FILTRO PASSA BANDA “low loss” per i 23 cm

 

 Onorio Cenni I4CIV          i4civ.onorio@gmail.com

Premessa

Questo articolo vuole descrivere la modifica di un filtro passa banda, con l’intento di farvi partecipi della mia esperienza. Tempo fa, per migliorare la ricezione in gamma 23 cm, decisi di sostituire il mio vecchio LNA (low noise amplifier) con un altro di maggiori performance, chiamato VLNA (very low noise amplifier) che ho realizzato montando il kit di G4DDK. Il suddetto VLNA viene usato da molti OM per collegamenti via EME, dal momento che ha una cifra di rumore dell’ordine di alcune frazioni di dB ed un guadagno che si attesta sui 37 dB.

Con il nuovo preamplificatore, posizionato in prossimità dell’antenna, avevo subito riscontrato che questo, pur funzionando regolarmente, generava sovraccarico ed intermodulazione alla radio collegata a causa delle interferenze subite. Il circuito di ingresso e di uscita di questo VLNA è realizzato con un accoppiamento aperiodico mediante dei condensatori di piccola capacità. Tale configurazione a larga banda amplifica tutti i segnali presenti al suo ingresso. Dall’analisi di ciò che si poteva ricevere, ho subito realizzato che il sovraccarico era dovuto ai forti segnali TV ubicati in zona oltre che dall’emissione di un radar distante una quarantina di chilometri ma in portata ottica.

Stante la situazione, il suddetto VLNA poteva essere utilizzato, per collegamenti terrestri, solamente se al suo ingresso si fossero attenuate tutte le frequenze non interessate dalla ricezione dei 1296 MHz. Questo poteva essere fatto anteponendo al VLNA un buon filtro passa-banda che attenuasse la ricezione dei segnali indesiderati al di sopra e sotto la frequenza desiderata; inoltre era necessario determinare una forte attenuazione del rumore bianco della frequenza immagine e del residuo di oscillatore locale in modo da migliorare la cifra di rumore complessiva del sistema. Ipotizzando di utilizzare un filtro con una attenuazione nella banda passante di circa 0,5 dB posto sull’ingresso del VLNA avrei peggiorato la cifra di rumore di 0,5 dB che sommati alla cifra di rumore del preamplificatore pari a 0,3 dB avrei ottenuto una cifra di rumore complessiva di 0,9 dB, un valore più che ottimale nei collegamenti terrestri.

In rete web avevo trovato alcuni filtri, già pronti all’uso, che presentavano le caratteristiche richieste, ma il prezzo abbastanza elevato e la voglia di realizzare qualcosa fatto in casa, mi aveva fatto desistere all’acquisto, nonostante sapessi che per realizzare un buon filtro occorreva un certo impegno da dedicare alla precisione meccanica oltre ai costi di una argentatura indispensabile a ridurre le perdite per effetto Joule, piuttosto rilevanti, considerata la frequenza di impiego.

Molti anni fa avevo acquistato un filtro da un rottamaio pagandolo un paio di migliaia di lire con l’idea che forse un giorno avrei potuto utilizzarlo. Dopo averlo riesumato, fra una miriade di cose inutilizzate, mi resi conto di avere fra le mani un buon filtro passa banda realizzato in ottone completamente argentato e composto da 3 celle (foto n. 1).

Le tre linee in ottone del diametro di 8 mm si potevano tarare, su di un determinato range di frequenza, variando la capacità dei condensatori in ceramica a pistone ad alto Q della Johnson. Questo filtro, anche se completamente chiuso e schermato, ha la possibilità di essere tarato, in frequenza ed in larghezza di banda, per mezzo di comandi esterni tali da variare gli accoppiamenti induttivi interposti fra le tre linee. Allo stesso modo si possono variare gli accoppiamenti induttivi dei due link posti sull’ingresso e sull’uscita dei rispettivi connettori BNC; questa è indubbiamente una pratica soluzione meccanica che consente la messa a punto dei circuiti accordati senza che questi siano influenzati da effetti esterni. Il filtro è provvisto di un adeguato coperchio argentato che garantisce un buon contatto elettrico fra le pareti longitudinali con lo scopo di ridurre le perdite per effetto Joule al valore più basso possibile; i circuiti risonanti montati all’interno delle camere hanno così una bassa perdita di inserzione. Di questo filtro, dopo aver preso nota dei parametri essenziali, potevo supporre il valore della frequenza di impiego, però ciò che mi interessava realmente era massima frequenza di accordo. Per questo motivo, tramite  una misura strumentale, mi resi conto che il filtro si poteva accordare, senza effettuare alcuna modifica, fino a circa 930 MHz. L’attenuazione presentata era molto bassa dell’ordine di qualche frazione di dB ed aveva una selettività molto spinta unita ad una ottima stabilità; queste ottime prestazioni erano dovute dalla robusta costruzione meccanica, che mi avevano convinto a studiare possibili modifiche per un impiego sulla frequenza dei 1296 MHz. 

 

Progetto

Una ricerca sul web mi ha permesso di trovare una pagina per simulare direttamente il comportamento di un filtro a tre celle. Una volta impostati i parametri necessari ai fini del calcolo della nuova frequenza, ho riscontrato che, per accordare, il filtro esistente, sulla frequenza dei 1296 MHz, c’era ben poco da fare. Il diametro delle linee, che avevo imposto pari ad 8 mm non poteva essere cambiato, e la lunghezza delle stesse doveva essere ridotta di 1 mm, inoltre necessitava una piccola capacità di valore inferiore di quella minima fornita dai condensatori a pistone Johnson. Per l’adattamento di impedenza pari a 50 Ohm dal lato ingresso e di uscita, bisognava accorciare di 4 mm la lunghezza dei link. Infine bisognava ridurre la lunghezza dei settori nei quali erano inserite le linee risonanti, passando da 66 mm a 60 mm. (foto n. 2 disegno e misure del filtro)

 

Realizzazione

Dopo aver smontato le linee, ho provveduto ad accorciarle di 1 mm così da poter far salire la frequenza di accordo e di contrapporgli esternamente una vite di taratura con la capacità presentata dalla testa della vite. Ho quindi eliminato i condensatori a pistone Johnson, e di fronte ai fori rimasti, ho saldato tre quadrelli di ottone argentato da 12 x 12 mm spessi 3 mm, filettati con foro da 5 MA, nei quali avvitate le tre viti di taratura. L’interno del filtro parzialmente smontato ed il materiale necessario per le modifiche, è visibile nella foto n. 3 .

 

 

L’operazione di saldatura dei tre quadrelli di ottone filettati sul box del filtro che, è realizzato con della spessa lamiera di ottone argentato, risulta piuttosto difficoltosa a causa della sua massa e della argentatura che disperde velocemente il calore del saldatore; consiglio quindi per effettuare una saldatura ben lucida, di scaldare preventivamente il box del filtro posandolo su di una piastra in metallo posta su di un fornello a gas. Quando il box è ben caldo basta un saldatore a punta della potenza di 100 Watt per ottenere una brillante saldatura sui quadrelli filettati. Poi avvitando le viti in metallo del diametro di 5 mm nella filettatura dei quadrelli, avremo le viti posizionate frontalmente sulle linee risonanti. In questo modo si realizza fra le punte delle linee e le punte delle viti, una piccola capacità in grado di accordare le linee alla risonanza desiderata. La capacità aumenta o diminuisce a seconda che avvitiamo o svitiamo le viti. La rotazione della vite consente una variazione della capacità molto fine con il vantaggio di avere una bassa perdita per effetto capacitivo essendo interposta l’aria come dielettrico. Questo permette di avere un circuito LC risonante ad alto Q e migliore, di quello già ottimo, che possiamo ottenere con l’impiego dei condensatori a pistone Johnson. E’ noto che le perdite di un circuito risonante dipendono dal Q della induttanza L e dalla capacità C. Se il Q del circuito è alto la curva del circuito risonante è acuta; questa curva si può ottenere a fianchi ripidi, con un piccolo ripple, a seconda di come i circuiti risonanti siano accoppiati fra loro. Si procede poi a ridurre la misura dei settori più lunghi interponendo, fra i lati minori dei settori e le linee risonanti dalla parte del lato massa delle stesse, uno spessore di alluminio di forma rettangolare di 3 mm, serrato dalla stessa vite da 5MA che tiene fissata la linea risonante al suo supporto. Infine si completa la modifica accorciando di 4 mm i due link di accoppiamento posti sull’ingresso e sull’uscita.

 

Allineamento

Sebbene tutti i valori siano stati calcolati in modo abbastanza preciso, restano le incognite delle tolleranze di lavorazione delle linee induttive, l’interazione dei circuiti risonanti e degli accoppiamenti induttivi/capacitivi per cui è necessaria una forma di allineamento. Infatti ho riscontrato che la risonanza del filtro era a 1256 MHz, per cui ho dovuto accorciare ulteriormente le linee risonanti di altri 1,5 mm. Chi dispone di una adeguata strumentazione sa come fare procedendo con il metodo scientifico, altrimenti occorre mettere in atto la nobile arte di arrangiarsi, che un auto-costruttore ha acquisito nel tempo. Il metodo suggerito permette ugualmente un buon allineamento; bastano una chiavetta SDR che riceva a 1296 MHz e un PC con un adeguato software (i.e. SRD Sharp) oltre ad un generatore di rumore a larga banda fino a 1,5 GHz. Il generatore di rumore va collegato sull’ingresso del filtro e all’uscita dello stesso si collega l’ingresso antenna della chiavetta. Si attiva così la ricezione del SDR posizionandola sulla frequenza del filtro da tarare; tramite la videata sul PC osserveremo il rumore di fondo sulla frequenza che stiamo ricevendo che è quello che passa attraverso la banda passante del filtro. In questo modo, tutto il rumore generato fuori della banda passante del filtro sarà attenuato. (foto n. 4). 

 

Il primo passo da compiere è molto semplice e si farà accendendo e poi spegnendo il generatore. Con il generatore di rumore acceso, nel caso fossimo vicini alla frequenza di accordo, dovremmo già vedere un incremento del rumore ricevuto che potremo poi aumentare al massimo valore con la regolazione delle tre viti di sintonia. In seguito, spegnendo il generatore, si vedrà che il rumore sarà solamente quello di fondo. Con il generatore di rumore acceso l’incremento del rumore, con una certa approssimazione, nel mio caso è maggiore di 10 dB rispetto al rumore di fondo. Inoltre, con il generatore acceso, spostandoci sopra e sotto la frequenza di accordo del filtro, potremo osservare la larghezza della banda passante del filtro evidenziata dalla diminuzione del rumore per causa dell’attenuazione fuori banda del filtro. Il secondo step consiste nella taratura fine del filtro che si ottiene agendo ancora sulla sintonia e sugli accoppiamenti per il massimo segnale ricevuto da un beacon. Il risultato finale è che l’accordo si ottiene con la testa della vite di taratura a mezza via fra i dadi che la sostengono e l’estremità dei risonatori. (foto n. 5)

 

Al termine della taratura occorre bloccare strettamente ogni vite tenendo ben ferma la testa e stringere saldamente il controdado esagonale, facendo attenzione a non modificare la posizione delle viti rispetto ai risuonatori. E’ di fondamentale importanza che il coperchio di ottone del filtro sia ben fissato al suo box stringendo a fondo le 11 viti da 3 MA.(foto n. 6) 

 

 

Conclusioni

L’opportunità di sottoporre ad una seria analisi il suddetto filtro mi è stata data dal caro amico Agostino al secolo IK4OMN che oltre ad essere un bravissimo tecnico di provata esperienza professionale, possiede un attrezzatissimo laboratorio per misure R.F. che copre uno spettro di frequenza che parte da pochi kHz fino ad arrivare oltre i 40 Giga. Agostino è sempre disponibile con grande generosità a mettere a disposizione il suo laboratorio nei confronti di altri sperimentatori. Il filtro è stato collegato, al Network analyzer HP 8753. Dallo schermo digitale si poteva evincere che il filtro necessitava di piccola ma precisa messa a punto che Agostino ha immediatamente effettuato con estrema professionalita. Dopo la taratura del filtro a centro banda, vale a dire a 1296,250 MHz, si evidenziava una perdita di inserzione di 0,64 contrassegnata al Marker 1. Mentre alla frequenza di 1321,00 MHz contrassegnata al Marker 2 una attenuazione di 19,22 dB infine al Marker 3 alla frequenza di 1271,00 MHz una attenuazione di 15,20 dB. (foto n.6).

 

Il filtro presenta una curva perfettamente simmetrica come si evince dalla (foto n.7) che mostra il grafico con uno span di 200 MHz riferito alla frequenza centrale di 1296,250 MHz. Una ulteriore misura è stata eseguita per verificare il valore della impedenza di ingresso e di uscita. Il filtro presenta un return-loss in entrata ed uscita di circa -30 dB. Come noto più elevato è il return-loss e più è prossimo a 50 ohm il valore di impedenza. 

 

Pertanto dovendo inserire l’ingresso del mio VLNA, che ha solamente un return-loss di -8 dB, all’uscita del filtro che invece ha un return-loss di -30 dB, quest’ultimo avendo un valore molto prossimo alla impedenza di 50 ohm è in grado di evitare fenomeni di instabilità od auto oscillazioni fuori banda. Io non ho notato fenomeni di instabilità anche perché il coefficiente di stabilità K del VLNA risulta maggiore di 1 ed a ciò ha contribuito, come suggerito dall’autore del progetto, il fatto di aver posizionato all’interno del preamplificatore alcuni pezzi di materiale assorbente RF. Nel caso venissero riscontrate delle instabilità, la soluzione a questo problema consiste nell’interporre un circolatore sull’ingresso della parte ricevente in modo che tutta la potenza riflessa sia dissipata in un carico resistivo ed il filtro resti correttamente caricato sui 50 Ohm. Questa soluzione aumenta naturalmente le perdite dovute all’inserzione del circolatore, perdite che potremmo stimare attorno ai 0,3 dB; per cui con il circolatore inserito si peggiora ulteriormente di altri 0,3 dB la cifra di rumore complessiva. In questa ipotesi dovremmo aggiungere algebricamente ai 0,6 dB di perdita del filtro, ed ai 0,3 dB che presenta l’ingresso del VLNA gli ulteriori 0,3 dB di perdita del circolatore. Complessivamente la cifra di rumore determinata, dal filtro, dal VLNA e dal circolatore salirebbe a 1,2 dB, valore ancora accettabile per i collegamenti terrestri. Concludo affermando che, con l’inserzione del suddetto filtro, i problemi evidenziati si sono completamente risolti.

                                                                                                                                                                                                               i4civ.onorio@gmail.com

 

La presednte dedscrizione è stata pubblicata su Radio Kit Elettronica del mese ottobre dell'anno 2016 a pagina 45.

 

N1201SA Series vector impedance analyzer

          Analizzatore d’ antenna da 137.5 a 2700 MHz

 

    Onorio Cenni I4CIV 

i4civ.onorio@gmail.com                                              

Questo strumento, prodotto dalla AAI (Accuracy Agility Instrument) (foto n.1) è un palmare in grado di eseguire misure e analisi nel settore della radiofrequenza. Lo strumento è acquistabile su Internet ad un ottimo rapporto qualitá/prezzo.

La serie denominata N1201SA è composta da tre sottomodelli che sono; N1201SA, N1201SA+,N1201SAC. Lo strumento denominato N1201SA è il modello base che copre un range di frequenza che parte da 137.5 MHz fino ad arrivare 2700 MHz. Per l’N1201SA+ il range di frequenza è più ampio del precedente; parte da 34.375 MHz ed arriva sempre a 2700 MHz. Infine l’N1201SAC è un prodotto “custom” basato sul modello N1201SA, con lo stesso range di frequenza ma con l’aggiunta di funzioni extra come l’uscita dei dati seriali, la misura della lunghezza cavi e le impedenze delle linee di trasmissione.

Nel presente articolo viene analizzato il modello N1201SA, che è quello meno caro ed il più venduto. Lo strumento permette di analizzare in maniera facile e rapida qualsiasi tipo di antenna in un definito intervallo di frequenza. Dallo schermo sul display è possibile visualizzare la frequenza di risonanza dell’antenna, il ROS, il valore dell’impedenza complessa, il valore resistivo ed induttivo dell’impedenza complessa ed il coefficiente di riflessione o perdita di ritorno. Si possono inoltre eseguire test di radiofrequenza in amplificatori RF senza applicazione di potenza. Inoltre, come generatore di segnali è ideale per la calibrazione di ricevitori e per i test di sensibilità e tracciamento del segnale.

L’analizzatore è racchiuso in un’elegante scatola metallica di alluminio, dalle dimensioni  120 mm x 86 mm x 30 mm, verniciata di nero, molto ben realizzata e dall’aspetto robusto. Lo strumento è provvisto internamente di una batteria agli ioni di litio ad alta capacità per consentire un impiego mobile all’aperto senza l’ausilio di cavi volanti provenienti da un’alimentazione esterna.  La curiosità di vedere l’interno lo strumento era tanta ma, consapevole del fatto che avrei trovato diversi circuiti integrati con una miriade di piedini montati accuratamente in tecnica SMD, mi sono accontentato, almeno per il momento, di guardare una foto presente sul Web, dalla quale si può notare un’accurata costruzione (foto n.2).                                                                      

 L’interfaccia utente è stata progettata per essere intuitiva e di facile utilizzo. Il menu sullo schermo del display fornisce una guida per l’utente ed il funzionamento è controllato principalmente dai tasti di navigazione. Quando il display è nella funzione di scansione viene mostrata l’impedenza grafica con la possibilità di poter visualizzare in maniera rapida le caratteristiche dell’antenna in un intervallo di frequenza selezionato dall’utente. Inoltre vi è la possibilità di poter selezionare, sull’asse delle ordinate (Y) del grafico, i giusti valori delle costanti di misura, con lo scopo di ottenere dei risultati accurati utlizzando una scala di misura maggiormente definita. Inoltre, sulla scansione  del grafico è possibile posizionare, nel punto di nostro interesse, un marcatore di riferimento. E’ possibile ingrandire sulla traccia cambiando i valori delle costanti sull’asse Y e nel contempo anche sull’asse X, restringendo al minimo la larghezza di banda della scansione. Questo permette di visionare in maniera più precisa i risultati della nostra analisi.

 

Specifiche:

Frequenza di utilizzo: specificata da 140MHz a 2700 MHz, reale da 137.50 a 2700 MHz;

Passi di frequenza/risoluzione: 1 kHz;

Display; 2.4 inch TFT risoluzione 320 x 240 QVGA;

Capacità della batteria: 2000 mA (7.4 Wh);

Consumo energetico: < 1.5 W;

Corrente di carica: 400 mA;

Connettore di carica: USB ( mod. N1201SA e N1201SA+) – USB uscita dati porta seriale ( mod. N1201SAC;

Spegnimento automatico: può essere impostato da 5 a 60 minuti;

Parametri misurati: Resistenza, reattanza, onde stazionarie, S11;

Risoluzione: quattro cifre significative;

Precisione di frequenza: < +- 3ppm;

Connettore: SNA – k;

impedenza 0.1- 1000 Ω ( in valore assoluto)

Range di misura:  onde stazionarie 1.000 – 65

S11 (dB)  da 0 dB a – 60 dB

Direttività: < 35 dB (140 MHz – 2000 MHz calibrato)  < 30 dB (2000 MHz – 2700 MHz)

Livello uscita: -10dBm (0.1 mW, 70.7 mV rsm) su carico 50 Ω;

Temperatura di lavoro: 0° C – 40° C;

Pressione atmosferica: 860 hPa-1060 hPa.

 

Descrizione dell’apparecchio:

Lo strumento presenta sulla parte superiore del pannello frontale un display da 2.4 inch,  mentre sotto questo schermo LCD  sono posizionati quattro pulsanti. Partendo da sinistra, il primo pulsante è indicato con la lettera M, il secondo pulsante riporta la scritta CTRL ed una freccia con la punta rivolta verso sinistra, il terzo con la freccia punta verso destra, mentre l’ultimo con la scritta OK oltre al simbolo convenzionale di acceso/spento. Sul fianco superiore è presente una manopola ed un connettore SMA – k. Dalla parte opposta, vale a dire sul fianco inferiore, si intravede un foro attraverso il quale è possibile effettuare il reset, poi una presa USB che serve per caricare la batteria interna ed infine un LED di colore rosso. Per la descrizione delle funzioni dei pulsanti rimando alla lettura del manuale in dotazione, anche se un po’ scarno di informazioni. Ritengo invece che possa essere più importante spendere qualche riga nella descrizione del metodo di calibrazione, per comprendere come poter utilizzare al meglio questa modalità.  

     

Descrizione delle funzioni:

Accensione e spegnimento. Per l’accensione occorre premere il pulsante CTRL assieme al pulsante di alimentazione Power. Per lo spegnimento, tenere premuto per un paio di secondi il pulsante Power.

Quattro sono le opzioni di interfaccia: Singolo punto di misura, funzione scansione, informazioni del sistema e calibrazione.

 Singolo punto di misura: Per impostazione predefinita, lo strumento parte con l’opzione di interfaccia singolo punto di misura che presenta i parametri di impedenza completi riferiti ad una frequenza selezionabile dall’utente. Il singolo punto di misura è molto semplice da usare poiché il solo parametro da regolare è quello che ci permette di determinare la frequenza sulla quale dobbiamo fare la misura. Per selezionare il digit sul quale effettuare la variazione della frequenza occorre premere il pulsante destro o sinistro. Una volta selezionato il digit diventa di colore rosso e così il suo valore può essere cambiato ruotando la manopola superiore. Dopo la regolazione della frequenza, la misura risulta automaticamente adeguata. Premendo il pulsante OK, rimanendo ancora nel singolo punto di misura, è possibile commutare fra impedenza e parametro S11.

Funzione scansione: Dalla schermata del singolo punto di misura, premendo il pulsante M, si commuta la funzione per l’interfaccia grafica di scan che prevede la scansione di cinque tipi di parametri: S11, VSWR,  , R, e X. Per l’utilizzo degli stessi rimando i lettori alla consultazione dal manuale.

Informazioni del sistema: Sia dalla schermata singolo punto di misura che da quella di scan, premendo il pulsante CTRL (seconda funzione del pulsante) e il pulsante M, questi commutano la visione sul display  nella interfaccia informazioni del sistema. L’interfaccia del sistema contiene molte informazioni circa lo strumento.

Calibrazione: Lo strumento è stato calibrato dal produttore direttamente all’uscita del connettore SMA, quindi collegando il DUT ( Device Under Test) direttamente al connettore potremo evitare di ricalibrarlo. Al contrario, inserendo un cavo fra lo strumento e l’oggetto da misurare, occorre eseguire la calibrazione dello strumento. Questa operazione è necessaria perché, nelle misure RF, le perdite che introducono i cavi di collegamento danno origine ad inevitabili errori sistematici che influenzano negativamente i risultati. La stessa lunghezza fisica dei connettori “doppio-maschio” o “doppia-femmina” usati come adattatori può influenzare il risultato della misura in quanto si va a modificare il “piano di riferimento” sul quale è fatta. Occorre quindi spostare il piano di riferimento, che normalmente si trova in corrispondenza del connettore SMA-k, fino all’interfaccia con il dispositivo.  Va precisato inoltre, sempre per ottenere risultati attendibili, che la calibrazione deve essere eseguita ogni volta che si effettua una misura ad una diversa frequenza di utilizzo. Pertanto la calibrazione elimina o quantomeno tiene conto degli errori sistematici della misura. Fra le diverse tecniche di calibrazione, questo strumento usa una delle più semplici denominata tecnica SOL, e questa si esegue usando un kit di calibrazione con caratteristiche note. Dall’acronimo SOL il kit è composto da tre plug: un cortocircuito (SHORT), un circuito aperto (OPEN),e un carico adattato (LOAD) (foto n. 3).

                                                                                 

Per eseguire la calibrazione i plug devono essere connessi sequenzialmente e collegati all’estremità del cavo di prolunga. Il punto dove questi carichi sono connessi durante la calibrazione è chiamato “ Reference Plane” (Piano di riferimento). (figura n.1)

L’analizzatore esegue una serie di misure con questi carichi, calcolando il coefficiente di errore che viene messo in conto ogni qualvolta che l’analizzatore esegue la misura. Occorre  prestare attenzione: logo “CAL 0” in rosso sullo strumento indica di usare il sistema di calibrazione ad esempio eseguire la calibrazione dello strumento sulla porta RF; “CAL 1” sta ad indicare che lo strumento è calibrato.

 

Consigli d’uso:  

-        Al fine di garantire la precisione di misura e della calibrazione si consiglia di preriscaldare lo strumento per almeno 5 minuti;

-    Il rumore prodotto all’interno dello strumento è minimo usando l’alimentazione mediante la batteria interna. Si raccomanda di fare le misure con la sola batteria interna, perché di solito la qualità del caricatore non è buona e può generare rumore; 

-       Utilizzare connettori a cavi RF di buona qualità;

-    Dopo aver calibrato il cavo, nel caso di un  successivo uso diretto potrebbe non essere necessaria la ricalibrazione;

-   Prima di fare la calibrazione o le misure conviene assicurarsi di non essere vicini a forti campi elettromagnetici che potrebbero interferire sulla precisione delle misure.

Ci sono delle difficoltà di interpretazione del manuale, in quanto è stato tradotto dal cinese in un inglese un po’ approssimativo. Comunque, superato lo scoglio linguistico, è possibile utilizzare correttamente tutte le funzioni previste dallo strumento ed avere quindi la soddisfazione di scoprirne tutte le qualità. Io mi limiterò a descrivere la procedura di calibrazione per poi riportare, a titolo di esempio, i risultati ottenuti testando una antenna yagi da 10 elementi per i 70 cm. In conclusione, riporterò alcune analisi eseguite su di illuminatore auto-costruito, per illuminare una parabola in rete  del diametro di 2m, per la gamma dei 23 cm e 13 cm.

 

Procedura di calibrazione:

Per l’analizzatore N1202SA è prevista una procedura di calibrazione che, come abbiamo accennato, serve a compensare e/o tenere in debito conto le perdite nei cavi di collegamento, dovute ad effetti capacitivi e/o induttivi. Queste perdite potrebbero originare misure imprecise. Nel caso non fosse possibile eseguire una calibrazione alla estremità del cavo coassiale che deve essere collegato all’oggetto da testare, suggerisco di tagliare la lunghezza del cavo coassiale pari ad un multiplo esatto di lamda/2 moltiplicato il fattore di velocità dello stesso cavo. In questo modo qualsiasi impedenza presente ad una estremità del cavo dovrebbe essere uguale all’altra estremità.

Dall’ interfaccia informazioni del sistema, premendo il pulsante CTRL contemporaneamente  al pulsante M, si entra nella videata della interfaccia correzione e calibrazione. La scelta per l’opzione di correzione si presenta, sullo schermo, in alto sul lato sinistro; sono mostrate due opzioni denominate “system correction”(oppure CAL SEL) e “user correction”. Quando si seleziona “system correction” lo strumento esegue la misura standard sulla porta esterna del connettore SMA-k. Invece la scelta per l’opzione di calibrazione è ubicata nella parte bassa, sempre nel lato sinistro dell’interfaccia. Con una semplice pressione del pulsante destro o sinistro si commuta la scelta fra opzione di correzione e di calibrazione;  lo stesso risultato si ottiene mediante la rotazione del pomello superiore. Dopo aver selezionato la calibrazione, questa inizia premendo il pulsante OK. Occorre tenere presente che una volta iniziata la calibrazione questa è irreversibile. Si tratta di una condizione tassativa perché la calibrazione, una volta iniziata, deve essere eseguita dall’inizio fino alla fine della procedura. In ogni caso prima di dare inizio alla procedura è bene valutare la sua modalità. Inoltre sempre allo scopo di assicurare l’integrità della calibrazione, durante la procedura viene inibita la funzione automatica del power-off come pure lo spegnimento dello strumento dal tasto power-on.

Per calibrare lo strumento occorre usare l’apposito kit. Dopo aver connesso il cavo al connettore SMA-k dobbiamo selezionare la dicitura “ Port Calibration” che si presenta più illuminata rispetto alle altre diciture e premere il tasto OK per incominciare il processo di calibrazione. La procedura diventa operativa mostrando il messaggio “OPEN CAL” e quindi si deve connettere il plug denominato “OPEN CAL” e premere il pulsante sinistro per eseguire questa calibrazione. Viene quindi mostrata prima la percentuale di avanzamento della calibrazione ed alla fine la dicitura “ OPEN CAL” OK. Allo stesso modo ed in successione si procede alla calibrazione mediante l’inserimento dei plug denominati “SHORT CAL” e “LOAD CAL”. Il processo di calibrazione necessita di un breve tempo ed alla fine quando tutte le calibrazioni sono state completate a fianco di ogni dicitura appare la scritta OK.! Poi al completamento delle tre calibrazioni appare la dicitura CAL Complete 100% .     

 

Misure su antenna commerciale yagi per 430 – 440 MHz

Terminato il processo di calibrazione, l’analizzatore può essere collegato all’antenna tramite il cavo di prolunga. Per una corretta misurazione è importante che l’antenna sia nella posizione del montaggio finale in modo da poterla analizzare così come verrà utilizzata. In questo modo si possono evitare gli eventuali  effetti parassiti che, durante la misura, potrebbero interferire sul suo corretto funzionamento. Come primo passo di verifica visualizziamo la schermata relativa al singolo punto di misura, effettuato alla frequenza di risonanza a 440.000 MHz il cui risultato è indicato nella (foto n.4) con R = 42.41 Ω, X = 0.955 Ω.        

                                                

Commutando la funzione scansione visualizziamo lo schermo che mostra il  grafico della curva del VSWR pari a 1.18 (foto n.5)        

                      

ed il grafico della curva di S11 pari a -21,65 dB (foto n.6). In questi due grafici le misure sono state effettuate con lo start a 250.000 MHz e  lo stop a 700.000 MHz, il marcatore risulta posizionato intorno alla frequenza di risonanza che è a circa 440.000 MHz.

 

Misure su di un illuminatore per i 23 cm e 13 cm

Anche in questo caso il processo di calibrazione va fatto per ciascuna frequenza da analizzare. Per primo testiamo l’illuminatore per i 23 cm e poi l’illuminatore per i 13 cm. La procedura di analisi è simile a quella precedentemente descritta.

Per l’illuminatore dei 23 cm e 13 cm (foto n.7) riporto la schermata del singolo punto di misura effettuato alla frequenza di 1296.200 MHz (foto n.8)

e la schermata alla curva del VSWR (foto n.9). In questo grafico la frequenza centrale analizzata è stata impostata ad un valore di 1296.200 MHz con start a 1100.000 MHz e stop a 1500.000 MHz. Il marcatore è posizionato attorno al punto di risonanza dell’antenna  

 

Analogamente riporto le due schermate delle misure effettuate sull’illuminatore per i 13 cm, la prima relativa alla curva del VSWR effettuata alla frequenza di 2320.000 MHz

 

(foto n.10) e la seconda è quella riferita alla curva di S11 (foto  n.11). In questo grafico la frequenza del marcatore è stata impostata al valore di 2320.000 MHz con start della frequenza a 2200.000 MHz e stop a 2500.000 MHz. Il marcatore risulta posizionato attorno al punto di risonanza dell’antenna. Ricordo che alcuni anni fa avevo realizzato due illuminatori uguali;  uno è stato posto in opera per illuminare una parabola in rete da 2 metri mentre l’altro, e cioè quello di questo test, l’ho tenuto di scorta ed a tutt’oggi non l’ho ancora utilizzato. Questi due illuminatori erano stati testati in occasione della “Due giorni del microndista”. I risultati di questo test sono stati riportati su Radio Kit Elettronica n.6/2015 a pagina 17. Ebbene i valori che ho riscontrato, sull’illuminatore che avevo di scorta, sono analoghi a quelli che avevamo ottenuto durante le precedenti prove eseguite con strumentazione professionale. 

Misure istantanee comparative fra questo analizzatore ed uno strumento di classe professionale non le ho potute eseguire, però ho trovato sul Web un post di chi ha fatto delle prove comparative (1). Dalle varie schermate, postate in rete, risulta evidente che le misure ottenute impiegando questo analizzatore siano molto simili a quelle eseguite con apparati professionali. Questo risultato rafforza la mia ottima opinione per questo strumento. Personalmente sono molto soddisfatto di questo acquisto, perché lo strumento può essere facilmente utilizzato ovunque, in laboratorio oppure all’aperto, è molto preciso nelle misure e vale senza alcun dubbio i soldi spesi.

i4civ.onorio@gmail.com

 

referenze: (1) http://www.afu-nord.de/n1201sa-2/

La presente descrizione è stata pubblicata su Radio Kit Elettronica del mese di marzo del anno 2018 da pagina 40 a pagina 44.