno por los
medios de análisis del dispositivo de caracterización
electromagnética son igualmente señales de impulsos, ya se trate de
señales reflejadas y transmitidas por la estructura en pruebas o
señales parásitas.
De este modo, como los medios de análisis
comprenden además medios de filtrado temporal de estas señales, es
sencillo para ellos eliminar las señales parásitas, sin necesitar la
instalación del dispositivo en una cámara anecoica.
El dispositivo de caracterización
electromagnética según la invención puede comprender además una o
varias de las características siguientes:
- -
- cuando la estructura en pruebas está terminada en conectores multifilares, el dispositivo comprende además medios de adaptación de impedancia y de modo de propagación dispuestos entre estos conectores multifilares y el resto del dispositivo;
- -
- cuando la estructura en pruebas está terminada en conectores, cada uno de ellos unido por lo menos a una línea bifilar, los medios de adaptación comprenden una pluralidad de adaptadores de cada línea bifilar, dispuestos a ambas partes de la estructura en pruebas, cada uno de los cuales comprende un circuito divisor de tensión y un borne de conexión bifilar formado por los dos conectores centrales de dos cables coaxiales cuyos conductores exteriores son cortocircuitados;
- -
- el dispositivo comprende además medios de transmisión de la señal de impulsos sola, a los medios de análisis para la entrega de una señal de referencia a éstos;
- -
- la amplitud de la banda de frecuencias predeterminada es superior o igual a 1 GHz;
- -
- la señal de impulsos es una señal de impulsos de forma general gaussiana;
- -
- los medios de análisis comprenden una primera vía de tratamiento de la señal emitida por el generador y de la señal reflejada por la estructura en pruebas, que comprende por lo menos una vía de recepción y una segunda vía de tratamiento de la señal transmitida por la estructura en pruebas que comprende por lo menos una vía de recepción;
- -
- los medios de filtrado temporal comprenden primeros medios de selección entre instantes predeterminados por una parte de las señales recibidas por la primera vía de tratamiento, parte que contiene únicamente la señal reflejada por la estructura en pruebas, y de los segundos medios de selección entre instantes predeterminados, por una parte de las señales recibidas por la segunda vía de tratamiento, parte que contiene únicamente la señal transmitida por la estructura en pruebas;
- -
- medios de prolongación por continuidad de dicha parte que contiene únicamente la señal transmitida por la estructura en pruebas, para la reconstitución de esta señal transmitida, están asociados a dichos segundos medios de selección;
- -
- la estructura en pruebas es un conector de enlaces multifilares;
- -
- los medios de cálculo comprenden medios de cálculo de la tasa de potencia radiada por la estructura en pruebas; y
- -
- cuando la estructura en pruebas es un conector de enlaces multifilares, los medios de cálculo comprenden medios de cálculo del campo radiado por este conector, cuando éste es utilizado en la implementación de una unión entre un emisor y un receptor de señales eléctricas.
La invención tiene igualmente por objeto un
procedimiento de caracterización electromagnética de una estructura
en pruebas terminada en conectores unidos a líneas de transmisión de
una impedancia cualquiera, por medio de la evaluación, en una banda
de frecuencias predeterminada, de parámetros de reparto de esta
estructura y de parámetros característicos de las radiaciones
parásitas de esta estructura, procedimiento que comprende las etapas
siguientes:
- -
- la emisión, por lo menos una vez, por medio de un generador de una señal eléctrica hacia la estructura en pruebas;
- -
- la recepción de la señal emitida por el generador, así como de las señales reflejadas por la estructura y de las señales transmitidas por la estructura, por medios de análisis; y
- -
- el cálculo por los medios de análisis de los parámetros de reparto de la estructura en pruebas y de los parámetros característicos de las radiaciones parásitas de esta estructura,
caracterizado por el hecho de que la señal
eléctrica es una señal de impulsos de amplitud espectral superior a
dicha banda de frecuencias predeterminada, y por el hecho de que el
procedimiento comprende además una etapa de filtrado temporal de las
señales recibidas por los medios de análisis, para la eliminación de
señales parásitas.
La invención será mejor comprendida con la
lectura de la descripción siguiente, dada únicamente a título de
ejemplo y hecha en referencia a los dibujos anexos, en los
cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática de la
estructura general de un dispositivo según un primer modo de
realización de la invención;
- la figura 2 representa la evolución temporal y
el espectro de un impulso entregado por un generador del dispositivo
de la figura 1;
- la figura 3 representa esquemáticamente la
estructura de medios de análisis del dispositivo de la figura 1;
- la figura 4 es una vista esquemática de la
estructura general de un dispositivo según un segundo modo de
realización de la invención;
- la figura 5 es una vista esquemática de medios
de adaptación del dispositivo de la figura 4;
- la figura 6 es una vista esquemática de la
estructura general de un dispositivo de suministro de una señal de
referencia a los medios de análisis de la figura 3;
- las figuras 7A a 7D representan la evolución de
una señal recibida y tratada por una primera vía de tratamiento de
los medios de análisis de la figura 3;
- las figuras 8A a 8D representan la evolución de
una señal recibida y tratada por una segunda vía de tratamiento de
los medios de análisis de la figura 3; y
- la figura 9 es una vista esquemática de un
enlace entre un emisor y un receptor, que utilizan conectores
probados por el dispositivo de la figura 1.
El dispositivo de caracterización
electromagnética representado en la figura 1 comprende una
estructura en pruebas 2 constituida por un conector de cables
coaxiales de impedancia 50 Ohmios, un generador de impulsos 4 y
medios de análisis 6.
Un primer cable coaxial de transmisión 8 está
dispuesto entre el generador de impulsos 4 y el conector 2.
Comprende un extremo 8a conectado a la salida del generador de
impulsos 4 y otro extremo 8b conectado a un primer borne 2_{1} del
conector 2.
Un segundo cable coaxial de transmisión 10 está
dispuesto entre el conector 2 y una carga 12. Un extremo 10a de este
segundo cable 10 está conectado a la carga 12, mientras que el otro
extremo 10b del segundo cable 10 está conectado a un segundo borne
2_{2} del conector 2.
Una sonda 14 está dispuesta en el primer cable de
transmisión 8, para recoger una señal emitida por el generador de
impulsos 4 y una señal reflejada por el conector 2.
Una sonda 16 está dispuesta en el segundo cable
de transmisión 10, para recoger una señal transmitida por el
conector 2.
Un tercer cable de transmisión 18 está dispuesto
entre los medios de análisis 6 y la sonda 14. Un primer extremo 18a
de este tercer cable 18 está conectado a una primera vía de
recepción 20 de los medios de análisis 6, mientras que su otro
extremo 18b está conectado a la sonda 14.
Un cuarto cable de transmisión 22 está dispuesto
entre los medios de análisis 6 y la sonda 16. Un primer extremo 22a
de este cuarto cable de transmisión 22 está conectado a una segunda
vía de recepción 24 de los medios de análisis 6, mientras que su
otro extremo 22b está conectado a la sonda 16.
El dispositivo del tipo descrito anteriormente
está montado en sentido directo.
Permite a la primera vía de recepción 20 recibir
la señal emitida por el generador de impulsos 4 y la señal reflejada
por el conector 2 al nivel de su primer borne 2_{1}. Además
permite a la segunda vía de recepción 24 recibir la señal
transmitida por el conector 2 al nivel de su segundo borne
2_{2}.
Sin embargo es posible invertir el generador de
impulsos 4 y la carga 12, de modo que la carga 12 se conecte al
extremo 8a del primer cable de transmisión 8 y que el generador de
impulsos 4 se conecte al extremo 10a del segundo cable de
transmisión 10. En este caso, el dispositivo se monta en sentido
inverso.
El dispositivo montado en sentido inverso permite
a la segunda vía de recepción 24 recibir la señal emitida por el
generador de impulsos 4 y la señal reflejada por el conector 2 al
nivel de su segundo borne 2_{2}. Además permite a la primera vía
de recepción 20 recibir la señal transmitida por el conector 2 al
nivel de su primer borne
2_{1}.
2_{1}.
El generador de impulsos 4 utilizado es por
ejemplo el generador conocido con la referencia PSPL2600C y
comercializado por la sociedad PICOSECOND PULSE LABS. Este generador
presenta una impedancia de salida de 50 Ohmios.
Como se representa en la figura 2, este generador
de impulsos 4 suministra una señal de impulsos 26 que presenta una
primera parte 28 de forma gaussiana de corta duración, seguida de
una segunda parte 30 lineal de débil amplitud, pero que tiende más
lentamente a 0.
Se observa que la banda pasante a -20dB de esta
señal de impulsos 26 es superior a 1,5 GHz.
Las sondas 14 y 16 utilizadas son preferiblemente
del tipo PSPL5520C comercializados por la sociedad PICOSECOND PULSE
LABS. Presentan una impedancia de 50 Ohmios y una banda pasante
superior a 3 GHz.
Los cables de transmisión 8, 10, 18 y 22
utilizados son de tipo clásico. Presentan una impedancia de 50
Ohmios y permiten la propagación de la señal de impulsos entregada
por el generador 4, así como de la señal de impulsos reflejada y de
la señal de impulsos transmitida por el conector 2, sin deformar su
forma temporal y, por consiguiente, sin alterar su contenido
espectral.
Los medios de análisis 6 comprenden por ejemplo
un osciloscopio de muestreo directo, como el osciloscopio TDS 694C
comercializado por la sociedad TEKTRONIX. Este osciloscopio permite
la adquisición de una señal de una sola vez, para un número de
muestras y una resolución vertical limitados.
Pero los medios de análisis 6 comprenden
preferiblemente un osciloscopio de muestreo secuencial, como el
osciloscopio TDS 820 comercializado por la sociedad TEKTRONIX.
La utilización de un osciloscopio de este tipo
necesita que el generador de impulsos 4 emite una pluralidad de
señales de impulsos idénticas a intervalos regulares.
Entonces el osciloscopio digital 6 extrae
periódicamente muestras, según un período ligeramente superior al
período de emisión de las señales de impulsos. Este período de
extracción de muestras está regulado en función del número total de
muestras a extraer y el número de señales de impulsos a emitir por
el generador es igual al número de muestras a extraer en el curso de
una medida.
Como contrapartida, este osciloscopio permite la
adquisición de una señal, con un número de muestras y una resolución
vertical netamente superiores a los permitidos por un osciloscopio
de muestreo directo.
Los medios de análisis 6 comprenden igualmente,
por ejemplo, un microordenador unido al osciloscopio, para efectuar
una parte de los tratamientos y cálculos que permiten la
determinación de los parámetros de reparto del conector 2 y de los
parámetros característicos de las radiaciones parásitas de este
conector, como especialmente la potencia y el campo radiados por el
conector 2.
En referencia a la figura 3, las vías primera y
segunda de recepción 20 y 24 de los medios de análisis 6 del
dispositivo de características electromagnéticas montado en sentido
directo reciben señales eléctricas captadas por las sondas 14 y 16.
A su salida suministran señales digitales, obtenidas por muestreo de
estas señales eléctricas.
La señal suministrada por la primera vía de
recepción 20, que contiene la señal 26 emitida por el generador de
impulsos 4, la señal reflejada por el conector 2 y señales
parásitas, es transmitida a una entrada de un substractor 34. Una
segunda entrada del substractor 34 está conectada a una memoria 36
de tipo RAM, conectada además a la primera entrada 20. En esta
memoria 26 se almacenan datos relativos a la señal 26 emitida por el
generador de impulsos 4.
Estos datos son grabados durante una etapa de
suministro de una señal de referencia, que será descrita
posteriormente.
El substractor 34 suministra en su salida una
señal a un filtro 38 de los medios 32 de filtrado temporal. Este
último efectúa una selección temporal de una parte de dicha señal,
entre dos instantes predeterminados T0 y T1.
La primera vía de recepción 20, el substractor 34
y el filtro 38 constituyen una primera vía de tratamiento de los
medios de análisis 6.
El tratamiento de la señal procedente de la
primera vía de recepción 20, por medio de esta primera vía de
tratamiento será descrito en referencia a las figuras 7A a 7D.
Permite obtener al final del tratamiento, únicamente la señal
reflejada por el conector 2.
Entonces la señal entregada a la salida del
filtro 38 es transmitida por los medios de filtrado temporal 32 a un
circuito 40 de cálculo de espectro.
El circuito 40 de cálculo de espectro está
conectado además a la memoria 36, lo que le permite recibir
igualmente en su entrada la señal 26 emitida por el generador de
impulsos 4.
El circuito 40 está adaptado para calcular el
espectro de una señal entregada a su entrada.
En los medios de filtrado 32, la señal muestreada
suministrada por la segunda entrada 24 de los medios de análisis 6,
que comprende la señal transmitida por el conector 2 y señales
parásitas, es transmitida a un filtro 42 de los medios 32 de
filtrado temporal, que efectúa una selección temporal de una parte
de esta señal entre dos instantes predeterminados T2 y T3.
La señal suministrada a la salida del filtro 42
es transmitida por los medios 32 de filtrado temporal a medios 44 de
prolongación por continuidad de esta señal.
La segunda vía de recepción 24, el filtro 42 y
los medios 44 de prolongación por continuidad constituyen una
segunda vía de tratamiento de los medios de análisis 6.
El tratamiento de la señal procedente de la
segunda vía de recepción 24, por esta segunda vía de tratamiento,
será descrito en referencia a las figuras 8A a 8D. Permite obtener,
al final del tratamiento, únicamente la señal transmitida por el
conector 2.
La señal suministrada a la salida de los medios
44 de prolongación por continuidad es transmitida al circuito 40 de
cálculo de espectro.
El circuito 40 de cálculo de espectro está
conectado en salida a un calculador 41 al que suministra los
coeficientes espectrales de la señal 26 emitida por el generador de
impulsos 4, de la señal reflejada por el conector 2 y de la señal
transmitida por este mismo conector 2, después de haber efectuado el
cálculo de su espectro.
El calculador 41 está adaptado para suministrar
los parámetros de reparto del conector 2, así como los parámetros
característicos de las radiaciones parásitas de este conector, a
partir de estos coeficientes espectrales.
Comprende medios 41a de cálculo de los parámetros
de reparto del conector 2, medios 41b de cálculo de la potencia
radiada por el conector 2 y medios 41c de cálculo del campo radiado
por el conector 2. Su funcionamiento será detallado a
continuación.
Los medios de análisis 6 representados en la
figura 3 han sido descritos de acuerdo con el dispositivo
representado en la figura 1, es decir en sentido directo.
Cuando el dispositivo de caracterización
electromagnética está montado en sentido inverso, conviene unir la
primera vía de recepción 20 al filtro 42 y la segunda vía de
recepción 24 al substractor 34 y a la memoria RAM 36.
De este modo, los medios de análisis 6 están
adaptados para que la primera vía de tratamiento esté constituida
por la segunda vía de recepción 24, el substractor 36 y el filtro
38, y para que la segunda vía de tratamiento esté constituida por la
primera vía de recepción 20, el filtro 42 y los medios 44 de
prolongación por continuidad. Esta adaptación es automática y
efectuada por medios lógicos.
El dispositivo de caracterización
electromagnética representado en la figura 4 se refiere a otro modo
de realización posible de la invención. Comprende, en este caso, una
estructura en pruebas 2 constituida por un conector de enlaces
multifilares, cuya impedancia es diferente de 50 Ohmios. La
descripción de la figura 4 se limitará al caso de un conector de
enlaces multifilares de impedancia de 100 Ohmios.
En este medio de realización, en el cual el
dispositivo está montado en sentido directo, el generador de
impulsos 4, los medios de análisis 6, la carga 12, las sondas 14 y
16, los cables de transmisión tercero y cuarto 18 y 22, son
idénticos a los descritos en referencia a la figura 1 y están
dispuestos de la misma manera.
Por el contrario, cuando el conector 2 es un
conector de enlaces bifilares, los cables de transmisión primero y
segundo 8, 10, no pueden estar unidos directamente a los bornes
2_{1} y 2_{2} de este conector.
De este modo, el primer cable de transmisión 8
está conectado por una parte, a través de su extremo 8a al generador
de impulsos 4, y por otra parte a través de su extremo 8b a un
primer adaptador 46. El segundo cable de transmisión 10 está, a su
vez, conectado por una parte, a la carga 12 a través de su extremo
10a y por otra parte a un segundo adaptador 48 a través de su
extremo 10b.
Además el primer adaptador 46 está conectado al
borne 2_{1} del conector bifilar 2 por medio de una unión bifilar
50 y el segundo adaptador 48 está conectado además al borne 2_{2}
del conector bifilar 2 por medio de una unión bifilar
52.
52.
Los adaptadores primero y segundo 46 y 48 deben
realizar una adaptación entre un modo de propagación coaxial de una
señal en los cables 8 y 10 y un modo de propagación diferencial en
las uniones bifilares 50 y 52.
Además, dado que el conector 2 presenta una
impedancia de 100 Ohmios, mientras que el generador 4, los medios de
análisis 6, los cables 8, 10, 18 y 22, las sondas 14 y 16 tienen una
impedancia de 50 Ohmios cada uno, los adaptadores 46 y 48 deben
realizar además una adaptación de impedancia de 50 a 100 Ohmios.
Finalmente, los adaptadores 46 y 48 deben ser
bidireccionales.
Como estos adaptadores son idénticos, uno de
ellos, por ejemplo el adaptador 46, es representado en la figura 5.
Por ejemplo, comprende un circuito 54 divisor de tensión.
Este circuito 54 comprende un borne de entrada
coaxial 56, para recibir el extremo 8b del primer cable de
transmisión 8, y dos bornes de salida coaxiales 58, a los que se
conectan dos cables coaxiales 60 semirrígidos.
Los conductores exteriores de los dos cables
coaxiales 60 están soldados en su extremo opuesto a los bornes de
salida 58 para cortocircuitarlos y realizar así la adaptación de
impedancia. El alma central de cada uno de estos dos cables
coaxiales 60 está adaptada para recibir uno de los dos hilos de la
unión bifilar 50 ó 52.
El dispositivo descrito en referencia a las
figuras 4 y 5 puede estar adaptado simplemente para permitir la
caracterización de una estructura terminada en conectores de uniones
multifilares de 2n hilos, siendo n un número entero cualquiera.
En efecto, en este caso, una unión multifilar
puede ser considerada como n uniones bifilares. Cada una de estas n
uniones bifilares está conectada a un adaptador como el descrito en
referencia a la figura 5.
El dispositivo de caracterización
electromagnética comprende entonces n adaptadores como el adaptador
46, n adaptadores como el adaptador 48, n cables como el cable 8, n
cables como el cable 10, n cables como el cable 18, n cables como el
cable 22, n sondas como la sonda 14, n sondas como la sonda 16 y n
cargas como la carga 12.
Entonces conviene suministrar medios de análisis
6 que comprenden n vías de recepción como la vía de recepción 20 y n
vías de recepción como la vía de recepción 24.
El dispositivo de suministro de una señal de
referencia a los medios de análisis 6 representado en la figura 6
comprende el generador de impulsos 4 conectado al extremo 8a del
primer cable de transmisión 8. El extremo 8b del primer cable de
transmisión está conectado a la carga 12.
La sonda 14 está dispuesta en el primer cable de
transmisión 8 al nivel de su extremo 8b y está conectado al extremo
18b del tercer cable de transmisión 18.
El extremo 18a de este tercer cable de
transmisión 18 está conectado a la primera vía de recepción 20 de
los medios de análisis 6.
El funcionamiento de los medios de análisis 6 del
dispositivo representado en la figura 1, del dispositivo
representado en la figura 4 o del dispositivo representado en la
figura 6 es descrito a continuación.
Los medios de análisis 6 efectúan el cálculo de
cuatro parámetros S_{11}, S_{21}, S_{12} y S_{22} de reparto
de la estructura en pruebas 2. Los coeficientes S_{11} y S_{21}
representan respectivamente el coeficiente de reflexión y el
coeficiente de transmisión de la estructura en pruebas 2, cuando el
dispositivo es montado en sentido directo. Los coeficientes S_{22}
y S_{12} representan respectivamente el coeficiente de reflexión y
el coeficiente de transmisión de la estructura en pruebas 2, cuando
el dispositivo es montado en sentido inverso.
Por otra parte, los medios de análisis efectúan
el cálculo de la tasa \eta de potencia perdida por el conector 2
y el campo \overrightarrow{E} radiado por este conector 2,
deducidos de los parámetros de reparto S_{11}, S_{21}, S_{12}
y S_{22}.
En primer lugar, durante una etapa de suministro
de una señal de referencia a los medios de análisis 6, utilizada en
el dispositivo de calibrado representado en la figura 6, la primera
vía de recepción 20 de los medios de análisis 6 recibe la señal de
impulsos 26 emitida por el generador de impulsos 4 y captada por la
sonda 14. Después de haber sido muestreada por la primera vía de
recepción 20 de los medios de análisis 6, esta señal de impulsos es
almacenada en la memoria RAM 36.
Para el cálculo de los coeficientes de reflexión
S_{11} y S_{22}, en función de si el dispositivo está montado en
sentido directo o en sentido inverso, los medios de análisis 6
reciben en la entrada del substractor 34, una señal, como la
representada en la figura 7A.
Esta señal comprende la señal de impulsos 26
emitida por el generador de impulsos 4 cuya primera parte 28 de
forma gaussiana es recibida por los medios de análisis 6, antes de
un instante predeterminado T0. Esta señal comprende además la señal
de impulsos 62 reflejada por el conector 2, recibida por los medios
de análisis 6 entre el instante T0 y un instante T1
predeterminado.
Finalmente, esta señal comprende ecos parásitos
64, recibidos por los medios de análisis 6 más allá del instante
T1.
En referencia a la figura 7B, la señal entregada
por el substractor 34 al filtro 38, después de la substracción de la
señal de impulsos 26 almacenada en la memoria RAM 36, comprende una
señal 66 residual de la parte gaussiana de la señal de impulsos 26.
Esta señal residual 66 es recibida por los medios de análisis 6
antes del instante T0. Entre los instantes T0 y T1, esta señal
comprende únicamente la señal de impulsos reflejada 62 a la que se
ha substraído la segunda parte 30 lineal de la señal de impulsos 26.
Más allá del instante T1, esta señal comprende los ecos parásitos
64.
A continuación esta señal es modulada en el
filtro 38 por una función temporal representada en la figura 7C.
Esta función moduladora es una función cuadrada que toma el valor 1
entre los instantes T0 y T1 y nulo en el resto.
Por consiguiente, como se representa en la figura
7D, la señal suministrada al circuito 40 por los medios de análisis
6, no comprende más que la señal reflejada 62.
Para el cálculo de los coeficientes de
transmisión S_{21} y S_{12}, los medios 32 de filtrado temporal
reciben en la entrada del filtro 42, una señal, como la representada
en la figura 8A. Esta señal comprende la señal de impulsos 68
transmitida por el conector 2, que presenta una primera parte 70 de
forma gaussiana recibida por los medios de análisis 6 entre
instantes predeterminados T2 y T3, y una segunda parte 72 lineal que
se extiende más allá del instante T3. Esta señal comprende además
señales parásitas 74 recibidas por los medios de análisis 6 más allá
del instante T3, pero que se superponen a la segunda parte 72 de la
señal transmitida 68.
En el filtro 42, la señal representada en la
figura 8A está modulada por una función, como la representada en la
figura 8B.
Esta función moduladora es una función cuadrada
que vale 1 entre los instantes T2 y T3 y nula en el resto.
De este modo, como se representa en la figura 8C,
la señal suministrada a los medios 44 de prolongación por
continuidad es una señal desprovista de las señales parásitas 74,
pero que presenta una discontinuidad en el instante T3.
Como se representa en la figura 8D, los medios 44
de prolongación por continuidad efectúan una prolongación lineal por
continuidad de la señal representada en la figura 8C. En efecto,
esta señal truncada, es completada por una parte lineal, cuya
pendiente es igual a la pendiente de la señal truncada en la
proximidad del instante T3.
De este modo, la señal representada en la figura
8D, suministrada al circuito 40 por los medios de análisis 6, no
comprende más que la señal transmitida 68 por el conector 2.
El cálculo de los coeficientes espectrales del
impulso 26 emitido por el generador de impulsos 4, del impulso
reflejado por el conector 2 y del impulso transmitido por este mismo
conector 2, es efectuado por el circuito 40 de cálculo de espectro.
Este cálculo está considerado como clásico y no será detallado.
El cálculo de los parámetros S_{11}, S_{21},
S_{12} y S_{22} por los medios de cálculo 41a del calculador 41
necesita la utilización de un procedimiento de calibrado previo, a
fin de compensar errores sistemáticos, dependientes de la estructura
del dispositivo de caracterización electromagnética, como el
representado en la figura 1 o en la figura 4.
Este procedimiento de calibrado, así como el
cálculo de los parámetros de reparto por los medios de cálculo 41a,
están igualmente considerados como clásicos y no será descritos.
Por ejemplo, para el dispositivo representado en
la figura 1, el procedimiento de calibrado utilizado generalmente es
un procedimiento de calibrado clásico de tipo SOLT (Short Open Load
Thru).
El procedimiento de calibrado utilizado para el
dispositivo representado en la figura 4 es un procedimiento de
calibrado de tipo TRL (Thru, Reflect, Line). Un procedimiento de
calibrado de este tipo, así como un procedimiento de cálculo de los
parámetros de reparto para el dispositivo representado en la figura
4, es descrito en el artículo titulado "Improving TRL calibrations
of vector network analysers", de Don Metzger, publicado en
Microwave Journal, Mayo 1995, páginas 56 a 68.
A continuación, los medios de cálculo 41b
efectúan el cálculo de la tasa \eta de potencia radiada por el
conector 2. Esta tasa está dada por la fórmula siguiente (en sentido
directo):
\eta=1-|S_{11}|^{2}-|S_{21}|^{2}
Finalmente, los medios de cálculo 41c efectúan el
cálculo del campo \overrightarrow{E} radiado por el conector 2,
cuando este es utilizado en la implementación de una unión entre un
emisor y un receptor, como la representada en la figura 9.
El montaje representado en esta figura comprende
una línea de transmisión 74 de impedancia cualquiera, de longitud L
y de diámetro d, conectada por una parte a un emisor 76 por medio de
un conector 2a, como el conector 2, y está conectada a un receptor
78 por medio de otro conector 2b como el conector 2.
Además, esta línea de transmisión 74 está
dispuesta en una altura h, con respecto a un plano de masa 80 del
montaje.
Los conectores 2a y 2b pueden ser asimilados a
generadores de corriente de modo común I_{c1} e I_{c2}.
La corriente de modo común I_{c1} del conector
2a próximo al emisor 76, está dado por la fórmula siguiente:
I_{c1}=\sqrt{\frac{2\eta}{Z_{c}}},
\hskip1cmdonde
\hskip1cmZ_{c}=60ln\left(\frac{4h}{d}\right)
es la impedancia característica de
la línea de transmisión
74.
La corriente de modo común I_{c2} del conector
2b cercano al receptor 78, está dada por la fórmula siguiente:
I_{c2}=(1-\sqrt{\eta})I_{c1}e^{-j\beta
L}
donde
\hskip0.5cm\beta=\frac{2\pi f}{\lambda},
siendo f y \lambda la frecuencia y la longitud
de onda de una corriente que atraviesa la línea de transmisión
74.
El campo lejano \overrightarrow{E}_{1}
radiado por el montaje y debido a la presencia del conector 2a, es
entonces estimado en coordenadas polares, tomando el montaje como
origen, por la relación siguiente:
\overrightarrow{E}_{1}(r,\theta)=j\frac{k}{4\pi}Z_{0}\psi(r)sen\theta\frac{senX_{1}}{X_{1}}I_{c1}L2senY\overrightarrow{U}_{\theta}
con
\hskip0.5cmX_{1}=\frac{kL}{2}(cos\theta-1)
y
\hskip0.85cmY=\frac{2\pi h}{\lambda}sen\theta
o
\hskip0.85cmZ_{0}=120\pi
\hskip0.5cm\psi(r)=\frac{e-jkr}{r}
\hskip0.5cmk=\frac{2\pi f}{c}
El campo lejano E_{2} radiado por el montaje y
debido a la presencia del conector 2b es estimado por la relación
siguiente:
\overrightarrow{E}_{2}(r,\theta)=j\frac{k}{4\pi}Z_{0}\psi(r)sen\theta\frac{senX_{2}}{X_{2}}I_{c2}L2senY\left(-\overrightarrow{U}_{\theta}\right)
con
\hskip0.5cmX_{2}=\frac{kL}{2}(cos\theta+1)
y
\hskip0.85cmY=\frac{2\pi h}{\lambda}sen\theta
o
\hskip0.85cmZ_{0}=120\pi
\hskip0.5cm\psi(r)=\frac{e-jkr}{r}
\hskip0.5cmk=\frac{2\pi f}{c}
De este modo, el campo radiado total deviene:
\overrightarrow{E}(r,\theta)=j\frac{k}{4\pi}Z_{0}\psi(r)sen\theta\frac{senX_{1}}{X_{1}}I_{c1}L2senY\overrightarrow{U}_{\theta}
+j\frac{k}{4\pi}Z_{0}\psi(r)sen\theta\frac{senX_{2}}{X_{2}}I_{c2}L2senY(-\overrightarrow{U}_{\theta})
Se deduce el valor del módulo del campo total
radiado por el montaje en presencia de los conectores 2a y 2b, dado
por la relación siguiente:
|rE(r,\theta)|=\left|\frac{60\pi}{c}fLI_{c1}sen\theta
2senY\right|
\times\sqrt{\left(\left(\frac{senX_{1}}{X_{1}}-\frac{senX_{2}}{X_{2}}
\right)(1-\sqrt{\eta})cos\beta L\right)^{2}+\left(\left(
\frac{senX_{2}}{X_{2}} \right)(1-\sqrt{\eta})sen\beta
L\right)^{2}}
Aparece claramente que un dispositivo de
caracterización electromagnética según la invención permite
caracterizar la estructura 2 en pruebas sobre toda la banda de
frecuencias predeterminada, con la ayuda del impulso 26 emitido por
el generador de impulsos 4.
En efecto, los medios de análisis 6 poseen medios
32 de filtrado temporal que permiten la discriminación del impulso
emitido por el generador de impulsos 4, el impulso reflejado por el
conector 2, del impulso transmitido por este mismo conector 2, y el
rechazo de las señales parásitas.
Además, comprenden medios de cálculo de los
parámetros de dispersión del conector 2, de la tasa de potencia
radiada por el conector 2 y del campo radiado por este conector
2.
Claims (13)
1. Dispositivo de caracterización
electromagnética de una estructura (2) en pruebas terminada en
conectores unidos a líneas de transmisión de impedancia cualquiera,
por medio de la evaluación, en una banda de frecuencias
predeterminada, de parámetros de reparto de esta estructura (2) y de
parámetros característicos de las radiaciones parásitas de esta
estructura (2), que comprende un generador (4) de señal eléctrica,
medios (8) de transmisión de esta señal eléctrica a la estructura
(2) en pruebas, medios (6) de análisis de la señal emitida por el
generador (4), así como de las señales reflejadas por la estructura
(2) y de las señales transmitidas por la estructura (2), medios de
análisis (6) que comprenden medios (41) de cálculo de los parámetros
de reparto y de los parámetros característicos de las radiaciones de
la estructura en pruebas, caracterizado por el hecho de que
el generador (4) de señal eléctrica es un generador de una señal de
impulsos (26), cuyo espectro es por lo menos tan ancho como dicha
banda de frecuencias predeterminada, estando el generador adaptado
para emitir por lo menos una vez esta señal de impulsos (26), y por
el hecho de que los medios de análisis (6) comprenden medios (32) de
filtrado temporal de las señales que reciben, para la eliminación de
señales parásitas (64, 74).
2. Dispositivo de caracterización
electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado por
el hecho de que cuando la estructura (2) en pruebas está terminada
en conectores multifilares, el dispositivo comprende además medios
(46, 48) de adaptación de impedancia y de modo de propagación
dispuestos entre estos conectores multifilares y el resto del
dispositivo.
3. Dispositivo de caracterización
electromagnética según la reivindicación 2, caracterizado por
el hecho de que, cuando la estructura (2) en pruebas está terminada
en conectores, cada uno de ellos unido por lo menos a una línea
bifilar (50, 52), los medios (46, 48) de adaptación comprenden una
pluralidad de adaptadores de cada línea bifilar, dispuestos a ambas
partes de la estructura (2) en pruebas, cada uno de los cuales
comprende un circuito (57) divisor de tensión y un borne (58, 60) de
conexión bifilar formado por los dos conectores centrales de dos
cables coaxiales (60) cuyos conductores exteriores son
cortocircuitados.
4. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado por el hecho de que comprende además medios de
transmisión (8, 14, 12, 18) de la señal de impulsos (26) sola, a los
medios de análisis (6) para la entrega de una señal de referencia de
éstos.
5. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por el hecho de que la amplitud de la banda de
frecuencias predeterminada es superior o igual a 1 GHz.
6. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado por el hecho de que la señal de impulsos (26)
es la señal de impulsos de forma general gaussiana.
7. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado por el hecho de que los medios de análisis (6)
comprenden una primera vía (20, 34, 48) de tratamiento de la señal
emitida por el generador (4) y de la señal reflejada por la
estructura (2) en pruebas, que comprende por lo menos una vía de
recepción (20), y una segunda vía (24, 42, 44) de tratamiento de la
señal transmitida por la estructura (2) en pruebas que comprende por
lo menos una vía de recepción (24).
8. Dispositivo de caracterización
electromagnética según la reivindicación 7, caracterizado por
el hecho de que los medios (32) de filtrado temporal comprenden
primeros medios (38) de selección entre instantes predeterminados
por una parte de las señales recibidas por la primera vía de
tratamiento (20, 34, 38), parte que contiene únicamente la señal
reflejada por la estructura (2) en pruebas, y de los segundos medios
(42) de selección entre instantes predeterminados, por una parte de
las señales recibidas por la segunda vía de tratamiento (24, 42,
44), parte que contiene únicamente la señal transmitida por la
estructura (2) en pruebas.
9. Dispositivo de caracterización
electromagnética según la reivindicación 8, caracterizado por
el hecho de que medios (44) de prolongación por continuidad de
dicha parte que contiene únicamente la señal transmitida por la
estructura (2) en pruebas, para la reconstitución de esta señal
transmitida, están asociados a dichos segundos medios de selección
(42).
10. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado por el hecho de que la estructura (2) en
pruebas es un conector de enlaces multifilares.
11. Dispositivo de caracterización
electromagnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
10, caracterizado por el hecho de que los medios de cálculo
(41) comprenden medios (41b) de cálculo de la tasa de potencia
radiada por la estructura (2) en pruebas.
12. Dispositivo de caracterización
electromagnética según la reivindicación 11, caracterizado
por el hecho de que cuando la estructura (2) en pruebas es un
conector de enlaces multifilares, los medios de cálculo (41)
comprenden medios (41c) de cálculo del campo radiado por este
conector (2), cuando éste es utilizado en la implementación de una
unión entre un emisor (76) y un receptor (78) de señales
eléctricas.
13. Procedimiento de caracterización
electromagnética de una estructura (2) en pruebas terminada en
conectores unidos a líneas de transmisión de una impedancia
cualquiera, por medio de la evaluación, en una banda de frecuencias
predeterminada, de parámetros de reparto de esta estructura (2) y de
parámetros característicos de las radiaciones parásitas de esta
estructura (2), procedimiento que comprende las etapas
siguientes:
- -
- la emisión, por lo menos una vez, por medio de un generador (4) de una señal eléctrica hacia la estructura (2) en pruebas;
- -
- la recepción de la señal emitida por el generador (4), así como de las señales reflejadas por la estructura (2) y de las señales transmitidas por la estructura (2), por medios de análisis (6); y
- -
- el cálculo por los medios de análisis (6) de los parámetros de reparto de la estructura (2) en pruebas y de los parámetros característicos de las radiaciones parásitas de esta estructura (2),
caracterizado por el hecho de que la señal
eléctrica es una señal de impulsos (26) de amplitud espectral
superior a dicha banda de frecuencias predeterminada, y por el hecho
de que el procedimiento comprende además una etapa de filtrado
temporal de las señales recibidas por los medios de análisis (6),
para la eliminación de señales parásitas (64, 74).
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