Informe 8 Parametros S.docx

Laboratorio de Electrónica de Alta Frecuencia PRÁCTICA 8

Tema: PARÁMETROS S (Parte dos) PARÁMETROS S Los parámetros de dispersión son los coeficientes de reflexión y transmisión entre la onda incidente y la reflejada. Estos parámetros describen completamente el comportamiento de un dispositivo bajo condiciones lineales en determinado rango de frecuencia. Cada parámetro es caracterizado por magnitud, ganancias o pérdidas en decibeles y fase. A pesar de ser aplicables a cualquier frecuencia, los parámetros S son usados principalmente para redes que operan en radiofrecuencia (RF) y frecuencias de microondas. En general, para redes prácticas, los parámetros S cambian con la frecuencia a la que se miden, razón por la cual se debe especificar la frecuencia para cualquier medición de parámetros S, junto con la impedancia característica o la impedancia del sistema. En el contexto de los parámetros-S, dispersión se refiere a la forma en que las corrientes y tensiones que se desplazan en una línea de transmisión son afectadas cuando se encuentran con una discontinuidad debido a la introducción de una red en una línea de transmisión. Esto equivale a la onda encontrándose con una impedancia diferente de la impedancia característica de la línea. 1 La descripción de los parámetros es la siguiente:    

1

S11: Coeficiente de reflexión a la entrada o coeficiente de reflexión directa. S21: Coeficiente de transmisión directa o ganancia con la tensión directa. S22: Coeficiente de reflexión a la salida o coeficiente de reflexión inversa. S12: Coeficiente de transmisión o ganancia con la tensión inversa.

Medidas de Parámetros de Dispersión S. Juan Colombo, 2012

SIMULACION Caso a: Carga de 50 ohmios y Resistencia de generador 50 ohmios C2 10nF

C1 10nF

V1 -2/2V

R3 50

B R4 1Meg

1.59MHz

R8 50

L2 1uH

L1 1uH

A R2 10k

R1 50

R9 50

V2 -1/1V L4 1uH

1.59MHz

R7 10k R5 1meg

V3 -1/1V

50MHz

A frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

2.000MHz

4.000MHz

6.000MHz

8.000MHz

10.00MHz

A 0.1 de la frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

A 10 de la frecuencia de resonancia

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

Caso b: Carga de 50 ohmios y una impedancia en el generador de 50 ohmios y L de 1uH C2 10nF

C1 10nF

V1 -2/2V

L3 1uH

R3 50

B R4 1Meg

159kHz

A R2 10k

R1 50

R9 50

V2 -1/1V

159MHz

R8 50

L2 1uH

L1 1uH

L4 1uH

R7 10k R5 1meg

V3 -1/1

50MH

A frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.100 V

0.900 V

0.700 V

0.500 V

0.300 V

0.100 V

-0.100 V 0.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

A 0.1 de frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.100 V

0.900 V

0.700 V

0.500 V

0.300 V

0.100 V

-0.100 V 0.000MHz

3.000MHz

A 10 de frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.100 V

0.900 V

0.700 V

0.500 V

0.300 V

0.100 V

-0.100 V 0.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

Caso c: Impedancia de carga de 50 ohmios y L de 1 uH y una resistencia de generador de 50 ohmios C2 10nF

C1 10nF

V1 -2/2V

R3 50

R4 1Meg

1.59MHz

L2 1uH

L1 1uH

B

A R2 10k

R1 50

R9 50

L3 1uH

L4 1uH

V2 -1/1V

1.59MHz

R7 10k

1

A frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

A 0.1 de frecuencia de resonancia

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

A 10 de frecuencia de resonancia

A: r2_2 B: r3_2

1.000 V

0.800 V

0.600 V

0.400 V

0.200 V

0.000 V 0.000MHz

1.000MHz

2.000MHz

3.000MHz

DATOS OBTENIDOS Frecuencia de resonancia = 1.59 MHz Caso a: Carga de 50 ohmios y Resistencia de generador 50 ohmios Caso b: Carga de 50 ohmios y una impedancia en el generador de 50 ohmios y L de 1uH Caso c: Impedancia de carga de 50 ohmios y L de 1 uH y una resistencia de generador de 50 ohmios

A la frecuencia de resonancia Vo

Vin1

Vin2

CASO A

0.637

1.319

1.3116

CASO B

0.923

1.0718

1.982

CASO C

0.684

1.3157

1.3125

Vo

Vin1

Vin2

CASO A

0.995

0.995

0.995

CASO B

0.993

1

1.9871

CASO C

0.994

0.995

0.99557

Vo

Vin1

Vin2

CASO A

0.986

1.0064

1.0663

CASO B

0.509

0.514

1.9857

CASO C

1.57

1.57

1.57

A 0.1 veces las frecuencia de resonancia

A 10 veces la frecuencia de resonancia

PREGUNTAS SOBRE LA PRÁCTICA 1. Construir las matrices de los parámetros S e incluir las respuestas en frecuencia para cada caso CASO A: Carga (50 ohm) Generador(50 ohm) 1.59MHz

15.9Mhz

0,39 0,637 0,637 0,39 Frecuencia (dB) -8,18 -3,92 -3,92 -8,18

159kHz

0,006 0,987

0,986 0,006

-0,00449 0,995

0,995 -0,00449

-44,44 -0,11

-0,12 -44,44

-46,96 -0,04

-0,04 -46,96

CASO B: Carga (50 ohm) Generador(50 ohm y L 1uH) 1.59MHz

15.9Mhz

0,0718 0,923 0,923 0,982 Frecuencia (dB) -22,88 -0,70 -0,70 -0,16

159kHz

-0,4856 0,509

0,509 0,9857

0,001 0,993

0,993 0,987

-6,27 -5,87

-5,87 -0,13

-60,00 -0,06

-0,06 -0,11

CASO C: Carga (50 ohm y L 1uH) Generador(50 ohm) 1.59MHz 0,3157 0,684 0,684 0,3125 Frecuencia (dB) -10,01 -3,30 -3,30 -10,10

15.9Mhz

159kHz

0,57 1,57

1,57 0,57

-0,005 0,994

0,994 -0,00443

-4,88 3,92

3,92 -4,88

-46,02 -0,05

-0,05 -47,07

2. ¿Cuál es el comportamiento de los parámetros S en función de la frecuencia y de las impedancias de carga y del generador? Al probar el circuito en una frecuencia distinta a la frecuencia de resonancia, sus parámetros S varían de forma que los coeficientes de transferencia (s12 y s21) disminuyen notablemente, indicándonos que el bloque no transfiere nada a su salida. Por otra parte los coeficientes de reflexión (s11 y s22) aumentan significativamente, indicando el rebote que presenta el bloque.

Al variar el tipo de carga e impedancia en generador se pudo notar que al tener una carga con reactancia inductiva los coeficientes de transferencia se mantuvieron pero los de reflexión de reflexión aumentaron levemente. EN el caso de tener una reactancia en el generador y una carga resistiva los coeficientes de transferencia disminuyeron notablemente. En los coeficientes de reflexión se notó que mientras S11 aumentó considerablemente, S22 disminuyó a ser casi cero.

3. ¿Cuál es el comportamiento de la respuesta en frecuencia en función de las impedancias de carga y del generador? En la simulación se observó una caída en el voltaje de salida del bloque en el punto cercano a la frecuencia de resonancia. Esta respuesta tuvo las mínimas variaciones con respecto al tipo de carga y a la frecuencia en la que se trabajaba

4. Graficar los parámetros S en función de la frecuencia. Los gráficos obtenidos en las simulaciones se presentaron anteriormente.

5. ¿Qué significa el acoplamiento de un circuito en términos de los parámetros S y de la respuesta en frecuencia? El acoplamiento está indicado en los valores de S11 y S22, mientras estos valores sean pequeños significa que los puertos 1 y 2 están acoplados. De haber una gran diferencia uno de los dos puertos no está acoplado. Mientras que los valores de los coeficientes de transferencia (S21 y S12) depende de como está actuando el circuito. En el caso de ser “cero” el circuito no transfiere nada. Al tener valor de 1 significa que transfiere todo lo que entra, si es un valor real positivo es que está amplificando la señal, caso contrario al ser negativo, la señal está atenuándose. Si presenta un valor en la parte imaginaria indica que hay un desfasaje en las señales

Conclusiones Lelia Armijos Los parámetros S nos indican el comportamiento de un circuito a una determinada frecuencia y con una señal incidente. La matriz de dispersión da resultados de los coeficientes de transferencia y reflexión de acuerdo al punto de vista de los puertos, entrada o salida. Estos coeficientes pueden ser obtenidos a partir de mediciones de voltajes y corrientes del circuito En la simulación se añadió un circuito en el punto del voltaje de entrada del bloque, que consistió en una fuente AC y una resistencia de valor alto, de forma que no circule corriente a través de ésta. De esta forma se pudo medir el coeficiente S11. Al variar la frecuencia, los coeficientes de reflexión aumentaron, mientras que los coeficientes de transferencia disminuyeron. Por otra parte al variar la carga se pudo ver como el coeficiente de transferencia aumentó en un solo puerto mientras que en el otro disminuyó

Reynaldo Quelal Los valores de los parámetros S dependen del voltaje reflejado y el voltaje incidente; para todos los puertos de la red, las ondas de potencia reflejadas pueden definirse en términos de la matriz de parámetros-S. Se hizo la medición de los voltajes y corrientes en cada uno de los casos de los circuitos para poder obtener el valor de la impedancia; se midió el desfase que existe entre el voltaje y la corriente. No se pudo medir los parámetros S de forma directa en el circuit maker, por lo que se tomó valores necesarios de voltajes para la obtención de éstos y formar la matriz. La matriz de parámetros S nos indica si el circuito es un atenuador como lo fue en este caso , un amplificador un defasador, o si está o no correctamente acoplado el circuito, al modificar la carga se observó que no se acoplo bien el circuito por lo que los valores nos salieron mayores.