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L'Antennascope di W2AEF |
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La misura dell'impedenza è un'operazione molto importante nel corso della realizzazione di un'antenna, in quanto permette di avere immediatamente un'informazione sull'effettivo funzionamento del sistema che si sta costruendo. Per rispondere a questa esigenza di misura, per la verità non particolarmente semplice, esistono una serie di strumenti più o meno sofisticati, che vanno dal semplice rosmetro al ponte di misura, fino al voltmetro vettoriale ed all'analizzatore di reti quando le esigenze di misura siano particolarmente restrittive. Nel campo delle misure radioamatoriali, l'esigenza di economia è sempre molto importante, e di conseguenza molto importante, e di conseguenza la strumentazione utilizzata deve essere economica e possibilmente realizzabile in casa, senza però rinunciare alla qualità delle misure. Lo strumento che presentiamo in questa pagina, ideato negli anni '60 da W2AEF, risponde a queste caratteristiche: si tratta di una variante di ponte di misura, nella quale la resistenza dell'antenna è misurata per confronto con quella di un potenziometro calibrato; l'unica difficoltà nella realizzazione consiste nel reperimento di alcuni componenti, quali i resistori di precisione antiinduttivi, divenuti ormai piuttosto rari sul mercato. |
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Descrizione del circuito e suo funzionamento |
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Lo schema dello strumento, visibile in fig. 1, ricalca grosso modo quello di un ponte di Wheatstone, con l'aggiunta di alcune particolarità che consentono di ottenere l'importante risultato di poter mettere a massa un lato dello strumento, il che facilita grandemente la realizzazione e la schermatura in RF dello strumento. |
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Il ramo sinistro, composto di componenti fissi, fornisce un riferimento pari alla metà della tensione RF fornita dal generatore; il ramo destro comprende invece un partitore formato dall'antenna e da un potenziometro calibrato. Quando il potenziometro ha lo stesso valore di resistenza dell'antenna, la tensione al loro punto di connessione è ancora pari alla metà dell'alimentazione a RF, per cui tra i due rami del ponte lo squilibrio di tensione è nullo. |
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Per eseguire la misura della resistenza d'antenna quindi si dovrà collegare quest'ultima all'uscita dello strumento, e regolare il potenziometro calibrato fino ad azzerare lo squilibrio di tensione; a questo punto, la resistenza dell'antenna potrà essere letta direttamente sulla scala di calibrazione del potenziometro. |
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La principale differenza rispetto ad un ponte ordinario consiste nella disposizione del voltmetro per la lettura dello zero: nei ponti ordinari lo strumento è collegato (a ponte!) tra i due rami, il che in questo caso significherebbe avere tensione ad RF su entrambi i lati del voltmetro di lettura; con la disposizione scelta, invece, la tensione RF viene rivelata dal diodo e la continua ottenuta, parzialmente livellata dalla capacità di C1b, viene letta dal microamperometro, la cui sensibilità è fissata dalla resistenza R3 in modo da non caricare eccessivamente il ponte, ad evitare che il dip che segnala l'equilibrio diventi troppo poco marcato. |
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Elenco dei componenti e note |
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I valori dei componenti nel ramo fisso non sono particolarmente critici, ma è molto importante che i resistori ed i condensatori siano uguali tra di loro anche al variare della temperatura ambiente, motivo per cui dovranno essere utilizzati componenti di precisione, con tolleranza pari o migliore all'1%. Inoltre, per evitare errori di misura, i resistori dovranno essere del tipo antiinduttivo (ad impasto di carbone, oppure a filo per RF). |
R1a = R1b = 200 W |
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Il potenziometro deve essere a strato di carbone (non a filo) e dovrà essere contenuto in un contenitore di plastica; possono essere usati anche i tipi con contenitore metallico, a condizione che quest'ultimo venga rimosso, lasciando a vista la traccia di carbone. Qualora si desideri ottenere una maggiore risoluzione della misura, si potrà usare un potenziometro multigiri, oppure una manopola con demoltiplica. Il diodo rivelatore potrà essere un qualsiasi tipo per RF al germanio; il microamperometro, essendo utilizzato solo per rivelare lo zero, non ha alcuna particolare esigenza di precisione e si potrà quindi utilizzare un qualsiasi strumentino di sensibilità adeguata, meglio se di piccole dimensioni. Nel caso si usi un grid-dip come generatore, il link potrà essere costituito da un paio di spire del diametro di circa 1 centimetro di filo sottile isolato; la quantità di segnale inviata allo strumento, che per limitare i disturbi dovrà essere comunque la minima possibile, potrà essere regolata come al solito avvicinando od allontanando il link dalla bobina del grid-dip. Nel caso invece si usi un generatore RF od un trasmettitore di piccola (!) potenza, il segnale d'ingresso potrà essere prelevato tramite un connettore coassiale, come ad esempio un BNC o Pin (RCA). |
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Realizzazione pratica |
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Nella realizzazione pratica si dovranno seguire le consuete regole dei cablaggi ad RF, in particolare dovrà essere curata una certa simmetria del cablaggio. Il tutto andrà montato entro un contenitore metallico, e si dovrà avere cura di schermare separatamente sia il potenziometro di calibrazione che il microamperometro. |
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Taratura |
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La taratura dello strumento è molto semplice, e consiste nel segnare sulla manopola del potenziometro la resistenza corrispondente. Per realizzarla, si dovrà disporre di un certo numero di resistenze non induttive di valore noto; collegando all'uscita di volta in volta una di queste, si regolerà il potenziometro fino a che lo strumento si porta a zero, quindi si marca il punto sulla scala. La scala dello strumento dovrebbe essere lineare (linearità del potenziometro permettendo!) e quindi i valori intermedi possono essere marcati per interpolazione tra quelli calibrati; conviene comunque calibrare lo strumento su tutti i valori principali; ad esempio, con sei resistori di buona precisione da 100 W , combinandoli in serie e parallelo, si potranno ottenere i seguenti valori: |
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Note d'uso |
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Lo strumento misura la sola parte resistiva dell'impedenza d'antenna. In presenza di una componente reattiva, si avrà una diminuzione più o meno marcata dell'indicazione dello strumento, ma non si riuscirà a raggiungere lo zero; il minimo segna comunque la parte resistiva dell'impedenza. Poiché in presenza di ROS l'impedenza vista varia lungo la linea, per ottenere una misura attendibile è necessario che lo strumento sia collegato direttamente all'antenna o, in subordine, che sia collegato all'antenna mediante un tratto di linea lungo esattamente un multiplo di mezza lunghezza d'onda. Se il cavo ha lunghezza diversa, la misura sarà comunque possibile, ma è necessario ricorrere alla carta di Smith per risalire alla effettiva misura dell'antenna. |
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Si noti che la limitazione della misura alla sola parte resistiva non costituisce in pratica una limitazione nel caso si stia eseguendo la misura su un'antenna risonante, in quanto in questo caso la componente reattiva è prevedibilmente molto limitata; quando peraltro sia necessario eseguire una misura completa dell'impedenza, si potrà utilizzare un tratto di linea di lunghezza qualsiasi, purché diversa da l /2, eseguendo due misure, con e senza il tratto di linea interposto. Conoscendo la lunghezza elettrica del tratto di linea e ricorrendo alla carta di Smith è possibile ottenere anche la parte immaginaria (reattiva) dell'impedenza, applicando il seguente procedimento: |
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In alternativa a quest'ultima fase, si potranno eseguire tre misure, ad esempio con uno spezzone lungo l /8 ed uno lungo 3l /8; sulla carta di Smith si ottengono così tre cerchi che, opportunamente ruotati, si intersecano in un solo punto, che rappresenta il valore dell'impedenza incognita. |
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Considerazioni finali |
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Lo strumento presentato è di semplice realizzazione, ma non si presta benissimo all'impiego quando vi sia la necessità di misurare abitualmente impedenze complesse, in quanto, anche se preciso, il procedimento di misura è piuttosto laborioso e comporta un certo dispendio di tempo; nel caso si voglia ovviare a questo inconveniente, sarà possibile rendere variabile uno dei condensatori del ramo fisso (od anche entrambi), dotandolo di una scala che dovrà essere tarata con gli stessi criteri esposti per la calibrazione del potenziometro. In questo caso converrà scegliere per il condensatore variabile un valore massimo pari al doppio di quello fisso, e sarà opportuno curare particolarmente la schermatura del condensatore, che non dovrà essere troppo vicina agli elettrodi per non modificare indebitamente il valore capacitivo. |
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Resto sempre a disposizione per ulteriori chiarimenti. 73 es 51 de i3hev, op. mario |
