In una stazione radioamatoriale, un misuratore di tensione di alimentazione (PSV) viene spesso dato per scontato. Lo si collega tra il TCVR e l'antenna, si preme il PTT, si controlla la PSV e il gioco è fatto. Ma chiunque abbia mai confrontato un wattmetro a diodi economico con un accoppiatore direzionale di qualità sa che la realtà è più complessa. La non linearità dei diodi di rilevamento, il diverso comportamento a basse potenze, il rumore sull'ingresso ADC e la precisione limitata dei ponti analogici possono trasformare una semplice misurazione in un discreto compromesso.
Progetto Arduino PSV metro di DG7EAO è interessante proprio perché risolve alcuni di questi problemi nel software. Non è 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.
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Perché una tabella di calibrazione è più utile di una semplice formula
Il principale vantaggio pratico di questo concetto è l'utilizzo di una tabella di calibrazione al posto di una semplice conversione lineare da ADC a potenza.
Il problema classico di un rivelatore a diodo è ben noto: il diodo raddrizzatore non ha una caratteristica di trasferimento lineare. A bassi livelli di segnale, l'errore è significativo perché la tensione di soglia del diodo fa sì che piccole differenze di tensione non portino a una variazione proporzionale nell'uscita. Se dovessimo utilizzare una semplice conversione lineare del tipo:
W = k × ADC
Il risultato sarebbe praticamente inutilizzabile a bassi livelli di potenza.
Il programma DG7EAO utilizza invece una tabella di calibrazione segmentata con interpolazione lineare tra i punti. Principio tipico:
- Valore ADC 57 ≈ 1 W
- Valore ADC 87 ≈ 2 W
- Valore ADC 111 ≈ 3 W
Se misuriamo un valore tra questi punti, il firmware calcola la potenza tramite interpolazione. Questo crea un'approssimazione lineare a tratti della reale caratteristica non lineare.
Il risultato?
- una precisione significativamente migliore nelle prestazioni QRP,
- un comportamento più sensato con bassa energia riflessa,
- Opzione di calibrazione per uno specifico accoppiatore direzionale.
Questa è esattamente la differenza tra un "gadget Arduino" e uno strumento di misurazione.
Componenti hardware utilizzati per il misuratore PSV
Il progetto è volutamente semplice dal punto di vista hardware, e questo rappresenta il suo vantaggio. Il cuore del progetto è un classico Arduino con un ADC AVR, mentre il firmware utilizza un riferimento analogico interno anziché la tensione di alimentazione. Si tratta di una scelta sensata, poiché altrimenti l'utilizzo di una connessione USB o di un'alimentazione instabile introdurrebbe ulteriori errori.
Blocchi hardware
| Bloccare | Funzione |
|---|---|
| Arduino (classe ATmega328P) | Elaborazione ADC, calcoli, logica di visualizzazione |
| LCD 16×2 | Visualizzazione locale di PSV, potenza e grafico a barre |
| A0 | Potenza in avanti |
| A1 | Potere riflesso |
| Ingresso digitale (selettore di modalità) | Cambio di schermata |
| sensore PSV | Accoppiatore direzionale / ponte tandem |
Il display LCD è collegato in parallelo tramite la libreria LiquidCrystal. Dal punto di vista odierno, un display LCD I2C sarebbe più elegante, ma per una realizzazione semplice questa è una soluzione robusta.
Cosa fa il programma
Il firmware non si limita a visualizzare i valori ADC. Il processo di misurazione si articola in diverse fasi:
1. Lettura in avanti e potenza riflessa
Arduino legge A0 e A1 come canali diretto e riflesso. I valori non vengono utilizzati immediatamente: il firmware memorizza il valore massimo delle letture multiple.
Ciò è particolarmente importante con la SSB, dove l'inviluppo del segnale non è costante come con la FM.
2. Filtraggio del rumore tramite software
Il codice implementa una semplice protezione contro il rumore casuale. Se diversi campioni consecutivi scendono al di sotto di una soglia definita, il valore massimo viene azzerato. Questo impedisce che il vecchio valore di picco si "blocchi".
È più rudimentale di una media mobile o di un filtro DSP, ma è perfettamente adeguato per un AVR.
3. Conversione da ADC a Watt
Successivamente, viene utilizzata la tabella di consultazione con interpolazione. È qui che risiede il principale valore aggiunto del progetto.
4. Calcolo del PSV
Dopo aver ottenuto la potenza diretta e riflessa, il firmware calcola la relazione classica:
PSV = ( 1 + √(Pr/Pf)) / ( 1 - √(Pr/Pf))
che è un calcolo fisicamente corretto derivato dal coefficiente di riflessione.
Protezione software contro il rumore e i falsi PSV
Un dettaglio interessante è la soppressione dei valori insignificanti del potere riflesso.
Se la potenza riflessa è inferiore a circa l'1% della potenza diretta, il firmware non la considera rilevante e la sostituisce con il valore minimo.
Perché è importante?
Senza questa protezione, il rumore dell'ADC o l'offset del rivelatore a diodo genererebbero un PSV eccessivamente elevato anche con un'antenna ben adattata.
Esempio tipico:
- Avanti: 50 W
- Riflesso dal rumore: 0,15 W
Formalmente, sembra un riflesso reale, ma in realtà è un artefatto di misurazione.
Questo fusibile software rende la misurazione più stabile.
Modalità di visualizzazione
Il firmware supporta due modalità.
Modalità misuratore classica
Schermi:
- PSV numericamente,
- grafico a barre PSV,
- potenza in avanti (Wf),
- potenza riflessa (Wr).
Questo è utile quando si regola un'antenna, un filtro passa-basso o un accordatore.
Modalità grafico a barre
La seconda modalità funziona come un semplice wattmetro doppio:
- riga superiore = potenza in avanti,
- In definitiva = potere riflesso.
Per controlli rapidi durante il funzionamento, questo è più chiaro di una lettura numerica.
Quale sensore PSV utilizzare?
L'Arduino in sé è solo un back-end digitale. La precisione è determinata dall'accoppiatore direzionale.
Ponte tandem
L'adattamento in tandem è una scelta eccellente per KV. Offre una buona direttività e un comportamento costante su un'ampia gamma di potenza. È proprio con i wattmetri semplici che l'errore di non linearità del diodo si manifesta a basse potenze, un problema che un migliore concetto di direzionalità contribuisce a limitare. Il materiale OK1AYY vi aiuterà anche a scegliere la connessione appropriata per il misuratore PSV. Progetti amatoriali di misuratori SWR/PWR indipendenti dalla frequenza per kV O Ponte di adattamento in tandem SWR 1,8 – 50 MHz 1KW
Vantaggi:
- buona linearità,
- buona precisione,
- vhodné pre KV contest anche comune DX traffic.
Accoppiatore direzionale LA8AK
LA8AK Questa soluzione è molto apprezzata dai radioamatori, soprattutto per la sua semplicità costruttiva e riproducibilità. In combinazione con questa calibrazione digitale, può rivelarsi estremamente utile.
È importante che il sensore sia meccanicamente stabile.
Possibili miglioramenti
connettività PC
L'estensione più logica è l'uscita seriale USB.
Arduino potrebbe trasmettere in streaming:
- prestazioni future,
- potere riflesso,
- PSV,
- timestamp.
Ciò consentirà la registrazione o il monitoraggio a lungo termine del comportamento dell'antenna.
applicazione GUI
Una semplice interfaccia grafica desktop potrebbe visualizzare:
- grafico delle prestazioni in tempo reale,
- Andamento del PSV,
- allarme quando il limite viene superato,
- export CSV O ADIF-like log meraní.
calibrazione EEPROM
Anziché utilizzare una tabella predefinita, sarebbe più elegante memorizzare i punti di calibrazione nella EEPROM. Ciò consentirebbe di ottimizzare lo strumento per uno specifico accoppiatore senza dover ricompilare il firmware.
Display più moderno
Un display OLED o LCD grafico consentirebbe la simulazione di un ago, la visualizzazione di un istogramma o la memorizzazione del valore di picco.
Conclusione
Il misuratore di tensione PSV basato su Arduino di DG7EAO è un ottimo esempio di come un firmware ben progettato possa migliorare un classico progetto analogico per radioamatori.
Non è un wattmetro Bird da laboratorio, ma non è nemmeno un giocattolo. Se si utilizza un sensore direzionale di qualità, si adatta la tabella di calibrazione al proprio hardware e si regola con precisione il riferimento ADC, si otterrà uno strumento sorprendentemente utile sia per il QRP che per le normali operazioni in HF.
Per un radioamatore che ama combinare la tecnologia RF con i microcontrollori, questo è un progetto molto naturale: un po' di analogico, un po' di elaborazione del segnale digitale (DSP) e un risultato che sarà effettivamente utilizzabile in una stazione radioamatoriale.
L'ho progettato anni fa. Il sensore HF proviene da un progetto diverso. Si è danneggiato a causa di un'eccessiva potenza in ingresso. Ho apportato diverse modifiche al programma, ad esempio, ho due tabelle di calibrazione (per HF e 144 MHz) e un metodo leggermente modificato per la visualizzazione e il calcolo della media dei valori. Il vantaggio principale è la possibilità di applicare la tabella di calibrazione, che rende la misurazione più precisa.