UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

SEMESTRE: 9vo ELECTRÓNICA

AÑO: 2015

Ω INTRODUCCIÓN.

Ω FUNCIONAMIENTO Y ESQUEMA DEL TDR.

Ω MODO DE OPERACIÓN DEL TDR.

Ω CONCLUSIÓN.

Ω BIBLIOGRAFÍA.

Φ INTRODUCCIÓN

Los cables metálicos, como todos los componentes de un sistema

electrónico de comunicaciones, pueden causar problemas que reduzcan su

capacidad esperada. A menudo, los problemas de cables crean casos únicos

porque a veces los cables recorren grandes distancias, que pueden ser de

cientos de pies o más. Los problemas con cable se suelen atribuir a erosión

química en los puntos de interconexión y a falla mecánica. Cuando se presenta

un problema en un cable puede ser muy tardada y, en consecuencia, muy

costosa la determinación de la clase y ubicación exacta del problema.

Una técnica que se usa para ubicar un defecto en un cable metálico se

llama reflectometría en el dominio del tiempo (TDR, por time-domain

reflectometry). Con ella, se pueden localizar los defectos de las líneas de

transmisión con precisión de algunos pies en distancias de 10 millas. La TDR usa

la bien demostrada teoría de que los defectos en las líneas de transmisión, como

cortos o aberturas, hacen que una parte de la señal incidente regrese a la fuente.

La cantidad de retorno de la señal transmitida depende de la clase y la

magnitud del defecto. El punto en la línea donde está el defecto representa una

discontinuidad para la señal. Esa discontinuidad hace que una parte de la señal

transmitida se refleje, en vez de continuar por el cable. Si no regresa energía

alguna, es decir, si la línea de transmisión y la carga están perfectamente

balanceadas, la línea tiene longitud infinita o termina en una carga resistiva con

impedancia igual a la impedancia característica de la línea.

La TDR funciona en forma similar al radar. Un pulso de corta duración

con corto tiempo de subida se propaga por un cable; a continuación se mide el

tiempo en que regresa una parte de la señal a la fuente. Esta señal de regreso se

llama eco, a veces.

Al conocer la velocidad de propagación por el cable, se puede calcular la distancia exacta entre el defecto y la fuente, con la siguiente ecuación:

Siendo d : Distancia a la discontinuidad (metros). v : Velocidad real (metros por segundo). v : k*c (metros por segundo). k : factor de velocidad (v/c) (adimensional). c : velocidad de la luz en el vacío (3*10^8 metros por segundo). t : tiempo transcurrido (segundos).

PROPAGACIÓN EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.

James C. Maxwell fue el primero que planteó las ecuaciones que describen en forma precisa y completa la conducta de las ondas electromagnéticas. De estas se desprenden que la velocidad de propagación en el espacio vacío, c, es3*10^8 [m/seg] Para un medio diferente al vacío, la velocidad real de propagación es: Vp = kf*c (1), en donde kf es el factor de velocidad. Esta constante de propagación está determinada en una línea por el material aislante, este factor se obtiene de la expresión:

donde εr es la permeabilidad relativa εr = ε / ε0. La constante dieléctrica de los materiales utilizados en las líneas varían entre 1,2 y 1,8, que nos dará constantes kf entre 0,6 a 0,9. La expresión (1), la podemos dar como Como vemos la velocidad de propagación es independiente de la frecuencia.

Por ejemplo si el factor de velocidad es de 0,8 y el tiempo de reflejo es de 2 µ s, la distancia a la que se encuentra el deterioro será:

Vp = k*c = 0,8 * 3.10^8 [m/seg] = 2.40*10^8 m/s.

d = Vp * t / 2 = 2.40*10^8 [m/seg] * 2*10^(-6) [s] / 2

d = 240 [m].

Es importante recalcar que el pulso a transmitir sea lo más angosto posible, para poder determinar fallas cercanas a la fuente emisora. Recordemos que las señales se propagan a una velocidad de, c = 3*10 8 [m/s] en el vacío y en un medio diferente será Vp = k*c, entonces en el vacío el tiempo para recorrer un metro será:

t = 1 [m] / 3*10^8 [m/s] = 0,33*10^(-8) [s] = 3,3*10^(-9) [seg]. t = 3,3 n [seg].

En un cable como el del ejemplo anterior donde k = 0,8 tendremos:

t = 1 [m] / 2,4*10^8 [m/seg] = 0,4167 . 10^(-8) [seg]t = 4,167 n [seg].

Es importante que el pulso transmitido sea tan corto como sea posible. De no ser así, cuando el defecto está cerca de la fuente, la señal reflejada podría regresar mientras todavía se estuviera transmitiendo el pulso (fig. b), dificultando la detección.

Si el pulso fuese muy largo el reflejo podría llegar antes de su extinción y se enmascararía la medición. Si el pulso tendría una duración de 10 µ s, la distancia mínima para detectar fallas sería (tomemos el cable del ejemplo):

d = Vp*t / 2 = 2,4*10^8 [m/s]*10^10(-6) [seg] / 2 = 1,2*10^3 [m/seg]. d = 1200 [m].

La falla 1 está dentro de la zona del pulso generado, por lo tanto no se puede ver. Se dice que la falla está en la zona oscura. Con lo cual no podemos detectar la falla originada a 5 µ s, que está a una distancia de:

d = Vp*t / 2 = 2,4*10^8 [m/seg] *5*10^(-6) [seg] / 2 = 2.5 * 2,4*10^2 d = 600 [m].

Veamos un ejemplo: Se tiene un cable coaxil que presenta una C distribuida de 98 pF/m, y una L distribuida de 242 nH/m. La constante dieléctrica del aislante es de εr = 2,14. Determinar la ν p y kf.

Usando un TDR con un pulso de 1 µ s, podemos detectar fallas a una distancia mínima de:

d = Vp*t / 2 = 2,05*10^8 [m/seg] *1*10^(-6) [seg] / 2

d = 1,025*10^2 [m] d = 102.5 [m]

Φ ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO DEL TDR

El oscilador de onda cuadrada controlado por cristal genera ondas cuadradas de 6,4MHz y lo suministra al generador de pulso y al circuito de retraso de barrido a través del divisor.

El generador de pulso y el filtro modelador de onda generan ondas de forma sinusoidal-cuadrada de 0,2μs, 0,5μs y 2μs y los suministra al circuito de salida. El circuito de salida contiene un circuito hibrido. Un extremo del circuito de salida corresponde a las terminales de medición CH A y CH B y el otro extremo se conecta a la red de balance.

La red de balance minimiza las reflexiones indeseadas acoplando el localizador de fallas a la característica de la impedancia – frecuencia del cable conectado a las terminales de medición. Cuando la red de balance incorporada no puede cubrir la característica de impedancia – frecuencia del cable a ser medido, las reflexiones indeseadas son eliminadas acoplando el localizador de fallas a la característica de frecuencia, conectando el par de cable bueno a ser medido a la Terminal EXT BALANCE.

La posición de las fallas de comunicación cruzada puede medirse conectando la salida del filtro modelador a la terminal de salida (OUTPUT) en lugar del circuito hibrido mediante el interruptor NORMAL/CROSSTALK.

El circuito de retraso determina la posición medida en dirección longitudinal del cable. El circuito de barrido modela el producto del circuito de retraso en una onda de barrido de diente de sierra en el CRT y lo aplica al CRT.

La salida del divisor suministra al oscilador PLL. El oscilador PLL produce señales estables de 7 MHz a 14,95 MHz en 0,05 MHz correspondientes al seteo de la llave de velocidad de propagación.

La señal de salida del oscilador PLL ingresa al contador. La señal de salida del oscilador PLL ingresa al comparador y es comparada con el voltaje del marcador. Lo resultante constituye las señales de conteo final del generador de pulso, del marcador y del contador.

La señal de salida del oscilador PLL ingresa al contador. La señal de salida del oscilador PLL ingresa al comparador y es comparada con el voltaje del marcador. Lo resultante constituye las señales de conteo final del generador de pulso, del marcador y del contador.

Las señales provenientes del cable conectado a la terminal CH A y CH B (forma de onda de reflexión proveniente de la falla en la medición NORMAL y de la señal inducida en el circuito inducido proveniente del circuito de inducción en el punto de la comunicación cruzada en la medición CROSSTALK) aparecen en el punto neutro del circuito hibrido del circuito de salida. Los amplificadores de entrada y de recepción amplifican esta señal, juntamente con la señal de pulso del marcador, y lo aplica al CRT. El contenido y localización de la falla puede hallarse observando la forma de onda en el CRT.

La distancia al flanco ascendente o descendente de esta forma de onda puede leerse directamente de la pantalla digital de cinco dígitos seteando el marcador de flanco ascendente o descendente de esta forma de onda.

Φ OPERACIÓN DE UN TDR

Un TDR o reflectómetro de dominio de tiempo es un instrumento de medición que mediante la medida del retraso (eco) de una señal eléctrica permite calcular distancias medidas a partir del punto de conexión. Un TDRgeneralmente es un equipo portátil para su uso en campo (aunque también existen algunos modelos de mesa) y se utiliza con frecuencia en las redes de cable coaxial para determinar fallas y roturas en el cable así como tambiénconexiones clandestinas para el caso de las redes domiciliarias de videocable.

Generalidades

Esta destinado para localizar faltas tales como:

a) Desconexiónb) Circuito abiertoc) Multiconexión y conexión a tierra de los cables

El tiempo de propagación del pulso es calculado y la posición de la falta o desorden en el cable es indicado en la pantalla del aparato en términos de la distancia desde el aparato al punto de la falta en el cable

Especificaciones

Cables que pueden ser probados:a) Cables con aislación de papel o platico b) cable coaxial

Pulso transmitido:c) Forma de onda: Onda seno-cuadrado.d) Valor pico: 30 V ó mas.e) Ancho del pulso:

Rango de medición Ancho en la mitad de la amplitud del pulso.

500 m 200 ns +/- 20%

1 Km 500 ns +/- 20%

2 Km 500 ns +/- 20%

5Km 1 us +/- 20%

10Km 5 us +/- 20%

Medición(velocidad de propagación: 180, 190, 200, 210 m/ us)a) Distancia o tiempo: 0 a 9.99 Km. Ó 0 a 99.9 us.b) Rango de medición: 0 a 500 m., 0 a 1 Km., 0 a 1 Km., 0 a 2 Km, 0 a 5 Km, 0

a 10 Km.c) Seguridad de medición: Lectura de salida en pantalla con +/- 3% (Rango efectivo es 40 a 100%

del rango de medición). Lectura de salida digital con +/- (2% +5m).

Perdida de retorno: 0 a 40 dB. Ajustable con el control del nivel de reflexiónVoltaje que puede resistir a través de sus terminales50 V DC o mas cuando medimos atreves de sus terminales sobre el panel

frontal.Potencia consumida AC: alrededor de 33VA / DC: alrededor de 19 VA.Condiciones Ambientales: temperatura : 5 a 40 C / humedad: 40 a 85 % RH.

La pantallaEl TDR es un instrumento que ofrece una representación grafica. Se trata de un grafico X-Y donde tendremos generalmente una escala de distancia en el eje X y una escala de impedancia (Z0) en el eje Y. La grafica representara la variación de la impedancia de la línea a partir del punto 0 que idealmente se considera como el punto desde donde se esta realizando la medición. Dentro del grafico se buscan puntos de discontinuidad o ‘eventos’ que denotan la existencia de una probable ‘falla’.

Medición de un cable con VF conocidaUna vez iniciada la unidad, se conecta el cable a ser medido en el conector de la parte superior, como indica la figura.

Antes de comenzar la medición hay que verificar la impedancia característicadel cable a medir (Z0) y el VF (factor de velocidad de fase).Habitualmente veremos que en la pantalla aparece también el tipo de cable quepreviamente se ha elegido. Si es incorrecto deberemos buscar el tipo de cableque corresponde. De no encontrarlo, se deberá cambiar la Z0 por el valor quecorresponda, al igual que el VELOCITY FACTOR. Estos dos parámetros sonfundamentales para un correcto funcionamiento del TDR.

Uso de CursoresLos cursores se manejan mediante el teclado y son representados por barrasverticales que expresan los valores en metros y Z en ohms.Usualmente los TDR ofrecen la posibilidad de contar con una tercera fila que esel delta o diferencia entre cursores 1 y 2.

Fallas resistivas

Como interpretar la forma de onda del pulso reflejado

Como interpretar la forma de onda del pulso reflejado

Como interpretar la forma de onda del pulso reflejado

Mediciones en Cables de Red CCTV

Medición Nº 1

En el grafico se ve la discontinuidad que causa el splitter y las dos cargas de 75ohms

Medición Nº 2

En los cien metros se observa la inversión del signo de Z y la caída del valortendiendo a un cortocircuito.

Medición Nº 3

La medicion es para doscientos metros, en esta distancia se nota la Z = 0 y lainversion de signo de la impedancia.

Medición Nº 4

En el grafico se ve como crece la Z y en doscientos metros; se nota la Zterminal en circuito abierto y el splitter se manifiesta como una “~”.

Medición Nº 5

Los cursores se colocaron en el lugar de cambio de impedancia. En los doscientos metros se nota un pico de crecimiento por el Z = infinito ,(cursor azul), y la caída por la conexión del splitter con los cien metros de cable restantes. A los trescientos metros la combinación de las dos Z (abierto y el corto ) se refleja como un caída abrupta de la impedancia.

Medición Nº 6

A los doscientos metros se ve reflejada la Z = infinito y la caída posterior por la conexión del splitter con los cien metros restantes. En los trescientos metros la Z = infinito muestra un crecimiento abrupto de la impedancia (tiende a infinito).

Medición Nº 7

En los doscientos metros la Z disminuye por el cortocircuito después del splittery se estabiliza en 38 ohms a los trescientos metros por la carga de 75 ohms.

SPLITTER

BASTIDOR

Φ CONCLUSIONESLa técnica que se utiliza para encontrar la falla en un cable se denomina

REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (TDR). El reflectómetro

opera en forma similar a un radar, este instrumento envía un pulso de corta

duración, con un tiempo de crecimiento rápido, que se propaga a todo lo largo

del cable en estudio, para luego medir el tiempo de regreso de una parte de la

señal enviada (eco). Si se conoce la velocidad de propagación en el cable,

podría determinarse la distancia con una gran precisión entre la fuente emisora y

la falla en el cable, mediante una expresión bastante sencilla.

La capacitación con este equipo hoy en día no merece un estudio

profundo, ya que otros medios de propagación como la fibra óptica está

desplazándolos en cuanto a uso por las ventajas ya conocidas de la misma y

para el mismo efecto existen otros equipos para su uso como OTDR, etc. Pero

no debe dejarse de analizarlo puesto que aún existen en nuestro país y otro

países del mundo redes cableadas montadas con cobre y coaxial.

Φ BIBLIOGRAFÍA

Ω Sistemas de Comunicaciones electrónicas 4ed. Wayne Tomasi. Ω Reflectómetro AEA E20/20 - http://www.aeatechnology.com/index.php.