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Attenuatore ad impedenza costante

L'attenuatore ad impedenza costante è un accessorio che risulta particolarmente utile ogni volta che si abbia la necessità di interporre in una linea di trasmissione una attenuazione nota e regolabile del segnale; in questa pagina presentiamo un circuito che permette di ottenere un'attenuazione comprese tra 0 e 95 dB (pari ad una attenuazione da S9+40 a S0), regolabile a passi di 1 dB, con impedenza costante di 50 W e potenza massima sopportabile di 5 W.

Con l'uso di un generatore di segnali, che potrebbe essere anche un semplice oscillatore quarzato, e dell'attenuatore a passi, si può eseguire la taratura dello S-meter di un ricevitore, oppure verificarne la sensibilità o la tolleranza al sovraccarico d'ingresso, come pure confrontare tra loro due amplificatori o ricevitori e così via.

Descrizione del circuito e suo funzionamento

L'attenuatore, il cui schema è illustrato nella figura sottostante, è composto da 7 celle indipendenti, ciascuna delle quali presenta individualmente un'impedenza caratteristica di 50 W ed è inseribile o disinseribile secondo necessità.
Inserendo una qualsiasi combinazione dei deviatori si ottiene un'attenuazione totale che è la somma delle attenuazioni di ciascuna delle celle inserite e, come si è già accennato, con un'opportuna combinazione si può ottenere qualsiasi valore d'attenuazione fino ad un massimo di 95 dB.

La topologia delle celle non è uniforme: alcune sono del tipo a p , mentre altre sono a T; questa scelta, non del tutto consueta, permette però di utilizzare resistori con i valori standard della serie al 5%, molto più facili da reperire anche nelle serie più precise.

Con le potenze indicate per i resistori, l'attenuatore è in grado di gestire una potenza di ingresso di 5 watt continui; nel caso si voglia realizzare una potenza massima diversa, si potrà ridurre od aumentare in proporzione la potenza massima di tutti i resistori.

La parte inferiore dello schema propone un'alternativa per la sostituzione delle ultime tre celle con altre la cui attenuazione è rispettivamente di 10, 20 e 40 dB. Utilizzando queste, l'attenuazione massima ottenibile scende a soli (…) 85 dB, però in cambio diventa più semplice ottenere questi tre valori caratteristici, rendendo più veloci alcune operazioni tipiche di taratura. Per ottenere l'attenuazione di 40 dB è stata usata una cella di configurazione diversa, che garantisce una minore influenza degli effetti parassiti, comunque la realizzazione di questa cella richiederà nella fase costruttiva una particolare attenzione alla disposizione dei componenti e alla loro simmetria.

Note sui componenti

Le resistenze utilizzate devono essere di tipo antiinduttivo; sono adatti allo scopo, ad esempio, i normali resistori ad impasto di carbone, anche se ormai poco usati e non sempre facili da reperire. Nel caso si voglia che l'attenuatore sia a basso rumore, condizione utile quando esso venga impiegato nella determinazione della cifra di rumore degli stadi front-end, ad esempio dei ricevitori, le resistenze dovranno essere antiinduttive a filo; poiché è abbastanza difficile trovare sul mercato questi componenti, che oltre a tutto risultano piuttosto costosi, converrà realizzarli in casa, con l'aiuto di un buon ohmmetro; per chi desideri cimentarsi in questo lavoro, nel seguito è descritto il modo di realizzare un resistore antiinduttivo a filo.

Nel caso si voglia che l'attenuatore abbia una buona precisione, senza però affrontare il costo dell'acquisto, ovvero il lavoro di realizzazione di resistori a filo di alta precisione, si potrà sostituire ciascun resistore con il parallelo di 10 resistori uguali di valore dieci volte maggiore di quello richiesto; così facendo, le tolleranze statisticamente si compensano parzialmente tra loro, e si ottiene quindi un resistore molto più preciso, in grado di sopportare una potenza massima quasi pari alla somma delle singole potenze (la potenza sopportabile è un po' minore, perché i resistori accoppiati, che devono essere necessariamente molto vicini per evitare effetti induttivi, si scaldano l'uno con l'altro).

Realizzazione pratica

Nella realizzazione pratica si dovranno seguire le consuete regole dei cablaggi ad RF, in particolare dovrà essere curata una certa simmetria del cablaggio. Ciascuna cella va cablata in aria, intorno al commutatore a due vie, avendo cura di rispettare la simmetria nella disposizione dei componenti in relazione all'asse del commutatore stesso; in particolare i resistori andranno collegati a massa in uno stesso punto, posto esattamente al centro tra l'ingresso e l'uscita della cella.

Il tutto andrà montato entro un contenitore metallico, collegato a massa, e si dovrà avere cura di schermare separatamente ciascuna delle celle di attenuazione, che dovranno essere collegate tra loro mediante un corto spezzone di cavetto coassiale con l'impedenza caratteristica richiesta, ad esempio di tipo RG174. In alternativa, si potrà realizzare ciascuna cella in una piccola scatolina metallica, utilizzando due connettori coassiali di tipo pin (RCA) oppure BNC.

Non si dimentichi che i resistori dissipano una certa potenza, per cui, se è necessario dissipare potenza nell'attenuatore, andrà lasciata una certa possibilità di circolazione d'aria in senso verticale, ad esempio praticando dei forellini nelle pareti metalliche.

I deviatori potranno essere del tipo a slitta, ma dovranno comunque essere di buona qualità, ed in particolare devono essere adatti per l'uso in RF, cioè non devono introdurre reattanze parassite. Inoltre, poiché gli stati di ossido introducono rumore ed intermodulazione, nel caso si voglia usare l'attenuatore per la messa a punto di ricevitori sarà opportuno scegliere commutatori con contatti inossidabili, e possibilmente dorati.

Taratura e verifica

L'attenuatore non richiede alcuna taratura. Sarà però opportuno verificare, per confronto con un attenuatore noto, che le attenuazioni corrispondano effettivamente a quelle previste, il che potrebbe non accadere nel caso in cui qualche componente avesse tolleranza eccessiva, ovvero qualora il montaggio non fosse sufficientemente accurato.

Note d'uso

L'attenuatore va interposto tra il segnale che si desidera attenuare e l'ingresso del circuito ricevente (strumento di misura o ricevitore), mediante due corti spezzoni di cavetto coassiale a 50 W ; date le piccole potenze e le brevi lunghezze necessarie, si potrà utilizzare anche un RG174, che presenta il vantaggio di un diametro molto ridotto e quindi una grande flessibilità meccanica, mentre non conviene utilizzare cavi di grande diametro (es. RG213) perché la loro rigidità meccanica rende poco agevole l'appoggio dello strumento sul piano di lavoro e la manovra dei commutatori.

Le misure che si possono effettuare con l'ausilio dell'attenuatore a passi sono molto numerose; citiamo brevemente alcune tra le principali:

• Misura di precisione del ROS
  si effettua mediante un voltmetro direzionale per RF, anche non tarato (come ad esempio un rosmetro economico) nella seguente maniera: si collega l'attenuatore tra l'accoppiatore direzionale ed il rivelatore del voltmetro, regolando l'attenuazione per ottenere una misura dell'onda diretta esattamente identificabile (ad esempio il fondo scala dello strumento); quindi si gira l'accoppiatore, scambiando l'ingresso con l'uscita, e si regola nuovamente l'attenuatore fino ad avere la stessa misura. La differenza tra le due attenuazioni fornisce, espresso in dB, il modulo del coefficiente di riflessione, dal quale se necessario è possibile calcolare il ROS.

• Misura della soglia di sensibilità di un ricevitore
  si collega all'ingresso del ricevitore un generatore che dia un'uscita a tensione nota e precisa; con il generatore spento si legge l'ampiezza di segnale indicata dallo S-meter, o meglio da un voltmetro collegato all'uscita dell'ultimo stadio IF; quindi si accende il generatore e si regola l'attenuatore fino a leggere una tensione 1,41 volte maggiore della precedente; la tensione del generatore, sottratta l'attenuazione, dà la tensione di rumore all'ingresso del ricevitore, che ne definisce la soglia di sensibilità.

• Taratura dello S-meter
  si collega al ricevitore, attraverso l'attenuatore, un generatore di tensione nota e si regola l'attenuatore per ottenere in uscita una tensione RF di 100 m V; il valore indicato dallo S-meter corrisponde ad S9. Quindi si aumenta l'attenuazione a passi di 6 dB e si segnano le successive letture, che rappresentano S8 (-6dB), S7 (-12 dB) e così via. Riducendo invece l'attenuazione a passi di 10 dB si possono trovare le letture corrispondenti ad S9+10, S9+20 e così via.

Ricordiamo infine che l'attenuatore può anche essere usato nell'attività radioamatoriale come vero attenuatore d'antenna (alcuni comandi RF Gain agiscono sulla tensione di AGC, e quindi hanno poco effetto sull'intermodulazione, quando non la peggiorano addirittura) per la limitazione dei disturbi causati da intermodulazione da segnali eccessivamente forti in banda o fuori banda; nel caso di un RTX sarà necessario dotarlo di un relè di commutazione, per evitare di sottoporlo alla potenza emessa nel corso della trasmissione.

Note conclusive

L'attenuatore può essere facilmente modificato per ottenere una diversa capacità di dissipazione, semplicemente scalando tutte le potenze dissipabili dei resistori impiegati. Ad esempio, volendo ottenere un apotenza massima di 10 watt, sarà sufficiente raddoppiare tutte le potenze dissipabili dei resistori (Nota: in alcuni casi, per i resistori che dissipano meno, si otterrà una potenza 'ampia'; se si desidera aumentare di molto la potenza, sarà quindi opportuno ricalcolare esattamente le varie dissipazioni). Nel caso invece si intenda usare l'attenuatore solo per piccoli segnali (taratura di ricevitori) si potranno tranquillamente utilizzare tutti resistori da 1/4 W, riducendo così di molto il volume del cablaggio.

Resto sempre a disposizione per ulteriori chiarimenti.

73 es 51 de i3hev, op. mario