Progetto ideato e realizzato da:

ponte 7Ponte riflettometrico RF

Premessa

Il “Grid dip meter” è uno strumento che sa d’antico e che quasi certamente i novelli appassionati di elettronica non conoscono; diversamente, gente con i capelli bianchi come noi, ricorda con tenerezza e nostalgia questo magico aggeggio che aiutava a verificare se il circuito oscillante che si stava realizzando era sintonizzato o meno sulla frequenza desiderata.
Il principio di funzionamento era semplice ma al tempo stesso geniale: un oscillatore a frequenza variabile, veniva lascamente accoppiato al circuito in esame tramite la bobina dell’oscillatore stesso, e solo quando la frequenza di oscillazione corrispondeva alla frequenza di risonanza del circuito L.C in prova, si verificava una variazione di assorbimento nel circuito griglia-catodo del triodo oscillatore: questa variazione (“dip”) veniva evidenziata da uno strumentino che indicava così il raggiungimento della risonanza, la cui frequenza veniva letta sulla scala del condensatore variabile dell’oscillatore.
Lo strumento presentava comunque diversi inconvenienti: i primi Grid Dip erano realizzati a valvola, solitamente un triodo per alta frequenza (il termine “Grid” sta appunto ad indicare “Griglia”, elettrodo appartenente ad un tubo a vuoto): per l’alimentazione del triodo oscillatore occorreva realizzare un alimentatore ad alta tensione che utilizzava, oltre ad altri componenti, un ingombrante trasformatore di tensione: per rendere più pratico l’uso dello strumento veniva così realizzata una “testa” che conteneva l’oscillatore vero e proprio, collegato all’alimentatore da un cordone ombelicale.
Col passar del tempo si realizzarono oscillatori a transistor bipolari e successivamente ad effetto di campo (FET) che potevano essere alimentati con piccole pile a secco eliminando così alimentatori separati con annessi cordoni di connessione.
Altro limite dello strumento era dovuto al fatto che per realizzare la sintonia dell’oscillatore, veniva impiegato un unico condensatore variabile mentre per commutare le gamme si ricorreva ad un certo numero di bobine intercambiabili; va da se che per ottenere una discreta definizione di lettura sulla scala del variabile, le gamme non dovevano essere molto espanse: questa necessità però contrastava con la contemporanea esigenza di dover impiegare un numero non eccessivo di bobine.
Per minimizzare la scarsa definizione e precisione della scala si è successivamente ricorsi alla lettura della frequenza dell’oscillatore per mezzo di un frequenzimetro esterno quando non addirittura fu possibile prevedere l’utilizzo di un lettore di frequenza (gestito da un PIC) inserito stabilmente all’interno dello strumento stesso.
Il maggior difetto, che è comunque insito nello stesso principio di funzionamento del Grid Dip, sta nel fatto che l’oscillatore deve, per quanto lascamente, essere accoppiato al circuito L.C. in esame: quando si è prossimi alla coincidenza della frequenza dell’oscillatore con la risonanza del circuito L.C. si determina un effetto di “trascinamento” che rende imprecisa la lettura in frequenza.

Alternativa

Per ovviare ai difetti sopra esposti si è pensato di verificare la risonanza di un circuito L.C. semplicemente evidenziando la variazione di impedenza alla risonanza e quindi rilevando lo sbilanciamento di un ponte a radio frequenza (nel nostro caso un semplice ponte riflettometrico) alimentato da un generatore di segnali a R.F. o da un vobulatore.
In questo caso il generatore non viene minimamente influenzato dal circuito in esame per cui la precisione della lettura dipende esclusivamente dalla precisione e stabilità del generatore stesso e, naturalmente, dalla sensibilità del rivelatore utilizzato nel ponte.

Ponte d’impedenza a R.F.

 Vi è ben poco da dire riguardo al ponte (vedi All. 1 (schema elettrico) e Foto 1 e 2) in quanto frequentemente trattato in vari articoli su diverse riviste (si rimanda, ad esempio, ad un bell’articolo apparso sul n° 10 / 2008 di RadioKit). Consiglio caldamente lo sperimentatore in radio circuiti di dotarsi di questo strumento di semplice realizzazione e che si presta a molteplici utilizzi.
A differenza dello schema illustrato nell’articolo citato, nel nostro caso non è stato utilizzato alcun microamperometro, bensì il segnale del rivelatore viene prelevato da un BNC per poter essere visualizzato esternamente con un multimetro od un oscilloscopio (Foto 3): in questo caso si può adattare la sensibilità del visualizzatore alla misura in oggetto; altra differenza è la presenza di una uscita A.L.C. che ai fini della nostra esperienza non viene utilizzata.
Unica raccomandazione riguardante la realizzazione, l’utilizzo di componenti anti-induttivi (resistori ad impasto) e selezionati per il bilanciamento; meglio ancora, si potrebbe realizzare il tutto su uno stampato di ridotte dimensioni con componenti SMD, come in una nostra successiva realizzazione, adattando il contenitore metallico ed i connettori di un circolatore (Foto 4).

Utilizzo

Realizzato il ponte (sempre che non disponiate già di uno simile) collegate ad una delle due porte una resistenza di riferimento (ad esempio 50 o 75 ohm); all’altra porta collegate un cavetto schermato terminato con un link per l’accoppiamento al circuito in esame: da quello che ci è stato possibile constatare, non è determinante la lunghezza del cavo o la dimensione del link; per questo conviene sperimentare diverse soluzioni ed adottare le più convenienti; nel nostro caso, con i tre link (visibili nella Foto 3), si riesce a coprire comodamente uno spettro di frequenze che va da pochi MHz fino a circa 500 MHz.
Come visualizzatore di risonanza viene utilizzato un oscilloscopio collegato all’uscita Riv; a basse frequenze si raccomanda di variare la frequenza del generatore molto lentamente (magari utilizzando il verniero) in quanto il “dip” risulta notevolmente “stretto” e quindi difficoltoso da evidenziare; chi disponesse di un vobulatore potrebbe pilotare l’asse orizzontale dell’oscilloscopio con la tensione a dente di sega e visualizzare così il “dip” sullo schermo del CRT.

Annotazioni tecniche

Per realizzare la stessa misura si possono utilizzare altri metodi, al punto che questo da noi esposto può rammentare la scoperta dell’acqua calda, ma la proposta vuol solo indicare una possibile alternativa ed uno stimolo alla sperimentazione.

A proposito di Ponti a RF

Il ponte RF a componenti discreti precedentemente proposto, presenta però il limite derivante dal fatto di impiegare un rivelatore a diodo.
Ricordiamo che, per quanto un diodo rivelatore al germanio presenti una bassa barriera di giunzione, il segnale ai suoi capi, necessario alla rivelazione, deve superare il centinaio di millivolt, riducendo notevolmente la sensibilità del ponte stesso e richiedendo quindi un segnale di notevole ampiezza, tale da escludere l’utilizzo di generatori con bassi livelli di uscita; per ovviare a questo limite è possibile ricorrere ad un rivelatore attivo (AD8307).
Lo schema è riportato in All. 2 e la realizzazione illustrata nelle Foto 5, 6 e 7; come potrete notare, si ripropone il ponte precedente ma ora realizzato su C.S. (Fig. 3) con componenti SMD e con l’aggiunta dell’AD8307 connesso quale amplificatore-rivelatore logaritmico del segnale presente alla diagonale del ponte.
Questo meraviglioso componente, disponibile anche in versione SMD, permette impieghi fino a 500 MHz con una dinamica di ben 92 db (da –75 a + 17 dbm) e si presta bene al nostro scopo; in Internet potete trovare una infinità di applicazioni che vanno da micro-wattmetri digitali a misuratori di onde stazionarie, e molti altri interessanti utilizzi.
Quale fonte di approvvigionamento, se non ne conoscete altre, potete contattare la fornitissima ditta R.F Elettronica di Franco Rota.

Nota doverosa!

Questo ponte attivo, anche se dotato di una sensibilità notevolmente maggiore della versione a componenti passivi, non è proficuamente utilizzabile nell’applicazione proposta all’inizio dell’articolo (alternativa al Grid Dip), in quanto la risposta del rivelatore è logaritmica e quindi poco sensibile alle piccole variazioni.
La realizzazione viene proposta per tutti gli altri utilizzi che riguardano specificatamente la radio frequenza.

Conclusioni

Come sempre, il progetto completo di tutti i dettagli, schemi e figure, trova spazio nell’area Progetti dell’Archivio della Sezione A.R.I. di Pordenone.