Tutorial de Parámetros de Dispersión: ¿Qué son y qué hacen?

¿Qué son los parámetros S?

Los parámetros S, también conocidos como parámetros de dispersión o matriz S, representan cómo se mueve la energía RF a través de una red de múltiples puertos. Representan las propiedades lineales de los componentes electrónicos RF y describen cómo la energía viaja a través de una red eléctrica.

La matriz de parámetros S calcula características como ganancia, pérdida, impedancia, retardo de grupo de fase y VSWR. Los parámetros S se utilizan para representar una red compleja como una simple "caja negra" e indicar claramente lo que le sucede a la señal dentro de esa red. La caja negra puede contener cualquier cosa, desde un resistor, una línea de transmisión, hasta un circuito integrado.

Cuando se habla de parámetros S, el término "dispersión" describe cómo se ven afectadas las corrientes y voltajes de viaje en una línea de transmisión cuando entran en contacto con una discontinuidad causada por la introducción de una red en la línea de transmisión.

Los parámetros S se utilizan ampliamente en la ingeniería de sistemas eléctricos, electrónicos y de comunicaciones para describir eficazmente las características eléctricas de redes eléctricas lineales, especialmente aquellas que operan a altas frecuencias y están sometidas a diversos señales de entrada en estado estacionario de pequeña amplitud.

Los parámetros S pueden usarse a cualquier frecuencia, pero se utilizan principalmente en redes de radiofrecuencia (RF) y microondas, ya que las consideraciones de potencia y energía de la señal son más fáciles de medir que las corrientes y voltajes. Las mediciones de parámetros S deben incluir información de frecuencia, además de la impedancia característica o impedancia del sistema, ya que los parámetros S dependen de la frecuencia.

Una red o circuito interconecta varios componentes eléctricos, como resistencias, inductancias y capacitancias. Un par de terminales en los que una señal puede entrar o salir de una red se llama Puerto o cualquier par de terminales en los que se suministra o se retira energía.

Una red eléctrica, o "caja negra", que se caracteriza mediante parámetros S puede tener cualquier número, N, de puertos, como se muestra en la Figura 1. Los puertos son los puntos en los que las corrientes eléctricas entran o salen de la red. A veces, estos se denominan pares de "terminales".

¿Qué indican los parámetros S?

Los parámetros S son números complejos (números con partes real e imaginaria) que se pueden usar directamente o en una matriz para mostrar la amplitud y/o la fase de las características de reflexión o transmisión en el dominio de la frecuencia.

Cuando una señal compleja que varía con el tiempo se pasa a través de una red lineal, los desplazamientos de amplitud y fase pueden distorsionar drásticamente la forma de onda en el dominio del tiempo. Por lo tanto, la información de amplitud y fase en el dominio de la frecuencia es crítica. Los parámetros S son un parámetro que soporta ambas informaciones y tienen muchas ventajas para la caracterización de dispositivos de alta frecuencia.

Al especificar un conjunto de parámetros S, se debe definir la siguiente información:

• La frecuencia

• La impedancia característica nominal (a menudo 50 Ω)

• La asignación de números de puerto

• Condiciones que puedan afectar a la red, como la temperatura, el voltaje de control y la corriente de polarización, donde corresponda

Detalles específicos de los parámetros S

Según el enfoque de los parámetros S, una red eléctrica es una "caja negra" que contiene una variedad de componentes básicos de circuitos eléctricos interconectados, incluyendo resistores, capacitores, inductores y transistores, y que se comunica con otros circuitos a través de puertos.

La matriz de parámetros S, que se puede utilizar para determinar la respuesta de la red a las señales aplicadas a los puertos, es una matriz cuadrada de números complejos que sirve como característica de la red. Una red eléctrica descrita por parámetros S puede tener varios puertos.

Los parámetros S ofrecen un medio versátil para expresar diversas atributos eléctricos de redes o componentes, incluyendo parámetros como ganancia, pérdida de retorno, relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR), estabilidad de la red y coeficiente de reflexión.

Fuente: Electrical4u.

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