WATTMETER AN/URM-120A

[IZ8YRR]

Eccoci nuovamente.
Questa volta ho eseguito una serie di misure in AM ponendo in cascata il Bird 43 e l'oscilloscopio. Questo l'elenco degli apparati utilizzati:

a) generatore RF HP8780A
b) generatore tono audio HP 8904A
c) amplificatore 10-500 MHz, 50 dB, 10W MPD
d) Bird 43, tappo 5C
e) attenuatore 10 dB Weinschell
f) oscilloscopio HP 1740A

Il generatore HP 8780A (vector signal generator) ha un ingresso scalare che consente di modulare in ampiezza il segnale in uscita (l'apparato in realtà è in grado di generare anche un segnale DSB, oltre alla QAM e altri modi, non applicabili nel nostro semplice caso). Per ottenere una profondità di modulazione da 0 a 100%, bisogna inserire un offset di tensione sull'ingresso scalare, in modo da ottenere lo stesso livello RF del segnale non modulato. L'ingresso scalare ha una dinamica che va da 0V (portante soppressa) a 1V (portante piena). Questo compito è stato demandato ai due canali dello HP 8904A (canale A: 1 kHz da 0 a 1 V, canale B: offset 0.5V). All'uscita del generatore è stato inserito l'amplificatore MPD da 10W, 50 dB, poi il Bird 43 con tappo 5C (100 - 250 MHz, 5W), ed infine un attenuatore da 10 dB, 3W ed infine l'oscilloscopio HP 1740A con ingresso terminato a 50 ohm.

Il risultato delle prove è riassunto nella seguente tabella, e visibile nelle immagini.

AM: 0%, Potenza indicata: 1W (1 Vpp)
AM: 100%, Potenza indicata: 1,2W (2 Vpp picco)

N.B. - il livello del segnale sull'oscilloscopio è stato leggermente aggiustato con il verniero.

Tonino

[IW5AFV]

Perfetto Tonino.
Complimenti per la documentazione delle misure ( e la mia invidia cresce...).
Praticamente la misura con il Bird concorda con quella che abbiamo fatto insieme a Gino I5HGM.

Paolo

[IW1FQG]

Tutto molto interessante, tematica complessa che avete saputo affrontare in modo professionale proiettato ben oltre la dimensione hobbistica. Mi permetto, con l'umiltà di un vecchio ingegnere arrugginito, di suggerire un "recap" all'americana: regole d'oro da seguire per fare e interpretare le misure in funzione degli strumenti di cui si dispone, cautele, suggerimenti.
Grazie a tutti voi per il lavoro fatto e che farete, grazie per averlo condiviso.

Ugo IW1FQG

[IZ8YRR]

Grazie, Ugo
Allora, rifacendomi a quanto è stato detto all'inizio di questo thread, e cioè che lo URM-120, a differenza del Bird 43, è in grado di misurare correttamente la potenza media di un segnale modulato in AM al 100% (del resto è riportato sul manuale anche la formula che consente di ricavare la percentuale di modulazione in funzione di due letture di potenza: con e senza modulazione), il tutto dipende, come è stato già detto, dalla porzione di curva in cui si fa lavorare la giunzione del diodo.

Come sappiamo, il diodo presenta una curva di risposta (tensione continua prodotta in funzione del segnale alternato applicato) che si divide in due zone, più una zona di transizione tra le due. Il primo tratto della curva viene denominato "zona quadratica". Qui il diodo risponde in maniera lineare al valore della potenza in ingresso. Ad un certo livello (intorno ai 100 mV rettificati in uscita) la risposta del diodo entra nel tratto denominato "zona lineare". Qui la risposta è lineare con la tensione applicata, e quindi la scala di un eventuale strumento connesso all'uscita del diodo, e tarata in watt, risulterà non lineare.

Per poter misurare correttamente la potenza media di un segnale, allo stesso modo del sistema calorimetrico, oppure quello misurato da sensori di tipo bolometrico (termistori o termocoppie), bisogna far si che il diodo lavori nella zona quadratica. A quanto pare i progettisti dello URM-120 hanno optato proprio per questa opzione, ed infatti la scala dello strumento è di tipo lineare in watt. Il Bird 43 opera invece nella zona lineare, quindi la sua scala è di tipo non lineare, e risponde quindi diversamente dallo URM-120 nel caso di un segnale modulato. In particolare, il Bird continua ad indicare (con un dato errore percentuale, stimato nel +20% per modulazione del 100%) il livello di potenza della portante non modulata.

Sulla Application Note HP n.64-1 (1977) "Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements" c'è proprio un paragrafo al riguardo, a pag.22. Ne riporto la traduzione.

"C'è una certa popolare opinione che i detector a diodi non possono misurare la potenza media di un segnale modulato in ampiezza. Ciò deriva dal concetto che il diodo lavora semplicemente come un rivelatore di picco. I fautori di questa opinione sostengono che solo i sensori che convertono energia da una forma all'altra, come le termocoppie o i termistori, che misurano il calore, possono misurare la vera potenza media di un segnale. In realtà, i rivelatori a diodo possono misurare correttamente la potenza media, finquando il punto di lavoro del diodo viene limitato al tratto di curva a risposta quadratica (square-law region). Questo può essere verificato sperimentalmente misurando un segnale modulato in ampiezza prima con termocoppie e poi con detector a diodi. Può anche essere dimostrato matematicamente, ma non è questa la sede.
Questo modo di pensare è dovuto alla errata applicazione del principio del rivelatore di picco. Questo principio dice che la tensione immagazzinata nel condensatore di bypass che segue il diodo durante i picchi del segnale in ingresso è abbastanza elevata. Così grande che, durante la parte inferiore della modulazione del segnale in ingresso, i picchi RF non sono sufficienti a mandare in conduzione il diodo. Non ci sarebbe quindi misura del segnale durante questa fase poiché il diodo in effetti isola il condensatore dal segnale in ingresso poiché risulterebbe inversamente polarizzato.
In realtà si dimostra (vedi testo originale a pag.22, e vedi figura, curva IV in zona quadratica) che il diodo non smette mai di condurre, per tutto il ciclo del segnale in ingresso, ma modifica solo la sua impedenza. Quindi carica attivamente il condensatore durante i picchi con una bassa impedenza, ma lo scarica nella parte discendente del segnale con un'impedenza diversa. Solo quando il segnale in ingresso è sufficientemente grande da rendere l'impedenza durante il ciclo positivo molto diversa da quella del ciclo negativo, si può dire che il diodo lavora come un rivelatore di picco"

Tonino

http://hparchive.com/Application_Notes/HP-AN-64-1.pdf

[IW5AFV]

Ottimo Tonino: hai calato il carico da 11, come scriveva Camilleri.
Lo URM-120A misura correttamente la potenza media di un segnale modulato in ampiezza perchè fa lavorare il diodo rivelatore nel tratto di caratteristica quadratica... come volevasi dimostrare.
Paolo

[IW1FQG]

Grazie, Tonino!

Ugo IW1FQG

[IK0MOZ]

Da una osservazione di Roberto/BR e successiva richiesta di chiarimenti ne è venuto fuori un "Incontro di giganti". Che dire...... "Gear Up" ai partecipanti dell'argomento. Mario

[roberto burdese]

Mario MOZ... E' VERO !!!! da una banale osservazione, ne è scaturito un "trattato".... ma come ti sono venute in mente quelle due ultime parole dette l'ultima volta a "JFK" venticinque anni fà !!!!!!!!!!!! "BR"

[IZ8YRR]

Ottimo Tonino: hai calato il carico da 11, come scriveva Camilleri.
Lo URM-120A misura correttamente la potenza media di un segnale modulato in ampiezza perchè fa lavorare il diodo rivelatore nel tratto di caratteristica quadratica... come volevasi dimostrare.
Paolo

Paolo, comunque avevi già centrato l'obiettivo all'inizio di questo thread!
Tonino