UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIN

FACULTAD DE INGENIERIA

INSTRUMENTACION PARA TELECOMUNICACIONES

REFLECTOMETRO - TDR

2015OBJETIVOS

Identificar el principio de funcionamiento de un TDR.

Conocer sus modos de operacin.

INDICE

Introduccin.

Funcionamiento y esquema del TDR.

Modo de operacin del TDR.

Conclusin.

Bibliografa.

REFLECTOMETRO - TDR

1. INTRODUCCIN

Los cables metlicos, como todos los componentes de un sistema electrnico de comunicaciones, pueden causar problemas que reduzcan su capacidad esperada. A menudo, los problemas de cables crean casos nicos porque a veces los cables recorren grandes distancias, que pueden ser de cientos de pies o ms. Los problemas con cable se suelen atribuir a erosin qumica en los puntos de interconexin y a falla mecnica. Cuando se presenta un problema en un cable puede ser muy tardada y, en consecuencia, muy costosa la determinacin de la clase y ubicacin exacta del problema.

Una tcnica que se usa para ubicar un defecto en un cable metlico se llama reflectometra en el dominio del tiempo (TDR, por time-domain reflectometry). Con ella, se pueden localizarlos defectos de las lneas de transmisin con precisin de algunos pies en distancias de 10 millas. La TDR usa la bien demostrada teora de que los defectos en las lneas de transmisin, como cortos o aberturas, hacen que una parte de la seal incidente regrese a la fuente. La cantidad de retorno de la seal transmitida depende de la clase y la magnitud del defecto. El punto en la lnea donde est el defecto representa una discontinuidad para la seal. Esa discontinuidad hace que una parte de la seal transmitida se refleje, en vez de continuar por el cable. Si no regresa energa alguna, es decir, si la lnea de transmisin y la carga estn perfectamente balanceadas, lalnea tiene longitud infinita o termina en una carga resistiva con impedancia igual a la impedancia caracterstica de la lnea. La TDR funciona en forma similar al radar. Un pulso de corta duracin con corto tiempo de subida se propaga por un cable; a continuacin se mide el tiempo en que regresa una parte de la seal a la fuente. Esta seal de regreso se llama eco, a veces. Al conocer la velocidad de propagacin por el cable, se puede calcular la distancia exacta entre el defecto y la fuente, con la siguiente ecuacin:

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 vaco (3*10^8 metros por segundo). t : tiempo transcurrido (segundos).

El tiempo transcurrido se mide desde la parte delantera del pulso transmitido hasta la recepcin de la seal reflejada, como se indica en la fig. a. Es importante que el pulso transmitido sea tan corto como sea posible. De no ser as, cuando el defecto est cerca de lafuente, la seal reflejada podra regresar mientras todava se estuviera transmitiendo el pulso (fig. b), dificultando la deteccin. Para las seales que viajan a la velocidad de la luz (c), la velocidad de propagacin es 3*10^8 [m/s], que aproximadamente es 1 ns/pie. En consecuencia, un pulso de varios microsegundos de ancho limitara la utilidad de la TDR slo para defectos de cable que estuvieran a varios miles de pies o ms de distancia. La produccin de pulsos extremadamente angostos fue uno de los factores limitantes en el desarrollo de la TDR para localizar fallas o cortos en cables.

(a) tiempo transcurrido;

(b) pulso transmitido demasiado largo

Por ejemplo si el factor de velocidad es de 0,8 y el tiempo de reflejo es de 2 s, la distancia a la que se encuentra el deterioro ser: Vp = k*c = 0,8 * 3.10^8 m/s = 2.40*10^8 m/s. d = Vp * t / 2 = 2.40*10^8 [m/s] * 2*10^(-6) [s] / 2 d = 240 [m]. Es importante recalcar que el pulso a transmitir sea lo ms angosto posible, para poder determinar fallas cercanas a la fuente emisora. Recordemos que las seales se propagan a una velocidad de, c = 3*10 8 [m/s] en el vaco y en un medio diferente ser Vp = k*c, entonces en el vaco el tiempo para recorrer un metro ser: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 / 2,4*10^8 = 0,4167 . 10^(-8) [seg] = 4,167 n [seg].

Si el pulso fuese muy largo el reflejo podra llegar antes de su extincin y se enmascarara la medicin. Si el pulso tendra una duracin de 10 s, la distancia mnima para detectar fallas sera (tomemos el cable del ejemplo):d = Vp*t / 2 = 2,4*10^8 [m/s]*10^10(-6) [seg] / 2 = 2,4*10^3 [m/seg]. d = 1200 [m].

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

PROPAGACIN EN LNEAS DE TRANSMISIN.James C. Maxwell fue el primero que plante las ecuaciones que describen en forma precisa y completa la conducta de las ondas electromagnticas. De estas se desprenden que la velocidad de propagacin en el espacio vaco, c, es3*10^8 [m/seg] Para un medio diferente al vaco, la velocidad real de propagacin es: Vp = kf*c (1), en donde kf es el factor de velocidad. Esta constante de propagacin est determinada en una lnea por el material aislante, este factor se obtiene de la expresin:

donde r es la permeabilidad relativa r = / 0. La constante dielctrica de los materiales utilizados en las lneas varan entre 1,2 y 1,8, que nos dar constantes kf entre 0,6 a 0,9. La expresin (1), la podemos dar como Como vemos la velocidad de propagacin es independiente de la frecuencia. 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 dielctrica del aislante es de r = 2,14. Determinar la p y kf.

Usando un TDR con un pulso de 1 s, podemos detectar fallas a una distancia mnima 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]

2. FUNCIONAMIENTO Y ESQUEMA 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 travs del divisor.

El generador de pulso y el filtro modelador de onda generan ondas de forma sinusoidal-cuadrada de 0,2s, 0,5s y 2s 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 medicin 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 caracterstica de la impedancia frecuencia del cable conectado a las terminales de medicin. Cuando la red de balance incorporada no puede cubrir la caracterstica de impedancia frecuencia del cable a ser medido, las reflexiones indeseadas son eliminadas acoplando el localizador de fallas a la caracterstica de frecuencia, conectando el par de cable bueno a ser medido a la Terminal EXT BALANCE.

La posicin de las fallas de comunicacin 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 posicin medida en direccin 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 seales estables de 7 MHz a 14,95 MHz en 0,05 MHz correspondientes al set de la llave de velocidad de propagacin.

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

El pulso de salida del generador de pulso es la seal de inicio del contador. El contador cuenta el nmero de pulso de envi hasta el marcador y muestra el nmero de pulsos en una pantalla digital de cinco dgitos.

Las seales provenientes del cable conectado a la terminal CH A y CH B (forma de onda de reflexin proveniente de la falla en la medicin NORMAL y de la seal inducida en el circuito inducido proveniente del circuito de induccin en el punto de la comunicacin cruzada en la medicin CROSSTALK) aparecen en el punto neutro del circuito hibrido del circuito de salida. Los amplificadores de entrada y de recepcin amplifican esta seal, juntamente con la seal de pulso del marcador, y lo aplica al CRT. El contenido y localizacin 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 dgitos haciendo set el marcador de flanco ascendente o descendente de esta forma de onda.

3. MODO DE OPERACIN DEL TDR

Un TDR o reflectmetro de dominio de tiempo es un instrumento de medicin que mediante la medida del retraso (eco) de una seal elctrica permite calcular distancias medidas a partir del punto de conexin. Un TDR generalmente es un equipo porttil para su uso en campo (aunque tambin existen algunos modelos de mesa) y se utiliza con frecuencia en las redes de cable coaxial para determinar fallas y roturas en el cable as como tambin conexiones clandestinas para el caso de las redes domiciliarias de video-cable.Generalidades: Est destinado para localizar faltas tales como:a) Desconexin.b) Circuito abierto.c) Multiconexin y conexin a tierra de los cables.

El tiempo de propagacin del pulso es calculado y la posicin de la falta o desorden en el cable es indicado en la pantalla del aparato en trminos de la distancia desde el aparato al punto de la falta en el cable Especificaciones:Cables que pueden ser probados: a) Cables con aislacin de papel o plstico. b) Cable coaxial.Pulso transmitido:a) Forma de onda: Onda seno(coseno)-cuadrado.b) Valor pico: 30 V mas.

c) Ancho del pulso:

Rango de medicin 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%

Medicin: (velocidad de propagacin: 180, 190, 200, 210 m/ us)a) Distancia o tiempo: 0 a 9.99 Km. 0 a 99.9 us.b) Rango de medicin: 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 medicin: Lectura de salida en pantalla con +/- 3% (Rango efectivo es 40 a 100% del rango de medicin). Lectura de salida digital con +/- (2% +5m).Perdida de retorno: 0 a 40 dB. Ajustable con el control del nivel de reflexin Voltaje que puede resistir a travs de sus terminales. 50 V DC o ms 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.

Pantalla:El TDR es un instrumento que ofrece una representacin grfica. Se trata de un grfico 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 variacin de la impedancia de la lnea a partir del punto 0 que idealmente se considera como el punto desde donde se est realizando la medicin. Dentro del grafico se buscan puntos de discontinuidad o eventos que denotan la existencia de una probable falla.

Medicin de un cable con VF conocida:Una vez iniciada la unidad, se conecta el cable a ser medido en el conector de la parte superior.Antes de comenzar la medicin hay que verificar la impedancia caracterstica del cable a medir (Z0) y el VF (factor de velocidad de fase).Habitualmente veremos que en la pantalla aparece tambin el tipo de cable que previamente se ha elegido. Si es incorrecto deberemos buscar el tipo de cable que corresponde. De no encontrarlo, se deber cambiar la Z0 por el valor que corresponda, al igual que el VELOCITY FACTOR. Estos dos parmetros son fundamentales para un correcto funcionamiento del TDR.

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

3.1) Como interpretar la forma de onda del pulso reflejado

3.2) Como interpretar la forma de onda del pulso reflejado

Otro ejemplo: Mediciones en Cables de Red CCTV Medicin N 1

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

Medicin N 2

En los cien metros se observa la inversin del signo de Z y la cada del valor tendiendo a un cortocircuito.

Medicin N 3

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

Medicin N 4

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

Medicin N 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 cada por la conexin del splitter con los cien metros de cable restantes. A los trescientos metros la combinacin de las dos Z (abierto y el corto ) se refleja como un cada abrupta de la impedancia.

Medicin N 6

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

Medicin N 7

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

4. CONCLUSIN

La tcnica que se utiliza para encontrar la falla en un cable se denomina REFLECTOMETRA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (TDR). El reflectmetro opera en forma similar a un radar, este instrumento enva un pulso de corta duracin, con un tiempo de crecimiento rpido, que se propaga a todo lo largo del cable en estudio, para luego medir el tiempo de regreso de una parte de la seal enviada (eco). Si se conoce la velocidad de propagacin en el cable, podra determinarse la distancia con una gran precisin entre la fuente emisora y la falla en el cable, mediante una expresin bastante sencilla.

La capacitacin con este equipo hoy en da no merece un estudio profundo, ya que otros medios de propagacin como la fibra ptica est desplazndolos en cuanto a uso por las ventajas ya conocidas de la misma. Pero no debe dejarse de analizarlo puesto que an existen en varias partes del mundo cables redes cableadas con cobre y coaxial, inclusive en nuestro pas.

5. BIBLIOGRAFA

1) Sistemas de Comunicaciones electrnicas 4ed: Wayne Tomasi.

2) Reflectmetro AEA E20/20 - http://www.aeatechnology.com/index.php.