Mesure d'impédance de câble

Impédance d'un câble coaxial

Un câble coaxial, faisant communément référence au terme “coax,” se compose de trois composants principaux :

• Un conducteur interne : Le fil central qui transporte le signal.
• Un isolateur diélectrique : Une couche de matériau isolant entourant le conducteur interne.
• Un blindage extérieur de conduction : Un blindage métallique qui enveloppe la couche diélectrique et sert de trajet retour pour le signal, ainsi que de protection contre les interférences électromagnétiques externes.

Ces parties sont généralement recouvertes par une couche supplémentaire d'isolement en plastique. L'impédance caractéristique d'un câble coaxial dépend des diamètres des conducteurs interne et externe, ainsi que de la constante diélectrique du matériau isolant. La plupart des câbles coaxiaux sont conçus avec des impédances caractéristiques de 50 ou 75 Ohms. L'impédance est souvent indiquée sur la gaine externe du câble, mais lorsque cette information est absente, un VNA peut être utilisé pour la mesurer.

Utilisation d'un VNA pour mesurer l'impédance caractéristique d'un câble coaxial

Un VNA peut mesurer l'impédance caractéristique d'un câble coaxial en utilisant le principe du transformateur d'impédance quart d'onde. Un transformateur d'impédance quart d'onde est une ligne de transmission qui est longue d'un quart de longueur d'onde et qui est terminée par une impédance connue, ZL. L'impédance caractéristique, Z0, peut être calculée à partir de la valeur connue de ZL et de l'impédance d'entrée, Zin, mesurée avec le VNA.

Le processus de mesure peut être divisé en quatre étapes :

• La calibration du VNA : Effectuer un calibration OSM (open-short-match) sur le VNA. Bien que cette étape puisse améliorer la précision, elle peut ne pas être nécessaire si l'objectif est simplement de déterminer si l'impédance du câble est de 50 ou 75 Ohms.
• La connexion du câble : Relier le câble coaxial au VNA et le terminer avec une charge 50 Ohms.
• L'exécution d'une mesure S11 : Configurer et exécuter une mesure de réflexion (S11) sur le VNA. Les fréquences de début et de fin de balayage doivent être réglées de manière appropriée.
• L'interprétation des résultats avec le diagramme de Smith : Tracer les résultats de mesure sur un diagramme de Smith afin de déterminer l'impédance. Si à la fois le câble et l'impédance de charge sont de 50 Ohms, le diagramme de Smith indiquera un point ou un petit cercle au centre. Si le câble et les impédances de charge diffèrent, la trace formera des cercles partiels ou multiples.

Réglage des bonnes fréquences de balayage

Les fréquences de balayage doivent être correctement configurées afin de mesurer précisément l'impédance :

• La fréquence de début devra être faible, typiquement 100 kHz ou inférieure.
• La fréquence de fin devra être réglée suffisamment élevée pour que la trace croise l'axe des résistances exactement une fois. Une fréquence de fin idéale (en MHz) peut être estimée en divisant 75 par la longueur approximative du câble (en mètres). Cette estimation est basée sur le quart de la longueur d'onde de la vitesse du signal dans le câble.

Du fait de la vitesse de propagation plus lente des signaux dans les câbles par rapport au vide, la fréquence de fin calculée pourrait engendrer un léger dépassement sur le diagramme de Smith. Cependant, cela peut encore donner des résultats acceptables.

Détermination de l'impédance de câble

Une fois qu'une trace “idéal” est obtenue, utiliser un marqueur pour trouver le point où la trace croise l'axe des résistances. Cette valeur représente l'impédance d'entrée, Z_in. Même si un point de la trace ne tombe pas précisément sur l'axe des résistances, l'utilisation du point le plus proche peut encore fournir des résultats précis. Enfin, calculer l'impédance caractéristique du câble en utilisant la valeur mesurée de Z_in et l'impédance de charge connue, Z_L.