¿Por qué una onda no entra en un cable? Entendiendo TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo)

He estado haciendo algunas medidas TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo) que implican enviar pulsos gaussianos a través de un cable y medir el parámetro s11 (reflexión).

En esta medida, pude ver que a partir de alguna frecuencia, la mayor parte del pulso se reflejaba en el comienzo del cable y no entraba (o no parecía entrar) en el cable. Esta reflexión ocurre debido a la diferencia de la impedancia del cable y la impedancia de la fuente, pero parece ser más importante a frecuencias más altas.

El efecto de que la onda no entrara en el cable también se debió en parte a la mayor atenuación a frecuencias más altas. De todos modos, el pico de la reflexión al principio también era mucho mayor en las frecuencias más altas.

Entonces...

¿Es porque la onda no se puede difractar (¿o refractar?) en el cable por su pequeña longitud de onda?

¿O es porque la diferencia entre las impedancias de la fuente y el cable ha aumentado, por lo que el coeficiente de reflexión ha aumentado? Si ambas impedancias dependen de la frecuencia, la diferencia no debería crecer tanto, ¿o qué?

25 MHzingrese la descripción de la imagen aquí

250 MHzingrese la descripción de la imagen aquí

1GHzingrese la descripción de la imagen aquí

¿Podría proporcionar más detalles, como el rango de frecuencia, el tipo de cable (por ejemplo, coaxial), la impedancia de la fuente, la longitud del cable?
¿Mantuvo constante la impedancia de la fuente del pulso en todo el rango de frecuencias?
Trabajo en un rango de frecuencia de unos 25 MHz a 3 GHz y trabajo con varios tipos de cables, coaxiales, cables apantallados de baja tensión... La respuesta de los coaxiales suele ser mejor claro, pero sobre todo porque el conector es mejor (conector N). La impedancia de la fuente (un VNA) es de 50 ohmios cada vez.
¿Puede incluir algunos gráficos/gráficos de cómo se ven sus resultados de TDR?
El primero es para 25 MHz, el segundo 250 MHz y el tercero 1 GHz
Lo siento. Realmente no 'entiendo' estas tramas tdr. ¿Qué es el eje -1 a 1?
¿Cuáles son las unidades del eje X?
Downvote lo bloqueó hasta las ediciones. Lo habría vuelto a subir después de los comentarios informativos, pero así es.
rechazado por falta de claridad, gráficos, etc. Esto tiene las características de una gran pregunta.
La pregunta sería un recurso mucho mejor para futuros lectores si dejaras las tramas.
NB: un TDR es reflectometría en el dominio del tiempo. Entonces, el eje x debería ser TIEMPO ... Y no está destinado a "medir" S11 ..., pero VNA puede hacerlo. TDR está destinado a medir los "defectos" de los cables (tipo, longitud...)... y localizar DONDE están...

Respuestas (2)

He estado haciendo algunas medidas TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo) que implican enviar pulsos gaussianos a través de un cable y medir el parámetro s11 (reflexión).

Pero en los comentarios dices que la fuente de tu señal es un VNA.

Un VNA no puede hacer la medida que describe. No puede producir un pulso gaussiano.

Lo que puede hacer es producir estímulos sinusoidales a diferentes frecuencias. Luego barrer la frecuencia para obtener el parámetro de dispersión S 11 .

Luego puede hacer un análisis matemático para decirle cómo se vería la reflexión en el dominio del tiempo, asumiendo que el sistema es lineal.

Pude ver que a partir de alguna frecuencia, la mayor parte del pulso se reflejaba en el comienzo del cable y no entraba (o no parecía entrar) en el cable. Esta reflexión ocurre debido a la diferencia de la impedancia del cable y la impedancia de la fuente, pero parece ser más importante a frecuencias más altas.

Si está viendo un reflejo dependiente de la frecuencia, entonces algo en su sistema no tiene un comportamiento consistente en todas las frecuencias. Algunas posibilidades son

  • Su línea de transmisión no mantiene su impedancia característica a altas frecuencias. También puede convertirse en una línea de transmisión multimodo a frecuencias suficientemente altas.

  • Sus conectores no son ideales en frecuencias más altas. Pueden tener algún exceso de capacitancia o inductancia que provoque un reflejo. El exceso de capacitancia en derivación causaría un reflejo negativo a altas frecuencias y el exceso de inductancia en serie causaría un reflejo positivo a altas frecuencias, cuando se ve en un TDR. Sin embargo, es posible que los parásitos de un conector no sean lo suficientemente simples como para modelarlos con un solo elemento parásito.

  • Si está probando con un VNA, es poco probable que la fuente no funcione de manera consistente en las frecuencias que puede producir. Sin embargo, si no calibró el sistema correctamente (una calibración de carga corta abierta es mejor, pero incluso una calibración de respuesta corta probablemente esté bien si no necesita una precisión perfecta), podría ver algunos problemas.

Editar

Gracias por incluir las tramas.

Lo que está viendo no es que el reflejo sea diferente en diferentes frecuencias, sino que la forma en que está midiendo, está filtrando efectivamente la respuesta con un filtro de paso bajo. A medida que reduce la frecuencia de corte de este filtro, está borrando el reflejo en el tiempo. Pero no está agregando energía al reflejo, por lo que la amplitud máxima debe disminuir a medida que aumenta el ancho del pulso.

Si tiene un VNA y quiere ver cómo el reflejo depende de la frecuencia, sería más claro trazar |S 11 | frente a frecuencia.

Es cierto que el VNA no envía directamente el pulso gaussiano, pero hace un cálculo interno para producir el mismo efecto. Con el VNA obtienes la H(w) del cable, luego esto se multiplica por el gaussiano en el dominio de la frecuencia (la señal X(w)) y lo que obtienes es la Y(w). Con un IFFT obtienes tu y(t) que es tu refletografía TDR. Entonces, ¿consideras que no tiene nada que ver con la geometría del conector? ¿Lo que estás diciendo es que se crea una L parásita en el conector que eleva la impedancia del conector?
@Xabi, ¿puedes compartir tus resultados de TDR? ¿Cómo sabes que la reflexión ocurre principalmente a altas frecuencias?
No entiendo por qué dices que estoy filtrando la señal. ¿Qué pasó con la otra respuesta? Decía que el efecto piel puede cambiar la impedancia del cable... ¿Es eso cierto? Entonces, en su opinión, se refleja la misma proporción de energía, pero como el pico en alta frecuencia es más delgado, ¿también es más alto?
El tipo que hizo la otra respuesta tiene un historial de abuso del sitio, por lo que sus respuestas (y cuentas) se eliminan cada vez que aparece.
En cuanto a por qué está filtrando ... Sus gráficos no muestran signos de que el reflejo sea diferente en diferentes frecuencias. Muestran que cuando cambia el rango de frecuencia de la medición utilizada (con todas esas matemáticas) para estimar la respuesta de reflexión, mide un resultado diferente. Si hubiera un reflejo selectivo a, digamos, 500 MHz, casi no vería ningún reflejo cuando mida con un ancho de banda de 25 MHz y vería una respuesta de timbre cuando mida con un ancho de banda de 1 GHz.
Entonces crees que el coeficiente de reflexión es el mismo. Pero la amplitud del pulso gaussiano multiplicado por la frecuencia es siempre la misma (uno), por lo que estoy enviando señales gaussianas más delgadas de la misma altura cada vez. ¿Por qué debería tener una respuesta más alta (en el eje y quiero decir) en frecuencias altas? Debería ser de la misma altura pero más delgado, ¿no?
Esto parece aproximadamente un largo de 1 pie de cable sin terminar. Me pregunto cuál es la longitud del cable y cómo se termina.
@BobbiBennett, en un TDR real, siempre ve un pulso en t ~ = 0, debido a que el sensor mide el pulso saliente. No estoy seguro de si el modo VNA TDR tiene este mismo comportamiento (o lo simula deliberadamente), o si está sucediendo algo más.
Siento que las gráficas estén recortadas no puedo mostrar más por privacidad, pero la figura sigue y al final del reflectograma hay un pico por el circuito abierto del final. Este pico final es más pequeño con frecuencias más altas debido a la atenuación. El pico que ves se debe a un mal conector, si usas uno bueno los picos son mucho más pequeños.
El gráfico de 1 ghz tiene un pequeño bache en t=0, y el gran pico un poco después de eso. De ahí saqué la conjetura. Toda esta pregunta parece una mala interpretación de un comportamiento muy simple, por lo que podría resolverse con detalles como la longitud del cable y la calibración del eje.
Este comportamiento es independiente de la longitud del cable ya que ocurre cada vez que no se utiliza un conector muy bueno y de cualquier longitud. La calibración se realiza de 1 kHz a 2 GHz e incluso si calibro para la frecuencia máxima utilizada cada vez, los resultados son los mismos.
@BobbiBennett, tiene razón, si la escala x es de microsegundos y el cable tiene solo 30 cm de largo, entonces no obtendremos una resolución realmente buena de las funciones.
La escala x son segundos multiplicados por 1E-7
@Xabi, esa es una escala demasiado grande para saber qué está pasando a menos que sus características estén separadas por al menos 1,5 m más o menos.

Estoy observando cosas similares con mi FDR . A frecuencias de barrido más altas, las discontinuidades de impedancia son más evidentes. Creo que es porque las frecuencias más bajas son más indulgentes porque la longitud de onda es mucho mayor que la característica que causa la discontinuidad.

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