150 TH BIRTH ANNIVERSARY OF MARCONI 1874 - 2024
On the occasion of the celebrations for the anniversary of the birth of Guglielmo Marconi, the team invites radio amateurs to partecipate in the 28° RADIO FLASH MOB that will 28 APRIL from hours 08.00 UTC to 10.00 UTC in 144 MHz SSB/CW.
The activating stations with their respecgtive call frequencies are indicated in the post below
INFO: www.vhfesuperiori.eu
UN FILTRO PASSABANDA
PER I 2320 MHz
Semplice da costruire e facilmente riproducibile
Premessa
Nella suddetta descrizione viene trattata la progettazione e la realizzazione di un filtro passabanda a tre stadi per la frequenza di 2320 MHz. (foto n.1) Il filtro descritto viene utilizzato in ricezione con lo scopo di ottimizzarla. E’ noto infatti che le emissioni del WIFI sono soprattutto concentrate nei centri abitati poiché sono ubicate all’interno di abitazioni ed uffici. La frequenza di emissione del WIFI non è molto distante dalla frequenza dei 2320 MHz e quindi gli stadi di ricezione possono subire interferenze. Tali disturbi possono arrivare fino al punto di sovraccaricare il primo stadio d’ingresso di un ricevitore amatoriale, quando questo sia stato progettato con una scarsa dinamica e, soprattutto, con circuiti a larga banda per poter ricevere su di un’ampia gamma di frequenze. Il forte sovraccarico dello stadio di ingresso può dare origine ad un aumento del rumore di fondo. Inoltre può generare intermodulazione negli stadi di amplificazione e la compressione della dinamica del ricevitore, fino al punto da compromettere totalmente la ricezione. Per eliminare, o quanto meno attenuare, questi effetti, esiste una possibilità: Si tratta di utilizzare un adeguato filtro passabanda con lo scopo di far “passare” solamente le frequenze interessate ed attenuare tutte le altre al di fuori della ricezione voluta. Fatte queste premesse potremo scegliere se prestare minore attenzione alla migliore selettività possibile all’interno del range della banda passante del filtro oppure cercare di ottenere una minore perdita di inserzione. Per applicazioni radioamatoriali sarebbe preferibile avere sia la massima attenuazione possibile, ad una certa distanza dalla frequenza richiesta, che la minor perdita di inserzione possibile. Di solito, non è necessario che il filtro presenti una cima piatta o pendii perfettamente simmetrici. Nel caso non si richiedano valori di selettività veramente elevata, in modalità di ricezione, diventa più importante una bassa perdita di inserzione. Per questo motivo, si consiglia un filtro a tre linee risonanti strettamente accoppiate che possono garantire alla frequenza di 2320 MHz una perdita di inserzione inferiore a 1dB. Una bassa perdita di inserzione, in corrispondenza della frequenza di utilizzo, è necessaria affinché il filtro possa essere inserito fra l’antenna e l’ingresso di un eventuale preamplificatore, così che tutte le emissioni non interessate e presenti al di fuori della frequenza del filtro passabanda, siano attenuate e si renda possibile la ricezione dei segnali solamente presenti nella frequenza di nostro interesse.
Il progetto
Il filtro passa-banda è stato progettato utilizzando un calcolatore on-line dal titolo: Interdigital Bandpass Filter Designer – A powerful tool for the mechanic in you. https://www.changpuak.ch/electronics/interdigital_bandpass_filter_designer.php
Si tratta di un programma molto versatile poiché dà ampio spazio alle possibili esigenze dell’utente. Per il suo utilizzo viene richiesto l’inserimento, in modo semplice ed intuitivo, di pochi dati per poi restituire i valori del progetto che serviranno per la realizzazione del nostro filtro. Appena avviato il programma, viene mostrata una foto di un filtro, per avere un’idea di come potrebbe essere realizzato anche il nostro; poi appena sotto questa foto si trova un riquadro rettangolare nel quale dovranno essere inseriti i dati richiesti.
I valori indicati nel (screen_1) sono quelli che ho inserito per effettuare il calcolo di un filtro passabanda a tre linee risonanti centrate sulla frequenza di 2320 MHz per una larghezza di banda di 50 MHz ed una impedenza di ingresso/uscita di 50 ohm. Gli altri valori, indicati nelle tre righe sottostanti, fanno riferimento alle dimensioni del “case” e del tondino di ottone che ho previsto di utilizzare, potendo scegliere l’unità di misura in millimetri oppure in inch. Dopo aver inserito tutti i dati, si dà il via all’elaborazione con il pulsante CALCULATE.
Al termine della breve elaborazione, ci viene mostrato un riquadro (screen_2) che riporta la curva del grafico del filtro, mentre sotto lo stesso riquadro un certo numero di righe riportano i valori calcolati dal programma necessari per costruzione del filtro. Appare evidente che chi volesse realizzare un filtro sulla base delle personali esigenze, come una differente frequenza oppure un diverso numero di risuonatori, ecc., potrà farlo utilizzando la sequenza delle operazioni sopra indicate.
Costruzione
Tutto il materiale necessario per la costruzione del filtro si evince dalla (foto n.2). I circuiti risonanti del filtro passabanda, composti da linee coassiali a lamda/4, sono posizionati all’interno di un robusto contenitore metallico delle dimensioni di 112 x 38 x 35 mm dello spessore di 4 mm che definiremo “case”.(disegno n.1)
Questo filtro è composto da tre linee induttive. La spaziatura fra gli individuali risuonatori, il loro diametro e la loro lunghezza sono indicati in (disegno n.2). Come si evince, le linee più esterne hanno la stessa lunghezza, mentre quella centrale è leggermente più corta delle altre due. Le suddette linee sono disposte in anti-fase in modo che nell’estremità “calda” ed in quella “fredda” possano accoppiarsi. Le tre induttanze sono completate da tre viti di ottone che opportunamente regolate formano una piccola capacità allo scopo di rendere risonanti i circuiti alla frequenza di utilizzo. Infatti l’allineamento grossolano della frequenza viene effettuato dalla lunghezza delle linee risonanti, mentre l’allineamento finale, della risonanza, viene effettuato all’estremità “calda” delle linee con l’ausilio delle viti di allineamento da 5 mm. L’ingresso e l’uscita del filtro sono collegati elettricamente mediante un conduttore di rame argentato saldato in un punto della linea dove è prevista una impedenza di 50 ohm.
In questo progetto, per il “case”, è stato utilizzato un profilato di alluminio a forma di “U” che in parte semplifica la sua realizzazione. Infatti potendo impiegare un simile profilato si può evitare l’utilizzo di una fresatrice e quindi bastano solamente alcuni semplici strumenti di lavoro come una sega, un trapano e dei “maschi” per filettare. Per utilizzare questi strumenti è richiesta un po’ di manualità e per la realizzazione del filtro occorrono alcune ore di lavoro. Per iniziare si devono forare le due pareti laterali del profilato ad “U” praticando tre fori da 3 mm e tre fori filettati da 5 mm. Prima di forare occorre individuare e segnare la mezzeria delle due suddette pareti che corrisponde al centro del filtro. In questo punto dovrà essere fissata la linea della posizione centrale. Di seguito si dovrà contrassegnare la posizione in cui si dovranno fissare le altre due linee risonanti. Come riferimento si assumerà il punto di ubicazione della linea risonate centrale. Per effettuare i fori in maniera precisa conviene partire praticando fori più piccoli partendo da 1,5 mm o 2 mm di diametro e poi successivamente allargarli con una punta di 3 mm. Questi tre fori serviranno per far passare le tre viti necessarie per fissare le tre linee, mentre gli altri tre fori, che dovranno essere filettati con un diametro di 5 mm, serviranno per l’inserimento delle le tre viti di regolazione per accordare il filtro.
Le tre linee risonanti dovranno essere tagliate di misura, poi queste, ad una estremità, dovranno essere forate e filettate longitudinalmente, mediante un trapano a colonna ed un “maschio” per filettare da 3 mm.
Per le linee risonanti ho utilizzato un tondino di ottone in quanto possiede una superficie molto uniforme. Il piccolo svantaggio della conduttività relativamente scarsa può essere evitato provvedendo ad argentare le parti di ottone prima del montaggio. Le misure precise, riferite alla lunghezza delle linee, si potranno ottenere facilmente se si ha la possibilità di utilizzare un piccolo tornio; in caso contrario si utilizzerà una sega, una lima piatta ed un foglio di tela smeriglio a grana fine. Poi con una certa dose di pazienza si procederà alla lavorazione affinché la superficie tagliata corrisponda alla giusta misura e sia ad angolo retto, piana e il più liscia possibile.
Terminata la preparazione delle linee risonanti queste dovranno essere fissate una dopo l’altra partendo dal centro con la prima linea, per poi fissare anche le altre due saldamente alle pareti interne del “case”utilizzando le tre viti a testa cilindrica del diametro 3 mm x 10 mm.
Le viti da 5 mm di diametro lunghe 15 mm ed i relativi dadi da 5 mm in ottone si potranno acquistare nei negozi di ferramenta, il che significa che le parti risonanti del filtro possono essere realizzate utilizzando lo stesso tipo di materiale. Questo è un vantaggio rispetto ad una possibile corrosione nel caso in cui il filtro sia posizionato in condizioni ambientali sfavorevoli. Al fine di ottenere una bassa perdita di inserzione è importante che le perdite ohmiche siano mantenute il più basse possibile. Ciò implica che gli elementi risonanti devono essere montati all’interno del “case” mediante un buon contatto elettrico. Pertanto è necessaria una connessione superficiale liscia e pulita e una buona pressione superficiale. Questo si ottiene avvitando saldamente le tre viti da 3 mm che tengono fissate le linee risonanti all’interno del “case”.
Per l’ingresso e l’uscita del filtro sono stati utilizzati due connettori SMA “femmina” fissati sulle pareti laterali più piccole del “case”. Queste pareti sono realizzate in lamierino di ottone delle misure 30 x 31,5 mm e 3 mm di spessore che sono fissate mediante quattro viti da 3 mm al “case” ad “U” . Il montaggio dei connettori SMA è relativamente facile. Occorre praticare due fori del diametro di 5 mm, uno per ogni supporto laterale. Prima di fissare in posizione i connettori è necessario allungare i pin centrali di circa 8 mm utilizzando un conduttore di rame argentato del diametro di 1 mm in modo che questo si possa saldare sulla linea risonante, nel punto dove è prevista un’impedenza di 50 ohm. Poi si posizionano i connettori in modo che il pin centrale degli stessi passi attraverso il foro da 5 mm. Quindi si fissano stabilmente saldando a stagno le rispettive flange sulle pareti del “case”, in modo da ottenere un buon contatto elettrico. Per completare la copertura del “case” ho utilizzato un coperchio rettangolare di alluminio delle misure di 113,6 x 38 mm e dello spessore di 4 mm che viene fissato sul supporto ad U mediante sei viti da 3 mm al fine di ottenere un buon contatto ed una adeguata schermatura con il restante involucro. La (foto n.3) mostra la realizzazione del filtro senza la copertura, così da evidenziare la realizzazione dello stesso.
Taratura
e verifica delle caratteristiche del filtro
L’allineamento dei tre circuiti risonanti è piuttosto semplice quando si ha il giusto accoppiamento e le dimensioni delle linee risonanti garantiscono che la loro misura sia nelle vicinanze della frequenza di accordo. Anche se i valori forniti dal programma sono molto precisi, restano sempre le incognite dovute alle tolleranze di lavorazione, per cui è necessario effettuare un’accurata taratura delle suddette linee alla frequenza di utilizzo. Per effettuare la taratura alla frequenza di 2320,200 MHz servono una decina di minuti ed una adeguata strumentazione, al fine di poter ottenere dei risultati certi. Terminata la taratura occorre bloccare ciascuna delle tre viti tenendo ferme le teste delle stesse con un cacciavite e stringere saldamente i controdadi esagonali.
Per questa operazione bisogna prestare attenzione a non modificare la posizione delle viti e quindi la taratura delle stesse rispetto alle corrispondenti linee. Il filtro accordato alla frequenza di 2320,200 MHz presenta una perdita di inserzione di - 0,74 dB (foto n.4). Il return-loss, riscontrato sulle porte di ingresso ed uscita alla frequenza di utilizzo, corrisponde a - 26,86 dB. (foto n.5). Questo filtro è stato specificatamente progettato per avere una bassa attenuazione ed una larghezza di banda a - 3dB di circa 50 MHz. Quest’ultima infatti risulta essere pari a 54,75 MHz, un valore che possiamo ritenere in linea con le specifiche richieste. Infine a +/- 50 MHz dal centro della frequenza di utilizzo, abbiamo verificato che l’attenuazione del filtro è pari a - 19,50 dB mentre a +/- 100 MHz, l’attenuazione aumenta a -39 dB.
Il suddetto filtro è stato inserito, in serie, fra l’ingresso dell’antenna ed un preamplificatore a bassissimo rumore (VLNA Very Low Noise Amplifier). Questa disposizione ha eliminato completamente le interferenze precedentemente menzionate. Purtroppo in questa configurazione alla cifra di rumore che presenta il preamplificatore, pari a - 0,4 dB, va aggiunto algebricamente anche il valore di - 0,74 dB della perdita del filtro. Complessivamente la cifra di rumore sale a - 1,14 dB, un valore comunque sempre molto buono per i collegamenti terrestri. Pertanto mi ritengo soddisfatto avendo ottenuto una ricezione esente da disturbi, anche se a scapito di un lieve aumento della cifra di rumore del sistema ricevente.
La presente descrizione è stata pubblicata su RadioKit Elettronica del mese di febbraio 2024 a pag.30
Onorio Cenni I4CIV
Come tagliare in modo preciso gli
elementi delle antenne UHF
Una soluzione facile e intuitiva
Premessa
Dopo aver realizzato alcune antenne Yagi, ad alto guadagno per UHF, ho riscontrato delle difficoltà nel tagliare con precisione la lunghezza degli elementi. E’ cosa nota infatti, che le misure ricavate dal progetto da realizzare, debbono essere rispettate in modo assolutamente preciso. Già alla frequenza di 1296 MHz, uno scostamento di 0,25 mm sulla lunghezza degli elementi pregiudica il funzionamento delle antenne. Per ovviare ai problemi sopra esposti, ho realizzato un attrezzo (foto n.1) che consente di tagliare molto facilmente e velocemente tutti gli elementi con una notevole precisione. Con lo scopo di variare la misura dell’elemento da tagliare, ho utilizzato una vite filettata provvista di un dado a testa esagonale M 10 x 100 con un passo di 1.5 mm. (1) (Dove la lettera iniziale indica il tipo di filettatura, in questo caso metrica, il primo numero indica il diametro esterno della filettatura in mm, mentre il secondo numero la lunghezza della vite sempre in mm da non confondere con il passo del filetto che corrisponde a 1.5 mm. Con il passo del filetto di 1.5 mm, un giro completo alla vite esagonale genera uno spostamento in avanti oppure indietro di 1.5 mm). In questo modo, ruotando solamente un lato dell’esagono della suddetta vite, si ottiene una variazione di soli 0.25 mm. A partire da queste considerazioni l’attrezzo è stato realizzato in maniera da poter permettere di ricavare con precisione tutte le misure degli elementi da tagliare. Basterà fissare sull’attrezzo la misura del primo elemento da tagliare e, di seguito, mediante la rotazione della vite esagonale M 10 si potranno ottenere, con la dovuta precisione, tutte le misure degli elementi senza utilizzare alcun metro (ricordo che un giro completo della vite determina uno spostamento, in avanti oppure indietro di 1.5 mm, mentre un lato dell’esagono ci dà una risoluzione di 0.25mm. Questo particolare attrezzo si ottiene andando a fissare in maniera opportuna una vite filettata su di un adeguato supporto così come di seguito descritto.
Costruzione
Osservando il disegno n.1, si vede come l’attrezzo sia stato realizzato utilizzando un angolare di ferro ad “L” con lato di 25 x 25 mm, dello spessore di 3 mm e della lunghezza di 400 mm. Ad una estremità del suddetto angolare si dovranno saldare due dadi esagonali da M 10 posti a distanza fra loro, da centro a centro, di 19 mm. I due dadi posizionati in questo modo consentono di rendere stabile e leggermente più “dura” e senza “gioco” la regolazione della vite filettata che deve ruotare all’interno degli stessi dadi. Sulla testa esagonale della stessa vite lunga 100 mm occorre saldare una vite tipo “galletto” che servirà per effettuare la rotazione della vite con una sola mano e senza usare alcuna chiave. Dalla parte opposta della stessa vite e cioè dove inizia la filettatura, si dovrà praticare un foro del diametro di 4.5 mm della profondità di 3 mm allo scopo di fermare al suo interno l’elemento da tagliare. Dovremo poi fissare, sullo stesso angolare che serve da supporto dei vari componenti, e dalla parte opposta della vite a “galletto”, una “torretta” in ferro a forma di parallelepipedo avente le misure indicate nel disegno n.2
Preparazione degli elementi
L’attrezzo così realizzato, provvisto di un supporto angolare, si presta molto bene per essere fissato sulla morsa di un banco da lavoro o comunque su di un supporto stabile. Dopo aver fissato stabilmente l’attrezzo si dovrà procedere in questo modo: (1) Tagliare il primo elemento della giusta misura, il quale servirà come riferimento per il taglio dei successivi. Non ha importanza partire dall’elemento più lungo o dal più corto, poiché in un caso si procede per la misura successiva ad avvitare la vite, mentre nell’altro caso alla rotazione opposta. (2) L’elemento di riferimento dovrà essere infilato nel foro longitudinale della “torretta”, facendolo scorrere fino in fondo contro il foro praticato nel centro della vite filettata (foto n.2). (3) La vite filettata dovrà essere ruotata a mano mediante il “galletto” fino a quando l’elemento tagliato su misura risulterà leggermente premuto contro la lama della sega che abbiamo precedentemente infilato nella giuda del taglio. Questa regolazione, da effettuarsi con precisione, sarà il riferimento per i successivi tagli degli altri elementi. Se il primo elemento dovrà essere lungo 312 mm mentre quello successivo dovrà essere lungo 310 mm, la differenza di 2 mm si otterrà semplicemente tenendo conto che, con la rotazione di quattro lati dell’esagono si ottiene una variazione di 1 mm e conseguentemente per ottenere una variazione di 2 mm si dovrà ruotare il “galletto” esattamente per otto lati dell’esagono verso la direzione della “torretta”. E’ molto importante che, prima di effettuare il taglio, l’elemento sia fermo nel foro della “torretta”. Per bloccare l’elemento si dovrà ruotare una vite M 3 mm posta sopra la stessa “torretta”
Considerazioni finali
Questo semplice attrezzo mi ha consentito di preparare tutti gli elementi del diametro di 4 mm per l’esecuzione di quattro antenne Long-Yagi con precisione, facilità e notevole riduzione del tempo impiegato. Inoltre la “torretta” predisposta con la guida della lama della sega consente di ottenete il taglio degli elementi in maniera perfetta ed ortogonale.
i4civ.onorio@gmail.com
(1) 1 Fonte Wikipedia
La presente descrizione è stata pubblicata su RadioKit Elettronica del mese di settembre 2023 a pag. 34
MODIFICA DI UN MODULO AMPLIFICATORE UMTS PER LA
BANDA AMATORIALE 2320 MHz
Il modulo è in grado di erogare una potenza di
oltre 150 W con una potenza in ingresso di 40 mW
Premessa
L’amplificatore (Foto n.1) era utilizzato nelle stazioni base UMTS per
traffico dati a larga banda. La sua frequenza di lavoro è compresa da 2110 MHz
a 2170 MHz, mentre la potenza di uscita si attesta a circa 50 W in classe
lineare su di una banda di circa 4 MHz, così come richiesto dalle specifiche di
funzionamento di questi dispositivi. Per poter garantire una perfetta linearità
in una banda così ampia, nel suddetto modulo sono utilizzati transistor LDMOS
appositamente progettati per questo specifico uso. Lo stadio finale comprende
un transistor dedicato agli amplificatori Doherty e contiene nella sua
struttura due LDMOS.
Il presente modulo non riporta nessuna marca e modello, quindi è impossibile reperire il suo schema elettrico. Ad ogni modo, attraverso un’accurata osservazione, non è difficile comprendere la sua architettura. Sulla base della disposizione dei componenti utilizzati (Foto n.2),
Descrizione
del modulo
E’ necessario sintonizzare in banda amatoriale di nostro interesse (2320 MHz) sia lo stadio driver che lo stadio finale del modulo amplificatore UMTS. Prima di procedere alla modifica è buona norma osservare lo stato di conservazione del modulo e successivamente procedere ad alimentarlo alla sua tensione di funzionamento di 28 V. Prima di procedere alla saldatura del cavo positivo di alimentazione sulla pista del circuito stampato, occorre individuare questo punto di alimentazione. Il cavo va saldato nel punto in cui la pista del circuito stampato si presenta ampia e spessa (Foto n.3).
Descrizione
delle modifiche
Le modifiche
eseguite sul modulo fanno riferimento alle indicazioni fornite da due
radioamatori polacchi SP5XMU e SP8XXN, e sono descritte al seguente link:
Gli autori hanno
provveduto ad eliminare quattro condensatori SMD e a spostare di circa 8 mm la
posizione di un altro condensatore SMD lungo la linea dove era posizionato in
precedenza. Inoltre hanno aggiunto, in un preciso punto, un condensatore SMD da
1.8 pF. Questi interventi consentono di ottimizzare, alla frequenza di 2320
MHz, il funzionamento del modulo. Gli autori delle modifiche specificano di aver
utilizzato un VNA per la messa a punto dei circuiti di ingresso (Gate).
Aggiungono inoltre che Il metodo usato per la messa a punto è un pò grossolano
e pertanto non escludono che, con altre modalità di taratura, siano possibili
risultati migliori. Tali modifiche si possono eseguire senza avere a
disposizione una stazione di lavoro adatta per gli interventi sui circuiti a
microonde. Per dissaldare i condensatori
SMD io non ho usato nessuna stazione dissaldante ad aria calda onde evitare di
dissaldare, in alcuni punti, i componenti posizionati in prossimità dei punti
di intervento. Ho pertanto adoperato un comune un saldatore elettrico,
alimentato a 24 V, e provvisto di una particolare punta fatta in modo da poter
di rimuovere facilmente i condensatori SMD. Ho praticato sulla punta di
ricambio del saldatore una piccola una scanalatura con due piccole punte
laterali (Foto n.5).
Questa specie di “dima” va realizzata della
stessa misura, sia in larghezza sia in profondità, del componente SMD da
rimuovere. Per dissaldare il componente, la punta del saldatore deve essere ben
calda e posizionata sopra il componente da rimuovere. Questo, con il calore
delle due punte, si distacca facilmente dalle piste del circuito stampato.
Invece la procedura per saldare gli altri due componenti SMD può essere quella
solita dettata dalla propria esperienza.
Descrizione
del box per il modulo
A modifiche completate il modulo deve essere inserito all’interno di in un box auto-costruito delle dimensioni esterne di 120 mm x 115 mm x 35 mm (Foto n.6)
Banco di
misura
Per sottoporre ad una precisa verifica il suddetto amplificatore di potenza, in seguito abbreviato in PA, mi sono recato nel laboratorio del caro amico Agostino IK4OMN. Agostino è un tecnico di provata esperienza professionale ed è sempre disponibile ad effettuare test specifici nel suo attrezzato laboratorio di misure in ambito R.F. Il banco di misura per testare il PA (foto n.11)
Verifica
del funzionamento
Per questa verifica il PA è stato alimentato con una tensione fissa di 27 V non avendo a disposizione un alimentatore specifico in grado di fornire i 28 V come richiesto dal progetto del modulo del PA. Per motivi precauzionali abbiamo iniziato partendo con una potenza di 1 mW e, nonostante l’esigua potenza, il PA era già in grado di erogare in uscita circa 15 W. Abbiamo proseguito nel test andando ad effettuare le successive misure per tre valori di potenza di pilotaggio. Con 20 mW in ingresso la potenza di uscita si attestava sul valore di 100 W, con 30 mW a 140 W ed infine (foto n.12)
Cosiderazioni
finali
In previsione di
una installazione remota e ritenendo importare migliorare ultriormente la
dissipazione di calore del radiatore di alluminio provvederò ad aggiungere,
alle tre esitenti, un’altra ventola. Le quattro ventole saranno collegate in
modo che ogni gruppo di due sia in serie fra di loro ed in parallelo con
l’alimentazione del PA, in modo che ciascuna ventola possa essere alimentata
con la tensione nominale di funzionamento. Un’ulteriore ottimizzazione sarà
possibile utilizzando per l’alimentazione del PA cavi di adeguata sezione in
grado di minimizzare le cadute di tensione originate dalla elevata corrente
assorbita. Ringrazio Agostino IK4OMN per avermi messo a disposizione il suo
banco di misura e Giorgio IK3GHY per avermi fornito dei buoni consigli oltre al
suddetto modulo che ho modificato.
La presente descrizione è stata pubblicata su RadioKit Elettronica del mese di maggio 2023 a pag, 30
Attenuatori di valore fisso utilizzabili dalla DC a
500 MHz
Costruzione e messa a punto
Premessa
Chiunque si interessa seriamente di elettronica conosce molto bene l’importanza che ha la strumentazione elettronica ed i relativi accessori in un banco di misura per la taratura e l’ottimizzazione dei propri progetti. A volte può succedere di non poter completare, con la dovuta precisione, la messa a punto di alcune apparecchiature proprio per la indisponibilità di alcuni accessori. Fra questi possiamo citare gli attenuatori resistivi che in elettronica trovano tantissime applicazioni sia in bassa che in alta frequenza. In (foto n.1) sono mostrati alcuni di questi attenuatori prodotti da importanti aziende del settore che sono conosciute in tutto il mondo per la produzione di componentistica in ambito RF. Poiché avevo a disposizione alcuni di questi oggetti ho pensato, per una mia soddisfazione personale, di testarli per verificare la rispondenza dei valori riportati sulla targhetta e fare, nel contempo, alcuni confronti con quelli auto costruiti.
Gli attenuatori di cui disponevo potevano essere utilizzati solamente per piccole potenze: poiché avevo la necessità di doverli utilizzare anche per potenze più elevate ho deciso di realizzare alcuni attenuatori in grado di soddisfare questa mia necessità. Oltre una maggior potenza occorreva valutare anche la precisione della attenuazione. Se si desidera progettare gli attenuatori con un grado di precisione elevata è indispensabile utilizzare, per la costruzione, resistori puramente resistivi con valori prossimi a quelli teorici calcolati ed, allo stesso modo, la realizzazione meccanica dovrà possibilmente annullare o quanto meno minimizzare gli effetti induttivi/capaciti indesiderati. Diversamente accettando un minor grado di precisione potremo disporre di un maggior margine di tolleranza così da poter utilizzare direttamente i valori standard dei resistori reperibili in commercio. In ogni caso l’attenuazione teorica dovrà essere costante a partire dalle frequenze più basse fino al valore della frequenza che si intende utilizzare. Allo stesso modo l’impedenza in ingresso dovrà corrispondere al valore calcolato anche quando l’uscita dell’attenuatore sarà chiusa sulla impedenza caratteristica del dispositivo ad esso collegato elettricamente. Per questi attenuatori ho preso come riferimento sia la configurazione a “pi greco” che quella a “T” in versione asimmetrica o sbilanciata, vale a dire che le tensioni applicate nel circuito sono riferite con un capo a massa. All’atto pratico risulta indifferente usare un attenuatore del tipo a “pi greco” od a “T” in quanto la loro scelta dipende unicamente dai resistori disponibili. E’ consigliabile procedere al calcolo del valore dei resistori in entrambe le configurazioni e poi scegliere quello che è più facilmente realizzabile sulla base dei resistori disponibili. La pratica consiglia di orientarsi sugli attenuatori a “pi greco” perché forniscono generalmente valori di resistenze più alti che possono essere ottenuti mediante combinazioni in parallelo di più elementi. Questo progetto prevede il calcolo e la realizzazione di alcuni attenuatori asimmetrici con valori fissi di attenuazione e diversi valori di potenza e frequenze di utilizzo. Gli attenuatori sono stati calcolati per avere attenuazioni pari a 1,5dB, 3dB, 6dB, 10dB e 20dB e per potenze di 10 W, 20 W e 50 W che possono essere utilizzabili fino alla frequenza di 500 MHz. Di seguito riporterò qualche risultato ottenuto dai test eseguiti sugli stessi ed infine, per concludere, riporterò una misura eseguita all’attenuatore prodotto dalla “Narda” con potenza di 1W ed attenuazione 5dB che può essere utilizzato fino alla frequenza di 18 GHz.
Per poter ricavare i valori dei resistori con cui realizzare questi attenuatori, in Internet[1] si possono trovare alcuni semplici programmi in grado di calcolarli velocemente; similmente sono reperibili anche delle tabelle con indicati tutti i valori dei resistori senza doverli inserire nel programma o calcolarli matematicamente. Se utilizziamo uno dei tanti programmi disponibili “on line” dovremo, innanzitutto, definire se calcolare un attenuatore con cella a “pi greco” oppure a “T”. Avendo scelto la disposizione a “pi greco” dovremo impostare il valore di impedenza in ingresso/uscita che, nel nostro caso, sarà pari a 50 ohm, e di seguito dovremo definire il valore di attenuazione. Dopo l’inserimento dei dati previsti, il programma ci mostrerà immediatamente i valori delle tre resistenze necessarie per il valore di attenuazione previsto. Per il calcolo di altri valori si procederà inserendo altri dato nello stesso modo. E’ interessante notare che, per ogni attenuatore a “pi greco”, sia il resistore dal lato d’ingresso che quello dal lato uscita abbiano stesso identico valore resistivo. Ovviamente valori identici per lo stesso valore di attenuazione ma differenti valori resistivi per ogni grado di attenuazione calcolato. I valori calcolati dal programma sono teorici ed a volte presentano anche alcuni decimali: difficilmente i valori resistivi potranno coincidere con i valori standard dei resistori reperibili sul mercato. Però quando i valori teorici si discostano di poco dai valori nominali standard potremo fare una scelta fra diversi resistori con lo stesso valore su di essi riportato e sfruttare a nostro beneficio le tolleranze dei componenti. Con un preciso ohmmetro non sarà difficile scegliere quei resistori con i valori più prossimi a quelli calcolati. Se questo non bastasse potremmo collegare in parallelo diversi resistori ”selezionati” sempre allo scopo di ottenere quel valore più prossimo a quello teorico così che le prestazioni che potremmo ottenere siano allineate con i valori teorici di attenuazione e di impedenza.
Per frequenze superiori a 30 MHz sarà necessario usare dei resistori a strato di carbone non induttivi. Occorre distinguere quelli a strato di carbone da quelli a strato metallico in quanto pur essendo in contenitori a sezione circolare differiscono per come i reofori sono collegati al corpo. Infatti nei resistori a strato metallico esiste un cappello su entrambe le estremità del cilindro su cui sono fissati i reofori. Invece in quelli a carbone non esiste alcun cappello ed i reofori sono infilati nel cilindro. Un altra verifica è quella di spezzare i due differenti resistori: quelli a stato metallico ci appaiono di sezione bianca e sverniciandoli evidenzieranno una spirale metallica che unisce i due cappelli, invece quelli a carbone si presenteranno come un contenitore pieno di una sostanza di colore nero. Circa la potenza dei resistori da impiegare questa dovrà soddisfare i valori previsti nel progetto.
Attenuatori da 1,5dB - 3dB - 6dB - 10dB – 5 W realizzati a “pi greco”
Per la costruzione di questi attenuatori ho utilizzato dei resistori a strato di carbone sul corpo dei quali ho avvolto un piccolo e sottile foglio di rame allo scopo di creare una piccola capacità in grado di compensare l’induttanza dei reofori. I resistori, con i reofori molto corti, sono stati inseriti all’interno di un contenitore in lamierino di ferro stagnato dalle dimensioni 54 x 29 x h21 mm. (foto n.2)
I resistori sono fissati stabilmente saldando i reofori relativi all’ingresso ed all’uscita direttamente sui centrali dei connettori BNC, di buona qualità, mentre gli altri due restanti reofori sono saldati a massa. I due connettori BNC sono stati fissati sui lati minori ed opposti del contenitore. I valori per questi attenuatori, realizzati con disposizione a “pi greco” sono indicati in figura n.1 dove per ogni valore calcolato troviamo a fianco i valori nominali dei resistori da mettere in parallelo e che sono stati ottenuti a seguito di una precisa misura degli stessi.
Per verificare i risultati ottenuti basta collegare un generatore da un lato ed un carico resistivo dall’altro con applicato un adatto voltmetro. Come frequenza di prova si potrà utilizzare il classico valore di 1 kHz. Per calcolare esattamente l’attenuazione ottenuta occorrerà usare la seguente formula:
Att (dB) = 20 x log10 V out / V in
I valori ottenuti sono stati riscontrati in ambito audio mentre per conoscere il comportamento degli attenuatori in ambito RF dovremo utilizzare una strumentazione adeguata allo scopo.
Per questa verifica ho utilizzato un piccolo analizzatore prodotto dalla AAI mod. N1201SA, che dopo essere stato calibrato in un range di frequenze comprese da 137,5 MHz a 500 MHz ha mostrato i risultati di seguito indicati. Va precisato che i valori misurati, dallo strumento in dB, sono pari a due volte l’attenuazione e conseguentemente i valori riscontrati debbono essere divisi per due.
La risposta del attenuatore realizzato per una attenuazione teorica di 3 dB è decisamente buona fino a 500 MHz. Infatti il valore riscontrato a 144 MHz è di 3,46 dB e di 3,52 dB a 432 MHz(foto n.3 e n.4)
Mentre la risposta dell’attenuatore da 6 dB pari a 5,78 dB a 144 MHz e mostra una discesa del valore di attenuazione al disopra di 300 MHz che si riduce a 4 dB a 500 MHz. (foto n.5).
Allo stesso modo si comporta l’attenuatore da 10 dB che a 144 MHz ha attenuazione pari 9,05 dB. (foto n.6). Va precisato che l’analizzatore non consentiva di scendere al di sotto della frequenza di 137,5 MHz. Ritengo tuttavia verosimile che anche i valori misurati, anche alle frequenze più basse, non presentino valori peggiori rispetto a quello presentato alla frequenza minima alla quale è stato rilevato il valore.
Attenuatore da 6dB – 20 W realizzato a “pi greco”
Per questo attenuatore è consigliabile l’uso di un contenitore in lamierino di ferro stagnato Teko mod. 373 dalle dimensioni di 105 x 50 x h 26 mm munito di coperchio con tenuta a molla che permette una buona massa metallica. Anche per questo attenuatore sono stati utilizzati resistori a strato di carbone adeguati al valore della attenuazione e della potenza di progetto (figura n. 2)
Attenuatore da 3dB – 50 W realizzato a “T”
Il montaggio è stato eseguito su un circuito stampato argentato a doppia faccia e fissato all’interno di un contenitore in PVC recuperato dallo smontaggio di un vecchio preamplificatore di antenna per la TV analogica. Le misure sono di 110 x 70 x h 40 mm con i connettori di entrata ed uscita fissati sui lati opposti della superficie minore.(foto n.8)
I resistori utilizzati sono quelli a strato metallico e senza alcuna compensazione induttiva/capacitiva in quanto avevo previsto di utilizzare questo attenuatore per una frequenza che al massimo poteva raggiungere i 30 MHz. Inoltre ero interessato in questo modo di vedere, a livello strumentale, quali sarebbero stati i risultati ottenuti. Dal lato d’ingresso dell’attenuatore la R1 è composta da 6 resistori da 51 ohm 10 W messi in parallelo fra di loro, mentre per la R2, con un capo che andrà collegato a massa, ho utilizzato un resistore da 150 ohm 10 W. Infine la R3 dal lato uscita é composta da 6 resistori da 47 ohm 5W. (figura n.3)
Per questa verifica ho utilizzato il nanoVNA che dopo essere stato calibrato da 50kHz a 30 MHz mostra una attenuazione decisamente buona a lineare fino a 30 MHz pari a 2,85 dB a fronte di una attenuazione teorica prevista di 3 dB. (foto n.9)
Poiché avevo recuperato, da una scheda elettronica, un paio di chip con le caratteristiche sotto-indicate ho provveduto, per un funzionamento continuo a piena potenza, a fissarli su adeguati dissipatori alettati di colore nero dalle dimensioni di 20 x 15 x h 15 mm e 100 x 90 x h 40 mm. I due attenuatori sono stati completati fissando due connettori BNC femmina per l’ingresso e l’uscita. (foto n.10 e 11).
Le caratteristiche dei due chip, che ho rilevato da una ricerca in Internet, sono per quello di dimensioni minori un 1dB e 5W se fissato su di un adeguato dissipatore, mentre l’altro 20dB e può essere utilizzato fino ad una potenza di 50W. Entrambi presentano una impedenza caratteristica di ingresso ed uscita pari a 50 ohm e possono essere utilizzati fino ad frequenza massima di 2 GHz. La risposta dell’attenuatore, realizzato per una attenuazione teorica di 1dB, è decisamente buona fino a 500 MHz. Infatti il valore riscontrato a 432 MHz è stato di 0,88 dB (foto n.12).
Infine ho testato un attenuatore resistivo, prodotto dalla “Narda”, da 1 W munito di connettori SMA sulla cui targhetta è riportato il valore di attenuazione corrispondente a 5dB utilizzabile fino alla frequenza di 18 GHz. Anche per questa verifica ho utilizzato un piccolo analizzatore prodotto dalla AAI mod. N1201SA, che dopo essere stato calibrato ha mostrato che l’attenuazione, alla frequenza di 1296 MHz, era pari a 5,01 dB e che la stessa attenuazione rimaneva costante fino alla frequenza di 2,7 GHz. Purtroppo mi sono dovuto fermare a questo valore di frequenza perché lo strumento in mio possesso non consentiva di andare oltre.(foto n.13) Da questa semplice verifica appare tuttavia verosimile che anche alle frequenze più altre, questo piccolo attenuatore, presenti i valori di attenuazione dichiarati.
Con questo contributo desidero far crescere nei lettori, soprattutto in quelli “principianti”, oltre alla voglia di replicare quanto da me realizzato, il desiderio nei confronti dell’autocostruzione. Sono infatti persuaso che l’autocostruzione possa essere particolarmente interessante, soprattutto partendo da semplici progetti che siano in grado di garantire un buon rapporto fra le attese ed i risultati che si possono ottenere. Infatti questa modalità di lavoro ed i buoni risultati che si possono conseguire, gratifica e soddisfa chi li realizza, al punto da stimolare ed incoraggiare, anche chi è “alle prime armi”, ad intraprendere l’interessantissima avventura dell’autocostruzione..
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