POWER METER SWEEP

Ci siamo  ispirati al Power Meter realizzato da  Giuliano I0CG che Piero aveva gia realizzato con il materiale ricevuto da Giuliano stesso.

Il dispositivo di Giuliano,governato da un Pic, permette di fare precise misure di potenza tra +15dbm e -75dbm utilizzando l'integrato AD8307. Permette anche di leggere i valori  tramite la porta seriale ed anche di realizzare dei grafici con Excel.

Noi abbiamo pensato di usare l'AD8307 seguito da un ADC in unione al DDS per visualizzare sul computer la curva di risposta di un filtro per radiofrequenza ma soprattuto dei filtri a quarzo che stavamo realizzando.

Il Disegno riassume l'idea:

Ed ecco il risultato finale ottenuto analizzando la risposta di un filtro a 7 quarzi (non ben adattato).

La risposta piatta fuori banda a -67dbm è dovuta al fatto che il segnale scavalca il filtro a causa della realizzazione provvisoria del filtro stesso ma il dispositivo permettere di arrivare a oltre -75dbm..

Siamo rimasti stupiti dalla precisione dello strumento. Inizialmente, dopo averlo calibrato, con l'aiuto di un HP8046 a 0dbm e a -60dbm, risultava in certe parti della scala uno scostamento di circa 2 db. Il risultato era già abbastanza buono. Ma poi utilizzando un altro generatore ci siamo accorti che era l'attenuatore del nostro HP8046 ad essere impreciso e tutto corrispondeva entro 0.5 db. Per un obbista sono precisioni prima inimmaginabili. L'indicazione della frequenza ha poi praticamente la precisione della frequenza del  quarzo utilizzato.

DESCRIZIONE

  Lo scopo essenziale del nostro sito è quello di portare a conoscenza degli amici della sezione le nostre realizzazioni e di metterli in grado, se lo desiderano, di ottenere gli stessi risultati. Se le informazioni qui pubblicate non fossero sufficienti siamo a disposizione per ogni aiuto soprattutto il mercoledì dopo cena. Tuttavia cercheremo di esporre il lavoro, per quanto ci riusciremo, nella maniera più chiara possibile, anche per essere utili a chi voglia semplicemente conoscere come si fanno certe cose.

Il dispositivo di lettura è stato messo nella stessa scatola in cui si trova il DDS con un BNC all'ingresso e deve essere ben schermato per non captare direttamente il segnale del DDS. Dentro di esso c'è l'integrato AD8307 della Analog Device che è un amplificatore logaritmico capace di misurare segnali fino a 500Mhz tra +15dbm e -75 dbm circa con notevole precisione, ma arriva oltre i -80dbm.

Un amplificatore logaritmico è un dispositivo che accetta,  in ingresso un segnale a radio frequenza  e da in uscita una tensione continua che cresce al crescere del segnale ma seguendo un andamento logaritmico. Precisamente, ogni volta che l'ampiezza del segnale viene moltiplicata per una quantità costante(supponiamo 2) all'uscita si somma una quantità costante (nel nostro caso circa 150 mV). Moltiplicare per 2 l'ampiezza equivale a un incremento di 6db. Nel datasheet di AD8307 c'è scritto che la variazione della tensione di uscita è di circa 25mV/db. Quindi misurando la tensione d'uscita possiamo risalire direttamente ai decibel in ingresso. Nulla di più semplice!

Per la realizzazione di questa prima  parte rimandiamo direttamente al lavoro di Giuliano http://it.geocities.com/giulianoi0cg/Ampli_log_AD8307.pdf e al data sheet dell'AD8307. Eliminare la resistenza R5 onde ottenere una tensione d'uscita più elevata.

Si consiglia di racchiudere il dispositivo dentro una scatoletta (anche realizzata con vetronite ramata) ed utilizzare due condensatori passanti per portare l'alimentazione e per far uscire il segnale che andrà all'ingresso dell' ADC. Per il circuito dell' ADC non c'è invece bisogno di schermatura.

Una volta ottenuta la tensione proporzionale ai decibel in ingresso si potrebbe leggerla con un comune voltometro. Noi però vogliamo leggerla con il computer, perciò dobbiamo usare un convertitore analogico digitale (ADC) che trasforma la tensione in un numero binario. Abbiamo utilizzato un TLC1549 che è un convertitore a 10 bit  il che significa che il numero in uscita andrà da 0 a 1023. L'uscita del dispositivo è di tipo seriale quindi i 10 bit usciranno tutti da uno stesso piedino , uno dopo l'altro, dal più ... grande al più piccolo. Il pin di uscita è il 6.  Ai pin REF- e REF+ si applicano due tensioni per le quali si avranno in uscita rispettivamente i numeri 0 e 1023. a REF- applichiamo 0V collegandolo a massa mentre a ref+ applichiamo una tensione variabile con un potenziometro. Ciò sarà utile  per la successiva taratura.

Ci dovranno essere tre linee di collegamento con il computer: due di output per comandare il CS e il CLOCKe una di input (per la lettura dei dati seriali). queste linee andranno sui pin  della porta parallela secondo la tabella che segue (i nuovi collegamenti sono indicati con il colore porpora). 

La gestione di tali linee è un pò complessa e bisogna leggere con attenzione il data sheet del TLC1549. (Vedere anche la Sub Lettura del sorgente in VB).

Non c'è però bisogno di comprendere tutti i particolari del funzionamento di un dispositivo per realizzarlo. Non si farebbe mai nulla! Inizialmente ci si affida a ciò che ci dicono gli altri anche se non lo comprendiamo del tutto, poi magari andremo ad approfondire la conoscenza. Questo meccanismo è di fondamentale  importanza nel progresso tecnologico e scientifico. La scienza e la tecnica si rinforzano a vicenda lungo la strada e difficilmente l'una progredisce senza l'altra.

Questo discorso grosso è stato introdotto solo per dire che il nostro programma gestisce tutte le linee di cui abbiamo parlato e presenta le misure effettuate sullo schermo in forma grafica.. Chi è curioso (scientificamente) può poi andare a vedere come il tutto funziona. Noi inoltre ci auguriamo che ci siano molti curiosi.

Il dispositivo così realizzato può essere utilizzato subito anche senza DDS. Basta inviare all'ingresso un segnale da misurare , proveniente da un un generatore di segnali, da un oscillatore qualsiasi, da un microtrasmettitore, da un amplificatore di antenna televisiva  ecc, e apparirà  sullo schermo una linea orizzontale indicante la potenza della sorgente. (tenere conto che la resistenza d'ingresso è 50 Ohm).

In questa maniera possiamo calibrare con precisione il  nostro strumento. Occorre un generatore di segnali con un buon attenuatore. Poniamo l'uscita del generatore a 0 dbm e regoliamo il potenziometro facente capo a REF+ per avere esattamente 0 dbm sullo schermo. In questo modo lo strumento è ben tarato. Il programma poi prevede anche una taratura software per il valore di 0dbm e per -60dbm dopo di che le letture saranno precise entro 0.5 db o meglio!

Se non si ha un generatore di segnali con attenuatore attendibile basta regolare il potenziometro per avere 2.7 Volt sul piedino 1 del tlc1549 e, con i valori di default, si avrà già una taratura precisa entro pochi decibel.

(Per avere la massima tensione all'uscita dell'AD8307 non mettiamo nessuna resistenza tra il pin 4 e la massa, se si adopera un circuito già montato occorre togliere tale  resistenza.)

SWEEP   L'uso principale dello strumento è però in abbinamento al DDS per studiare la curva di risposta di un filtro, soprattutto a quarzi. Si collega il filtro tra l'uscita del DDS e l'ingresso del Power Meter e sullo schermo compare la curva di risposta.

  Il funzionamento dell'insieme è  molto semplice: Prima si invia al DDS l'ordine di generare una certa frequenza e poi si legge il valore all'uscita dell'ADC. I collegamenti tra la porta parallela e il DDS sono naturalmente quelli già illustrati  nel  progetto del VFO  al quale il presente si aggiunge senza comprometterne la funzionalità.

Gli esperti ci dicono che per avere una curva di risposta attendibile quando si analizzano filtri molto selettivi come i filtri a quarzo, la variazione di frequenza deve essere molto lenta. Questo si ottiene nel nostro programma prendendo un numero di punti elevato (fino a 20.000) ed anche inserendo un'attesa (delay) tra l'invio del comando al DDS e l'esecuzione della lettura. Il numero inserito indica una attesa approssimativa in millisecondi. Può andare da 0 fino a 5ms o più ancora, soprattutto per filtri a quarzi con selettività molto spinta. Alcune volte può essere preferibile diminuire i punti ed aumentare l'attesa perché ciò permette alla risposta del filtro di stabilizzarsi. Attenzione: se si mettono valori esagerati occorrerà attendere anche molti minuti prima che la scanzione sia completata!

Per i filtri LC si può porre l'attesa =0 e utilizzare solo qualche centinaio di punti. In tal modo si può usare la scansione continua per osservare in tempo reale gli effetti delle regolazioni. Con pochi punti si possono ottenere  parecchie scansioni al secondo, anche se ciò abbassa la precisione.

Mettiamo a disposizione il software da noi realizzato convinti che possa essere utile a qualcuno come punto di partenza per realizzazioni ancora migliori. Avvertiamo però che  noi non possiamo offrire nessuna garanzia di perfetto  funzionamento. Esso è realizzato in Visual Basic ed è completo dei  file  Sorgenti.

Download Software Gruppo Sperimentatori Frosinone   Il programma gestisce il POWER METER SWEEP  ed anche gli altri due progetti, ma le tre parti sono praticamente indipendenti e possono essere usate ciascuna per conto proprio.

CRYSTAL METER  E' stata aggiunta una routine per misurare con precisione la frequenza di risonanza dei quarzi. Si deve costruire una piccola interfaccia come da figura:

un pezzettino di vetronite su cui mettere alcune resistenze (preferibilmente smd) con un portaquarzi o un qualsiasi altro sistema in cui infilare con comodità i quarzi da misurare.     Due corti cavetti da 50 Ohm andranno all'uscita del DDS e all'ingresso del Power Meter

La frequenza di risonanza serie viene misurata con grande precisione e vengono valutati anche i parametri del quarzo: resistenza R, induttanza Lm, capacità Cm. La validità di questi parametri non sappiamo, al momento, quanto sia elevata non avendo  strumenti adeguati di confronto. Occorre una taratura iniziale, una volta per tutte, mettendo un conduttore al posto del quarzo e introducendo il valore di R0 nella apposita finestra. R0 è il valore di resistenza che risulta in serie al quarzo. Esso si somma alla resistenza interna R del quarzo. La sua conoscenza permette di ricavare,dalle misure effettuate, sia R che Q.  I valori indicati per le resistenze sono apparsi un buon compromesso, ma si possono cambiare, ricalcolando il valore di R0. (Si possono anche omettere R3 e R4 come nella foto, nel qual caso R0 risulta essere uguale a  30.5).

Ecco ciò che appare mettendo un quarzo nello zoccolo e premendo il tasto F9. La procedura è particolarmente utile quando si vogliano esaminare una ventina di quarzi per scegliere quelli più idonei per realizzare un filtro.

Saremo particolarmente grati se qualcuno, dotato di apparecchiature adeguate, ci possa dire fino a che punto le nostre misure siano attendibili. Saranno anche gradite osservazioni sugli algoritmi utilizzati e indicazioni per strategie di misura migliori.

....segue!