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Archivos Touchstone

Un archivo Touchstone es un estándar de archivo que utilizan los analizadores de redes vectoriales para almacenar los resultados. También es un formato que puede leer una gran cantidad de software.

Los archivos Touchstone son de texto plano y poseen la extensión .sNp, donde N es el número de puertos de la red. Por lo tanto, los resultados de las mediciones de un dispositivo de un puerto, como una antena, se almacenaran en un archivo llamado antena.s1p, por ejemplo. Los datos de un dispositivo de dos puertos, como un atenuador, se almacenaran en un archivo llamado atenuador.s2p, por ejemplo. Los datos de un dispositivo de tres puertos, como un divisor de potencia, se almacenaran en un archivo llamado divisor.s3p, por ejemplo. Y así, se incrementa el valor numérico en función de la cantidad de puertos existentes.

Todos los archivos Touchstone deben tener:

  • Una línea de opción iniciada con # que escribe el formato de los datos que siguen.
  • Los datos, que deben tener sólo una línea de longitud.

Un archivo Touchstone de un puerto (.s1p)

Un archivo Touchstone puede ser el siguiente:

# MHz S DB R 50
100.000 -10.000 90.000

La primera línea, la línea de opciones, describe el formato de los datos:

  • MHz: indica que los datos se almacenan en frecuencias en MHz. (Otros valores pueden ser GHz, MHz, kHz y Hz).
  • S: indica que los puntos son parámetros de dispersión. (Otros valores pueden ser Y, Z, H o G )
  • DB: indica que los datos están en decibeles y ángulos, donde \(dB= 20 log_{10} |magnitud|\) y los ángulos están en grados.
  • R: indica que hay una impedancia de referencia, si se omite, se supone una impedancia de \(50\:\Omega\).
  • 50: indica que la impedancia de referencia es \(50\:\Omega\).

La segunda línea, que contiene los puntos indicados a cada frecuencia, en este caso una única, en \(100\:MHz\), la magnitud de S11 es \(-10\:dB\) y el ángulo de fase \(90°\).

Además de la información mínima, la mayoría de los archivos Touchstone tendrán:

  • Una o más líneas de comentarios, que normalmente contienen la fecha y las condiciones de medición.

Entonces, un archivo Touchstone .s1p de un solo puerto más típico podría ser:

! NanoVNA-App
! Date: 2023-09-02 22:24:38
! Start: 390MHz Stop: 460MHz Points: 201
! S-Parameter data: F S11
# Hz S RI R 50
!     Frequency           S11_Real           S11_Imag
      390000000   -7.973257899e-01    4.440770671e-02
      390350000   -7.947790623e-01    4.392349347e-02
      390700000   -7.906135321e-01    4.367322102e-02
      391050000   -7.862654924e-01    4.283707961e-02
      391400000   -7.842351198e-01    4.201022163e-02
      . . . 
      458950000   -1.216401532e-01   -9.409546256e-01
      459300000   -1.226354018e-01   -9.444722533e-01
      459650000   -1.225515530e-01   -9.471283555e-01
      460000000   -1.250986904e-01   -9.515002966e-01

Nota: Por simplicidad el archivo está truncado, a una pequeña cantidad de líneas (" . . . " representa que se han eliminado líneas).

Las líneas que comienzan con ! son comentarios y serán omitidas. La línea que comienza con #, especifica:

  • Hz: que los datos se almacenan en frecuencias en \(Hz\).
  • S: que los puntos son parámetros de dispersión.
  • RI: que los datos están expresados en parte real y parte imaginaria.
  • R 50: que hay una impedancia de referencia \(50\:\Omega\).

Un archivo Touchstone de dos puertos (.s2p)

Un archivo Touchstone .s2p de dos puertos, que tiene los datos en formato de parámetro S, tiene datos sobre los 4 parámetros S.

S11    S21    S12    S22

Como cada parámetro S tiene dos valores para representar a un número complejo, hay \(4 \times 2=8\) columnas que describen los parámetros S. Además de la columna de la frecuencia, lo que hace un total de 9 columnas. Un archivo Touchstone .s2p típico de 2 puertos debe tener, al igual que el archivo .s1p, una "línea de opciones" y al menos una "línea de datos". Al igual que un archivo Touchstone típico de 1 puerto, normalmente habrá comentarios y muchas líneas de datos. Por lo tanto, un archivo .s2p típico de 2 puertos podría ser:

!2-port S-parameter file, three frequency points 
# GHz S RI R 50.0  
1.0000 0.3926 -0.1211 -0.0003 -0.0021 -0.0003 -0.0021 0.3926 -0.1211 
2.0000 0.3517 -0.3054 -0.0096 -0.0298 -0.0096 -0.0298 0.3517 -0.3054 
10.000 0.3419 0.3336 -0.0134 0.0379 -0.0134 0.0379 0.3419 0.3336

El formato de los datos es:

  • La columna 1 es la frecuencia, en este caso en GHz, ya que la línea de opción contiene GHz.
  • Las columnas 2 y 3 son la parte real y la imaginaria de S11; en este caso, ya que la línea de opción contiene RI.
  • Las columnas 4 y 5 son la parte real y la imaginaria de S21.
  • Las columnas 6 y 7 son la parte real y la imaginaria de S12.
  • Las columnas 8 y 9 son la parte real y la imaginaria de S22.

La columna 1 siempre es la frecuencia y los demás parámetros S se enumeran en el orden S11, S21, S12 y S22, con las características indicadas. Por lo tanto, el orden de los datos es:

frecuencia ReS11 ImS11 ReS21 ImS21 ReS12 ImS12 ReS22 ImS22

El archivo generalmente será mucho más largo y a menudo contendrá cientos de líneas de datos.

Archivos Touchstone de 3 puertos (.s3p) y 4 puertos (.s4p).

Los datos de los archivos Touchstone de 3 puertos .s3p o 4 puertos .s4p se almacenan de forma diferente a los archivos .s1p y .s2p. No tiene las \(19\) columnas (\(=3 \times 3 \times 2+1\)) que podría esperarse en un archivo de 3 puertos. Sino en una matriz dónde cada matriz-fila equivale a una nueva línea, y cómo es necesario, la frecuencia se coloca al inicio. Como se muestra a continuación. 

frecuencia <S11> <S12> <S13>
<S21> <S22> <S23>
<S31> <S32> <S33>

Archivos Touchstone de 5 puertos (.s5p) o más puertos (por ejemplo, .s6p, .s7p).

Igualmente que en el caso anterior para redes de 5 puertos, se generan archivos con una línea por fila de cada matriz, la diferencia radica en la versión del estándar Touchstone. En la versión 1 se limita a 4 pares de datos de parámetros por línea, luego debe continuar en la próxima línea hasta terminar la matriz fila. En cambio la versión 2 quita esta restricción.

Fuentes