En una estación de radioaficionado, el medidor de voltaje de alimentación (PSV) se suele dar por sentado. Basta con conectarlo entre el TCVR y la antena, pulsar el PTT, comprobar el PSV y listo. Pero cualquiera que haya comparado un vatímetro de diodo barato con un acoplador direccional de calidad sabe que la realidad es más compleja. La no linealidad de los diodos de detección, su comportamiento diferente a bajas potencias, el ruido en la entrada del convertidor analógico-digital (ADC) y la precisión limitada de los puentes analógicos pueden convertir una simple medición en una solución de compromiso aceptable.
Proyecto Arduino PSV metro por DG7EAO es interesante precisamente porque resuelve algunos de estos problemas en software. No es solo un "Arduino con LCD“, ale praktický prístup, kde mikrokontrolér kompenzuje fyzikálne nedokonalosti analógovej časti. V kombinácii s vhodným PSV snímačom ide o použiteľný nástroj pre QRP aj bežný hamshack.
En el artículo leerás
Por qué una tabla de calibración tiene más sentido que una fórmula simple.
La principal ventaja práctica de este concepto reside en el uso de una tabla de calibración en lugar de una conversión lineal simple de ADC a potencia.
El problema clásico de un detector de diodo es bien conocido: el diodo rectificador no tiene una característica de transferencia lineal. A bajos niveles de señal, el error es significativo porque la tensión umbral del diodo hace que pequeñas diferencias de tensión no produzcan un cambio proporcional en la salida. Si utilizáramos una conversión lineal simple del tipo:
W = k × ADC
El resultado sería prácticamente inutilizable a bajos niveles de potencia.
El programa DG7EAO utiliza en cambio una tabla de calibración segmentada con interpolación lineal entre puntos. Principio típico:
- Valor ADC 57 ≈ 1 W
- Valor ADC 87 ≈ 2 W
- Valor ADC 111 ≈ 3 W
Si medimos un valor entre estos puntos, el firmware calcula la potencia mediante interpolación. Esto crea una aproximación lineal por tramos de la característica no lineal real.
¿El resultado?
- una precisión significativamente mejor en el rendimiento QRP,
- comportamiento más sensato con baja energía reflejada,
- Opción de calibración para un acoplador direccional específico.
Esa es precisamente la diferencia entre un "dispositivo Arduino" y un instrumento de medición.
Hardware utilizado para el medidor PSV
El proyecto se caracteriza por su sencillez en cuanto al hardware, lo cual constituye su principal ventaja. El núcleo es un Arduino clásico con un conversor analógico-digital AVR, mientras que el firmware utiliza una referencia analógica interna en lugar de la tensión de alimentación. Esta es una decisión acertada, ya que, de lo contrario, el uso de USB o una fuente de alimentación inestable podrían generar errores adicionales.
Bloques de hardware
| Bloquear | Función |
|---|---|
| Arduino (clase ATmega328P) | Procesamiento ADC, cálculos, lógica de visualización |
| LCD de 16×2 | Visualización local de PSV, potencia y gráfico de barras. |
| A0 | Potencia hacia adelante |
| A1 | Poder reflejado |
| Entrada digital (interruptor de modo) | Cambiar de pantalla |
| Sensor PSV | Acoplador direccional / puente en tándem |
La pantalla LCD está conectada en paralelo mediante la biblioteca LiquidCrystal. Desde la perspectiva actual, una pantalla LCD I2C sería más elegante, pero para un montaje sencillo, esta es una solución robusta.
Lo que hace el programa
El firmware no es simplemente una pantalla que muestra los valores del ADC. El proceso de medición se lleva a cabo en varios pasos:
1. Lectura hacia adelante y poder reflejado
Arduino lee A0 y A1 como canales directo y reflejado. Los valores no se utilizan inmediatamente; el firmware guarda el valor máximo de varias lecturas.
Esto es especialmente importante con SSB, donde la envolvente de la señal no es constante como en FM.
2. Filtrado de ruido por software
El código implementa una protección sencilla contra el ruido aleatorio. Si varias muestras consecutivas caen por debajo de un umbral definido, el valor máximo se restablece. Esto evita que el valor máximo anterior se congele.
Es más primitivo que una media móvil o un filtro DSP, pero es perfectamente adecuado para un receptor AV.
3. Conversión de ADC a vatios
A continuación, se presenta la tabla de consulta con interpolación. Aquí es donde reside el principal valor añadido del proyecto.
4. Cálculo de PSV
Tras obtener la potencia directa y reflejada, el firmware calcula la relación clásica:
PSV = ( 1 + √(Pr/Pf)) / ( 1 - √(Pr/Pf))
que es un cálculo físicamente correcto derivado del coeficiente de reflexión.
Protección de software contra ruido y falsas señales de PSV
Un detalle interesante es la supresión de valores sin sentido del poder reflejado.
Si la potencia reflejada es inferior a aproximadamente el 1% de la potencia directa, el firmware no la considera relevante y la sustituye por el valor mínimo.
¿Por qué es importante?
Sin esta protección, el ruido del convertidor analógico-digital o el desplazamiento del detector de diodo generarían un voltaje de fuente de alimentación (PSV) innecesariamente alto con una antena bien adaptada.
Ejemplo típico:
- Delantero: 50 W
- Reflejado por el ruido: 0,15 W
Formalmente, parece un reflejo real, pero en realidad es un artefacto de medición.
Este fusible de software hace que la medición sea más estable.
Modos de visualización
El firmware admite dos modos.
Modo de medidor clásico
Pantallas:
- PSV numéricamente,
- Gráfico de barras PSV,
- potencia directa (Wf),
- potencia reflejada (Wr).
Esto resulta útil al ajustar una antena, un filtro de paso bajo o un sintonizador.
Modo de gráfico de barras
El segundo modo funciona como un simple vatímetro dual:
- fila superior = potencia hacia adelante,
- En resumen = potencia reflejada.
Para realizar comprobaciones rápidas durante el funcionamiento, esto resulta más claro que una lectura numérica.
¿Qué sensor PSV debo usar?
El Arduino en sí es solo un sistema de procesamiento digital. La precisión viene determinada por el acoplador direccional.
Puente tándem
La adaptación en tándem es una excelente opción para kV. Ofrece una buena directividad direccional y un comportamiento consistente en un amplio rango de potencia. Es precisamente con los vatímetros simples donde se manifiesta el error de no linealidad del diodo a bajas potencias, un error que un mejor diseño direccional ayuda a limitar. El material OK1AYY también le ayudará a elegir la conexión adecuada para el medidor PSV. Diseños amateur de medidores de ROE/PWR independientes de la frecuencia para KV o Puente de adaptación en tándem ROE 1,8 – 50 MHz 1 kW
Ventajas:
- buena linealidad,
- precisión decente,
- vhodné pre KV contest también común DX traffic.
Acoplador direccional LA8AK
LA8AK Esta solución es popular entre los radioaficionados, sobre todo por su sencillez de construcción y reproducibilidad. En combinación con esta calibración digital, puede resultar muy útil.
Es importante que el sensor sea mecánicamente estable.
Posibles mejoras
conectividad de PC
La extensión más lógica es la salida serie USB.
Arduino podría transmitir:
- desempeño hacia adelante,
- poder reflejado,
- PSV,
- marcas de tiempo.
Esto permitirá registrar o monitorizar a largo plazo el comportamiento de la antena.
Aplicación con interfaz gráfica de usuario (GUI)
Una interfaz gráfica de usuario de escritorio sencilla podría mostrar:
- gráfico de rendimiento en tiempo real,
- Tendencia de PSV,
- Alarma cuando se supera el límite,
- export CSV o ADIF-like log meraní.
Calibración de la EEPROM
En lugar de una tabla predefinida, sería más elegante almacenar los puntos de calibración en la memoria EEPROM. Esto permitiría ajustar con precisión el medidor para un acoplador específico sin necesidad de recompilar el firmware.
Pantalla más moderna
Una pantalla OLED o LCD gráfica permitiría la emulación de agujas, el histograma o la retención de picos.
Conclusión
El medidor PSV para Arduino de DG7EAO es un buen ejemplo de cómo un firmware adecuado mejora un diseño analógico clásico de radioaficionado.
No es un vatímetro Bird de laboratorio, pero tampoco es un juguete. Si utilizas un sensor direccional de calidad, adaptas la tabla de calibración a tu propio hardware y ajustas con precisión la referencia del convertidor analógico-digital (ADC), obtendrás una herramienta sorprendentemente útil tanto para QRP como para operaciones de HF convencionales.
Para un radioaficionado al que le gusta combinar la tecnología de radiofrecuencia con los microcontroladores, este es un proyecto muy natural: un poco de analógico, un poco de procesamiento digital de señales y un resultado que realmente servirá en una estación de radioaficionado.
Lo diseñé hace años. El sensor de HF proviene de un diseño diferente. Se dañó por una entrada de potencia excesiva. Realicé varios ajustes al programa; por ejemplo, incluí dos tablas de calibración (para HF y 144 MHz) y un método ligeramente modificado para mostrar y promediar los valores. La principal ventaja es la posibilidad de aplicar la tabla de calibración, lo que aumenta la precisión de la medición.