UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DEL SANNIO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni Corso di Misure su Reti di Telecomunicazioni Tesina I parametri S e strumentazione di misura Professore:Candidati: Pasquale DaponteTiziana Beltramonte Assunta De Vita Tutor:Raimondo Di Iorio Gioacchino TrugliaLaura Lanni Antonio Panaggio Anno accademico 2003/2004

Sommario Caratterizzazione di una rete > I parametri H > Richiami sulle linee di trasmissione > I parametri S La carta di Smith Analizzatore di rete Strumentazione virtuale: interfaccia strumento con LabView Risultati ottenuti

Caratterizzazione di una rete I parametri H Richiami sulle linee di trasmissione I parametri S

Caratterizzazione di una rete Variabili indipendenti eccitazioni Variabili dipendentirisposte

> Parametri H, Y, Z Parametri H Parametri Y Parametri Z Caratterizzazione di una rete

>Parametri H Variabili indipendenti: corrente porta 1 tensione porta 2 Variabili dipendenti: tensione porta uno e corrente porta 2 Caratterizzazione di una rete

Caratterizzazione dei circuiti - alte frequenze Difficoltà nella misura di tensione e corrente Difficoltà nel realizzare circuiti aperti e chiusi in un ampio range di frequenze Possibilità di distruzione dei componenti attivi λ paragonabile con le dimensioni del circuito: parametri distribuiti

>Richiamo sullo linee di trasmissione Soluzioni di tipo viaggiante Caratterizzazione di una rete

In particolare il coefficiente di riflessione per l=0 è: Caratterizzazione di una rete >Richiamo sullo linee di trasmissione: coefficiente di riflessione

Parametri S  Descrizione dei parametri circuitali di una rete  Caratterizzazione di una rete a due porte rete a due porte Caratterizzazione di una rete

I parametri S: determinazione della matrice di scattering matrice di scattering variabili indipendenti  alte frequenze Caratterizzazione di una rete

rete a due porte connessa al generatore e al carico Equazioni lineari che descrivono il quadripolo: In forma matriciale: > I parametri S: le misure Caratterizzazione di una rete

Determinazione dei parametri S 11 e S 21 : Con a 2 =0 Z L =Z 0 Considerando l’espressione di S 11 : con > I parametri S: le misure Caratterizzazione di una rete

La Carta di Smith

Prima della Carta di Smith….. Risoluzione a mano delle equazioni della teoria delle microonde Nel 1936….. P. Smith (Bell Labs) elaborò una carta circolare che vendette, entro il 1975, circa di copie Cenni Storici

Mapping tra 2 piani complessi (Z e  ). Sfrutta un diagramma circolare costituito da 2 serie di circonferenze tramite cui determinare la Z di una TL in ogni suo punto Possibilità di calcolare  e Z: La Carta di Smith

Curve a R costante Curve a X costante La Carta di Smith Prima serie di cerchi : centro sull'asse orizzontale punti della TL con Z (o Y) a parte reale costante. Seconda serie di cerchi : centro sulla retta perpendicolare al diametro orizzontale punti della TL con Z (o Y) a parte immaginaria costante.

La Carta di Smith

Carta delle Impedenze/ Ammettenze La carta converte, a vista, una Z nella corrispondente Y: basta ruotarla di 180  … Blu – Carta delle impedenze Rosso – Carta delle ammettenze La Carta di Smith

Carta delle Impedenze/ Ammettenze La Carta di Smith

Sul bordo esterno della carta sono rappresentati gli angoli e gli spostamenti lungo la TL, usando come misura la lunghezza d'onda ( ) 2 possibili versi di rotazione: orario (verso il generatore); antiorario (verso il carico). Muoversi sulla Carta di Smith La Carta di Smith

Calcolo del  La Carta di Smith Z 0 = 50  ; Z L = 60 + j 70   ~ 50° |  | ~ 0.3

La carta di Smith Rappresentazione grafica diretta, nel piano complesso, del coefficiente di riflessione. Utilizzata sia per calcolare sia l’impedenza che l’ammettenza di una TL. Adattamento di una TL tramite una semplice relazione grafica tra Z e Γ.

Analizzatori di rete

VANTAGGI: ad es. valutazione grado di purezza di un’onda sinusoidale Analisi armonica delle forme d’onda Osservazione del segnale elettrico: - dominio del tempo (oscilloscopio); - dominio della frequenza (analizzatore di spettro). Analizzatori di spettro e di rete

 analizzatori di segnale (Spectrum Analyzers); analizzatori di circuito (Network Analyzers). Analizzatori di spettro e di rete

Network Analyzer - Stesso principio dell'analisi in frequenza; Procedimento: invio di una sinusoide in ingresso al DUT misura di ampiezza e fase dell’uscita modifica della frequenza dell’ingresso misura di ampiezza e fase dell’ uscita (in modo iterativo in automatico). Rete a due porte (di ingresso e di uscita)

Schema di funzionamento del dispositivo per la misura dei parametri S S- Parameter Test set collegamento

Fase 1 : INIZIALIZZAZIONE DELL’ANALIZZATORE [Preset] [Meas Type] [Swept Network] Fase 2: SPECIFICA DEI PARAMETRI DI MISURA [Freq] [Start], [Stop] Fase 3 : CALIBRAZIONE DELLA MISURAZIONE Collegamento diretto tra la PORTA 1 e la PORTA 2 [Meas Type] [Meas Calibrate] [S21 CAL] [PORT 1- > 2 THRU] Fase 4 : MISURAZIONE DEL DUT Si è sostituito il corto circuito con il DUT [Port 1 Ref Dut] [S21 Cal Done] [Meas Restart] Fase 5: CONFIGURAZIONE DEL DISPLAY [Scale] [Autoscale] Procedura per la misura

Strumentazione Virtuale Collegamento PC-Analizzatore di rete

Strumentazione Virtuale Computer ad alte prestazioni e basso costo Sviluppo del SW e interfacce grafiche “STRUMENTI VIRTUALI”

Strumentazione Virtuale I componenti essenziali di uno strumento virtuale :  un computer con un monitor;  un SW ;  uno o più strumenti di misura;  un bus per la connessione strumenti - computer.

RS - 232: basso costo e limitate prestazioni in termini di velocità; IEEE 488: attualmente il più diffuso; VXI: migliori prestazioni ma scarsa diffusione per costo eccessivo Bus

RS-232 Modalità di TX seriale nel collegamento tra unità centrale e periferiche (modem, mouse, ecc..) Schema di una connessione tra un calcolatore e due periferiche.

IEEE 488 Sviluppato nel 1965 dalla HP come "HP Interface Bus" - HP-IB - per fornire un'interfaccia standard per la comunicazione tra gli strumenti. Successo tale da indurre la IEEE a pubblicare nel 1975 uno standard (IEEE 488) rinominando il bus GPIB - General Purpose Interface Bus. Altre versioni dello standard fino al 1987 con la definizione delle IEEE e IEEE

IEEE linee per la TX in parallelo di un byte ad una velocità max di 1 Mbyte/s.

IEEE 488 Diverse tipologie di collegamento: a stella (strumenti connessi direttamente al controller); a catena (solo il primo strumento è collegato al controller); mista.

VXI (VME bus extension for instrumentation) Assemblare degli strumenti di misura Frame VXI con backplane (equivalente alla scheda madre di un computer) sul quale inserire vari strumenti. Schema di un frame VXI con 4 moduli inseriti Strumentazione Virtuale

Progetto e realizzazione di uno strumento virtuale

LabView Programma molto diffuso per la gestione dei sistemi di acquisizione dati, è stato usato per la realizzazione dello strumento. - Specifico per la realizzazione di sistemi di misura. - Dotato di librerie per la gestione remota di diverse centinaia di strumenti tramite interfaccia GPIB (IEEE 488) - Programmi preconfezionati per analisi ed elaborazione dei segnali acquisiti, analisi statistica, interpolazione, filtraggio, ecc..

LabView: Elementi fondamentali Elementi fondamentali per la definizione di uno strumento virtuale: Il pannello frontale : interfaccia con l’utente Il diagramma a blocchi : cuore dello strumento e stabilisce come i vari dati (segnali acquisiti, parametri interni, variabili di controllo impostate dall’operatore, ecc.) debbano interagire tra loro per conseguire il risultato finale.

Descrizione dell’apparato sperimentale Il SW per il controllo della strumentazione e dell’analisi dei dati è stato realizzato utilizzando: - LabView 6.0 installato su di una macchina con sistema operativo Windows XP con CPU P4 1700MHz, 128Mbit di RAM; - una scheda d’interfaccia GPIB (General Purpoise Interface Bus IEEE 488). GPIB 488 HP3589A HP35689A/B

L’interfaccia Labview per l'analizzatore di spettro HP 3589A

Schema a blocchi [-1.30E+000,+3.56E-001,+3.30E-002] [-1,30E ,56E ,30E-002] [-1.30E E E-002] Remote 719 Trace:data Trac2:Data?

Esperienza di laboratorio Dopo una prima fase di realizzazione del SW di strumentazione virtuale, si è proceduto ad acquisire i parametri caratteristici di una rete, o meglio i parametri S. Nel nostro caso si è valutato il solo parametro s 21 (f.d.t.) poiché il circuito è reciproco quindi s 12 =s 21.

Circuito testato Lo schema circuitale da testare Il nostro DUT

Schema di collegamento

Risposta lineare del circuito in un range 100 KHz-150 MHz

Sviluppi futuri Sviluppo futuro dell’interfaccia grafica con l’inserimento delle funzioni più comuni di un analizzatore di spettro e di rete.