Analizzatore di Reti multiporta con Arduino M0 Pro

L’analizzatore di reti o Network Analyzer è uno strumento utilizzato per studiare le proprietà delle reti elettriche, in particolare il comportamento associato alla riflessione e alla trasmissione di segnali elettrici. Oggi un analizzatore di reti è usato principalmente per le alte frequenze, tipicamente da alcune centinaia di kilohertz fino a decine di gigahertz. In questo articolo sarà mostrato il progetto di un analizzatore di reti multiporta con Arduino M0 Pro con un range di frequenze esteso dalla continua fino a 5KHz. Lo strumento sarà in grado di analizzare una rete avente un massimo di 256 terminali. La connessione della rete all’analizzatore sarà configurabile arbitrariamente, cioè qualsiasi terminale potrà essere connesso all' ingresso o all'uscita del network analyzer.

Introduzione

Una rete lineare a tempo invariante, che non contiene generatori di tensione e corrente indipendenti, ha normalmente una rappresentazione matematica matriciale. In generale la rete è individuata dalle tensioni e dalle correnti alle porte di accesso e la rete ne stabilisce le relazioni lineari costitutive di esse. In definitiva dalla conoscenza di una coppia di tensioni/correnti si può risalire, tramite le relazioni costitutive, alla coppia rimanente. I termini che costituiscono la matrice vengono chiamati parametri caratterizzanti della rete. I parametri sono spesso calcolati in regime permanente sinusoidale, quindi in funzione della frequenza. Ogni parametro si riferisce ad una particolare grandezza impiegata nel modo più opportuno.

Parametri:

  • Z = impedenza
  • Y = ammettenza
  • H = ibridi
  • G = ibridi inversi
  • S = diffusione

Vediamo un esempio (figura 1) di rete a due porte caratterizzata dai parametri Z, H.

Figura 1: rete due porte

parametri Z:

image003 image005parametri H:

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Una particolare attenzione va fatta per la matrice di diffusione S (figura 2), una rappresentazione fondamentale per la caratterizzazione di circuiti in alta frequenza.

Figura ‎2: rete 2 porte [S]

La matrice di diffusione S anche chiamata di scattering è formata dai parametri S11 S22 (coefficienti di riflessione), e S12 S21 (coefficienti di trasmissioni).

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Se vogliamo esprimere le tensioni e corrente secondo i termini a1 a2 b1 b2 si trova che:

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dove Z0 è l’impedenza caratteristica della rete 2 porte. I parametri S possono essere misurati ponendo la rete due porte(chiamata anche DUT “device under test”) lungo una linea di trasmissione, le cui estremità sono connesse ad un analizzatore di reti (figura 3).

Figura ‎3: DUT connesso ad un analizzatore di rete

Network Analyzer

Il progetto di un analizzatore di reti nasce per studiare una rete elettrica più o meno complessa in bassa o bassissima frequenza(DC ÷ 5KHz) avente un massimo di 256 terminali accessibili (figura 4).

Figura ‎4: schema generale

Il sistema è composto da un computer che si interfaccia all’analizzatore di reti. L’analizzatore opererà in stretta unione con il pc; infatti non è presente nessuna interfaccia uomo-macchina a bordo dell’analizzatore, [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 5 gennaio 2017

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