El artículo describe los métodos para medir la ROE y la impedancia de la antena, así como los problemas asociados con ellos. Pero de entrada hay que tener en cuenta que un posible interesado en la construcción no puede prescindir de unos conocimientos básicos de programación, ya sea de PC o de microprocesadores. La simplicidad del hardware se compensa con cálculos matemáticos más complicados.
Lo leerás en el artículo.
1. Principio básico
Sólo se utilizan métodos de puente para medir una cantidad compleja como la impedancia de la antena. Estos funcionan con suficiente precisión y, con un diseño adecuado, pueden procesar una amplia gama de frecuencias hasta GHz. Una desventaja parcial es la necesidad de ser alimentado por un generador de frecuencia de medición con requisitos relativamente estrictos de pureza espectral y una potencia considerable. El método puente en sí permite varios tipos de mediciones no sólo en antenas sino también en líneas y alimentadores. Un puente de este tipo también se utiliza en el conocido dispositivo MFJ259. La conexión es trivialmente simple:
Después de conectar el generador, configurar la frecuencia deseada y conectar la carga compleja (antena), el puente proporciona tres informaciones de voltaje, que son suficientes para calcular la impedancia y PSV (ROE). En la siguiente descripción, nos ceñiremos a esta notación:
FWR…..la mitad de la tensión del generador de frecuencia de medición
ÁRBITRO…..tensión diferencial en la diagonal del puente que caracteriza PSV
VZA…..tensión de naturaleza compleja en la carga medida
2. Implementación práctica
Debido a la no linealidad de los diodos en el área de rectificación de pequeños voltajes utilizados como detectores, es necesario compensar al menos parcialmente esta no linealidad y amplificar los voltajes de salida a un nivel suficiente para las necesidades de medición. El amplificador compensador de un canal se muestra en la siguiente figura:
Cada una de las salidas del puente tiene su propio amplificador. En la versión práctica, estableceremos la misma ganancia para cada rama con la resistencia R2. El diodo D1 debe ser del mismo tipo que el utilizado en el puente. Los más adecuados son los diodos Shotky con propiedades CERO BIAS diseñados específicamente para detectar voltajes pequeños, p. 1PS79B62 (Philips) adecuado hasta GHz, pero hasta 500 MHz su selección es más que rica... Los tipos triples son muy adecuados, p.e. HSMP-386L de Agilent, pero muchos fabricantes los fabrican. Los amplificadores operacionales son del tipo RAIL a RAIL con una fuente de alimentación, esos también están bendecidos.
Las resistencias en el puente R1, R2 y R3 deben ser no inductivas, p.e. 1206, pero también son muy adecuados los TR191 sin terminales de cable, que pueden utilizarse hasta varios GHz. No importa el valor absoluto, lo importante es que tengan el mismo valor, que luego se incluye en el cálculo como receta.
3. Generador de frecuencia de medición
Se puede utilizar cualquier generador del rango de frecuencia deseado con una potencia suficiente de al menos 20 dBm y baja distorsión. Los osciladores LC comunes son adecuados; hasta 500 MHz es posible fabricar un generador mezclador sin problemas. El siguiente ejemplo muestra una posible solución para la región de onda corta. En Internet, puede buscar un diagrama detallado del analizador KV con el nombre RAINBOW, del cual se obtiene el siguiente diagrama:
Las piezas utilizadas son completamente normales. Ni siquiera necesita darle cuerda y sintonizar toda la banda ancha, los transformadores de impedancia y los filtros de paso bajo. empresa americana Bobinado http://www.Bobinado.com/ tiene todo esto en su programa de producción y también lo envía gratis a esa república bananera; simplemente complete el formulario y charle un poco en inglés. Al menos a mí me ha funcionado desde hace unos dos años...
Una solución de generador elegante para la región KV de hasta 50 MHz es utilizar un circuito DDS, que es síntesis directa de frecuencia. La implicación con el IO de la empresa es generalizada. Analog Devices typ AD9851 un ejemplo refinado de lo cual se encuentra en la siguiente imagen. Normalmente, el circuito está controlado por un microprocesador, lo que es una solución adecuada porque, entre otras cosas, no hay problemas al medir la frecuencia: la palabra de programación corresponde a la frecuencia, que se puede visualizar fácilmente. Una solución similar ya se describió en RŽ 3/98.
Hay que decir que la empresa también produce circuitos DDS más potentes que funcionan a frecuencias mucho más altas. Estos son menos adecuados para uso amateur (muchas patas, maletas pequeñas) y son muy caros. Además de AD, algunos de estos circuitos también los produce la empresa HP, pero para aficionados sin mucha importancia.
4. Cálculo propio
El cálculo se realiza en unidades absolutas (voltios, ohmios, faradios y henrys), por lo que se elaboran las siguientes fórmulas. Suponemos que el dispositivo de medición nos muestra tensiones reales de las tres cantidades y el generador entrega una frecuencia Fx de 20 dBm (100mW/2.2V/50 Ohm) espectralmente pura como "la palabra de Dios...":
Relación de ondas estacionarias - PSV , es necesario comprobar los valores límite de REF, para los cuales no tiene sentido continuar con el cálculo, porque el PSV sería demasiado alto:
PSV = (1 + P) / (1 – P)
Determinación del carácter de impedancia:
- Aumentar la frecuencia del generador. FX por un pequeño valor
- Recalcular el valor de la impedancia característica. Z1 = (Rx * VZA) / (FWD – VZA)
- Si Z1 > Zo entonces la impedancia es de naturaleza inductiva L
- Si Z1
Si decide construir un analizador de este tipo y utilizar un microprocesador con convertidores de voltaje para el cálculo, p. PIC… o AWR… Recomiendo tipos de 10 bits. Luego configure el rango de referencia del convertidor AD a 2.5V y al programar, no olvide darse cuenta de que el valor del bit leído del voltaje medido en el registro está "lejos del real..." y debe convertirse a un valor real:
5. Eliminación de errores de medición.
Como puede verse en los cálculos anteriores, una parte importante del error en el cálculo de la impedancia se debe a imprecisiones en la determinación del PSV. Esto es comprensible porque con valores PSV bajos, el voltaje REF medido se encuentra en el área de la parte más no lineal de la característica del diodo, que no se puede compensar y, por lo tanto, el error se transfiere al cálculo de la parte real e imaginaria de la impedancia. En condiciones extremas, el error puede superar el 15-20%, lo que invalida los resultados de la medición.
Afortunadamente, existe una solución elegante para determinar el PSV utilizando circuitos especializados del tipo MAXIM-DALLAS. MAX2016. Obvod je tvorený dvoma logaritmickými detektormi pracujúcimi v rozsahu kmitočtom od LF až do 2,5 GHz a s dynamickým rozsahom až 80 dB. Podrobný popis a použitie obvodu nájde záujemca na Maxim-IC.com dónde sa dá stiahnuť datasheet. Jeho veľkou nevýhodou pre amatérske použitie je puzdro QFN-28 o rozmeroch 5x5mm, ktoré sa dá zaletovať len technológiu povrchovej montáže. Uvediem preto len principiálne zapojenie pre meranie PSV a s tým súvisiace výpočty hlavne pre tých, ktorý nevedia anglicky.
Smerová väzba (vytvorená napr. vedením plošného spoja) je pripojená na vstupy logaritmických detektorov. Výstup OutD je výstupom vnútorného diferenciálneho zosilňovača, ktorého vstupy merajú rozdielové napätie výstupov logaritmických detektorov. Vlastný výpočet je v princípe jednoduchý. Najskôr sa vypočítajú straty odrazom RL en dB (La medición de PSV rara vez se utiliza en la práctica profesional; prevalece la expresión de las pérdidas por reflexión en dB):
VoutD……Tensión diferencial convertida a valor absoluto en [V]
Vcentro….Voltaje de salida promedio OutD, típicamente 1V para R1 = 0, como se puede ver en el gráfico adjunto
Pendiente……Polarización de transferencia de mV/dB, normalmente 25 mV/dB para R1 = 0
El valor de PSV se calcula simplemente a partir de las pérdidas por reflexión expresadas en dB:
PSV = (1 + P) / (1 – P)
Logaritmické detektory použiteľné pre tento účel vyrába aj Analolog Devices napr. AD8362, alebo typ AD8364 veľmi podobný MAX2016 ale v ešte „nepodarenejšom“ 32 vývodovom puzdre o rozmeroch 5x5mm. Všetky tieto obvody sa dajú použiť na meranie zisku, výkonu na reálnej záťaži, ako citlivý merač RSSI pre smerovanie a nastavovanie antén a pod.
Hoy en día, cada empresa más seria brinda a sus clientes una amplia asistencia técnica, incluido el desarrollo de aplicaciones de los circuitos integrados ofrecidos, y los mejores, así como el servicio de entrega de MUESTRAS GRATUITAS. Desafortunadamente, AD no es uno de ellos, al igual que los que tienen representación en los países poscomunistas.
Firma DALAS-MAXIM vyrába aj Otro typy logaritmických detektorov jeden z nich MAX2015 je na obrázku vľavo v zapojení ako citlivý detektor RSSI. Ide o jednokanálový typ z vysokou citlivosťou -65dBm až +5dBm (citlivosť 0.125mV/50 Ohm) v kmitočtovom rozsahu 0,1 až 2,5 GHz. Je umiestnený v SMD Estuches 8uMAX, que son más adecuados para uso amateur.
En el catálogo de la empresa podemos encontrar muchos otros circuitos interesantes para radioaficionados, como MAX2620 que es un oscilador LC hasta 1050 MHz, desacopladores, amplificadores de banda ancha, etc. Es una lástima que la mayoría de los más interesantes estén en cajas SMD en miniatura, lo que complica el uso de los aficionados. Desafortunadamente, esta es la tendencia mundial, y tal vez dentro de 10-15 años, sólo algunos de los nacidos antes conozcan la parte discreta...
Pero la mejor parte es que generalmente envían dos piezas de cada tipo seleccionado GRATIS, por lo que realmente vale la pena visitar su sitio a pesar de que cambiaron la estructura en los últimos meses y desde entonces no he podido obtener un PEDIDO DE MUESTRA GRATIS... pero tal vez sea solo el nuevo servicio de envío, que no está perfectamente optimizado.
6. ¿Medir o modelar antenas?
...esa es la pregunta. Si consideramos la banda KV, la medida ni siquiera es muy importante. Programas de modelado modernos como MMANA, NEC-2, EZNEC, NEC WIN+ y otros nos servirán tan bien como analizador de antena. Además, sin el esfuerzo y coste de fabricación, mientras que el error con el que podemos contar es prácticamente insignificante, y "hacemos" ajustes a la antena cómodamente en casa, en la mesa. No tenemos que "saltar" al mono trepando a los tejados.
La situación con el modelaje en las bandas de 2 my 70 cm es similar, si no mejor. La precisión de la medición del hardware disminuye ligeramente al aumentar la frecuencia, mientras que el modelado matemático (independientemente del algoritmo MININEC, NEC2 o NEC4 utilizado, siempre es un método momentáneo y los tipos individuales básicamente se diferencian sólo en la comodidad del operador) proporciona resultados sorprendentemente precisos hasta aproximadamente 500 MHz.
Si pretendemos modelar antenas distintas a yagi, verticales o cables - p.e. parábolas o helicoidales: es más ventajoso utilizar un programa que funcione con el algoritmo NEC, que modela superficies planas o geométricas como estructuras integrales, mientras que el algoritmo MININEC más antiguo (utilizado por MMANA) calcula estas estructuras como primitivas individuales, lo que aumenta significativamente el tiempo de cálculo. Por cierto, aquellos interesados en el modelado de antenas estarán bien atendidos por los archivos no oficiales del Código Electromagnético Numérico (NEC).
La situación en las altas frecuencias es diferente. Los precios de los aparatos de medición alcanzan alturas astronómicas, pero incluso los programas de modelización no son precisamente baratos... Entre los más conocidos menciono GENESYS, HFSS92, ZELAND, MAXWELL_SV9 y muchos otros, cuyas posibilidades superan las necesidades incluso del radioaficionado más exigente. También pueden modelar estructuras que prácticamente no se pueden medir de ninguna manera y muchas soluciones técnicas no serían posibles sin estos programas.
Por eso, querido amigo, tienes que encontrar tú mismo la respuesta a la pregunta. ¿Medida o modelo…?
(C)2006 Iván Urda, OM7UR