WATTMETER AN/URM-120A

[IZ8YRR]

Qualche aggiornamento sulle misure di potenza con modulazione AM.

Ho ripetuto le prove usando tutti i power meter che ho in laboratorio. Alcuni sono "true RMS" (termistori), altri a diodo.
Le misure sono concordi con quanto misurato dal Bird. In particolare, le misure ottenute con la sonda a diodo HP 8481D sono molto simili a quelle ottenute con il Bird, mentre le misure ottenute con le sonde a termistori HP 8478B (power meter HP 432A) e HP 8481A (power meter HP 437B) sono simili tra loro. Anche la risposta al variare del tono audio, se espressa in dB, è accetabile anche per il Bird.

La seguente tabella mette a confronto le misure eseguite. Si riporta il fattore moltiplicativo rispetto l'indice di modulazione pari a 0% (portante non modulata). +/- dB indica la massima variazione della lettura variando il tono da 300 a 6000 Hz.

Pwr. Mtr   30%   50%   +/-dB
------------------------------------------------
Bird 43      1.20   1.60   1
HP 8481D   1.23   1.66   0.6
HP 8481A   1.27   1.70   0.65
HP 8478B   1.27   1.69   0.8

N.B. - le misure sono state ottenute a diversi livelli di potenza. Per i sensori a termistori le misure sono state eseguite a -7 dBm, mentre per quello a diodo a -29 dBm.

N.B. 16/03 - Le misure sono state ottenute con un generatore di segnali Marconi 2019A che è risultato essere fuori specifica nel livellamento del segnale in uscita con il segnale modulato in AM.

Tonino

[IW5AFV]

Buonasera Tonino,
le misure che hai riportato mi lasciano perplesso!
Dei Bird non mi fido, ma dei bolometri HP si!
Mi casca il mondo addosso, come è possibile che la potenza che in CW è circa 220 microwatt con modulazione del 100% salga a 750 microwatt? La teoria dice che con il 100% dovrebbe salire a circa 330 microwatt...
Cosè che non ho capito ?

Paolo

[IZ5TEK]

Salve,
scorrendo le pagine del Forum mi sono imbattuto in questo argomento che mi è sembrato molto interessante se non altro perché mi ha dato la possibilità di conoscere l’esistenza del wattmetro AN/URM-120A che nella sua semplicità circuitale consente di misurare anche la profondità di modulazione di un segnale modulato in ampiezza.
Nel penultimo intervento ho trovato i grafici con le misure fatte con un bolometro della potenza associata ad un segnale modulato AM di IZ8YRR, Tonino e come ultimo intervento quello di IW5AFV, Paolo che esprime il suo disaccordo sui valori della potenza riportati sulle ordinate degli stessi grafici.
Nell’ipotesi che il sensore del bolometro sia del tipo “resistivo” sono d’accordo con le osservazioni di Paolo.
Lo spettro di un segnale AM modulato da un segnale sinusoidale è costituito da tre righe. Quella centrale che rappresenta la portante e le due laterali che rappresentano i segnali generati dalla modulazione. Le righe laterali hanno un’ampiezza che dipende dalla profondità di modulazione “ma”. In particolare, se A è l’ampiezza della portante, le righe laterali hanno un’ampiezza pari a A∙ma/2 e una potenza associata pari a A2∙ma2/4, che per ma=1 (modulazione uguale al 100%) è 1/4 della potenza associata alla portante.
In definitiva la potenza totale associata alle tre righe risulta (1+ma^2/4+ma^2/4)=(1+ma^2/2) rispetto a quella associata alla portante.
Quindi, se il bolometro è in grado di misurare correttamente la potenza complessiva associata alle tre righe:
- per ma=0 (portante non modulata) la potenza misurata dovrebbe essere uguale a quella della portante, cioè 200μW per una potenza uguale a -7dBm;
- per ma=1 (segnale modulato al 100%), per una potenza della portante di 200 μW, quella misurata dovrebbe essere 300μW corrispondenti a -5,23dBm, circa.
Inoltre, poiché il termine della potenza complessiva variabile con "ma" è proporzionale ad ma^2, l’andamento della curva del grafico dovrebbe essere parabolico (come del resto nell’ultimo grafico postato da Tonino sembra lo sia).
Dal punto di vista pratico occorre assicurarsi che al variare di “ma” vari solo l’ampiezza delle righe laterali e non quella della portante, e forse conviene, prima di fare le misure con il bolometro, assicurarsi con l’oscilloscopio che il valore effettivo di “ma” sia quello desiderato.
Operando in questo modo e confrontando i valori misurati con quelli aspettati è possibile capire se il bolometro opera correttamente o no.
Scusate per la trattazione teorica che probabilmente non dice niente di nuovo. Per me è stata necessaria a sostegno dei ragionamenti successivi.
Buona giornata,
Rossano, IZ5TEK

[IZ8YRR]

Paolo, Rossano.
In effetti le misure eseguite hanno bisogno di essere verificate. Non che non siano corrette, ma comincio a dubitare sulla efficienza del modulatore AM del mio Marconi 2019. Fino al 50% di profondità di modulazione sono sicuro che sia esente da distorsioni. Come giustamente ha calcolato Rossano, solo l'analisi spettrale consente di determinare la potenza effettiva che viene misurata dal power meter (somma in potenza delle righe spettrali della portante e delle 2 bande laterali).

Mi riprometto di verificare con l'analizzatore di spettro le misure eseguite.

Riguardo i power sensor, riassumo brevemente le loro caratteristiche:

Bird 43 - sensore a diodo
HP 8478B - sensore a termistori
HP 8481A - sensore a termocoppia
HP 8481D - sensore a diodo

Tonino

[IZ5TEK]

Buongiorno,
per curiosità questo fine settimana ho trovato un po’ di tempo per confrontare le misure fatte con una testina bolometrica a termistore della potenza associata ad una portante non modulata con quella associata allo stessa portante modulata al 100% in ampiezza.

In breve, gli strumenti usati sono:
HP-8640B opt. 323 Generatore di segnali
HP-432A Bolometro
HP-478A Testina bolometrica a termistore
HP-1740A Oscilloscopio

Le misure sono state fatte modulando un segnale a 10MHz con un segnale a 5KHz.
Il generatore di segnali è stato impostato per fornire un segnale a 10MHz con una potenza di -7dBm su 50Ω.
Il livello del segnale è stato misurato con il bolometro e con l’oscilloscopio impostato per una impedenza di ingresso uguale a 50Ω. In queste condizioni l’ampiezza massima della tensione è risultata uguale a 140mV, circa.
Dopo aver impostato il generatore per fornire un segnale AM con una frequenza della modulante di 5KHz, agendo sull’apposita manopola è stata aumentata l’ampiezza della modulante fino a visualizzare sull’oscilloscopio (con la base dei tempi regolata per almeno un periodo della modulante) la rappresentazione classica di un segnale modulato in ampiezza, ovvero fino a portare l’ampiezza massima del segnale modulato al valore di 280mV e quella del minimo positivo a 0mV.
A questo punto collegando l’uscita del generatore al bolometro la potenza misurata è risultata uguale a -5,4dBm.
La differenza fra le due potenze misurate è uguale a 1,6dB a cui corrisponde un rapporto fra le due potenze espresse in mW di 1,445, prossimo all’1,5 teorico.
Spero di non avervi tediato,
Rossano, IZ5TEK

[IW5AFV]

Grazie Rossano, almeno il fatto che in presenza di modulazione del 100% la potenza sale a 1.5 volte la potenza della portante è confermato.
Resta da ripetere la misura con lo URM-120 .....

Paolo

[IZ8YRR]

Rossano, appurato che il mio Marconi 2019A ha qualche problema - asimmetria nella forma d'onda modulata in AM - (e quindi le misure pubblicate nei miei precedenti post sono sicuramente affette da errori ), ho provato a eseguire delle misure con un altro generatore dotato di modulatore AM calibrato. Si tratta dello HP 8684A. Le misure sono state eseguite a 10 GHz, -7 dBm impostati sul power meter.
Utilizzando lo HP 432A il risultato è quello atteso. Rapporto tra 0% e 100% pari a 1.5 (0,3 su 0,2 mW). Questo non tanto per verificare la correttezza della misura ma dell'accuratezza del modulatore AM del generatore.

Tonino

[IW5AFV]

Tonino, ma quanti strumenti hai.... Non ti nascondo la mia invidia!

Paolo

[IZ8YRR]

Tonino, ma quanti strumenti hai.... Non ti nascondo la mia invidia!
Paolo

Paolo, nel corso degli anni ho fatto lavori che vanno dalle microonde al test dei semiconduttori. Quindi si sono accumulati una serie variegata di strumenti. Poi aggiungi una passione per queste cose e il gioco è fatto!

P.S. - ho rivisto i miei precedenti post, togliendo qualche grafico. Il problema del Marconi 2019A è il seguente: come livello di modulazione AM, sebbene la forma d'onda generata è risultata essere asimmetrica rispetto la carrier in CW, il misuratore di modulazione Mi 2305 segnala comunque una corretta percentuale di AM. Ma eseguendo misure con un power meter, il livello del segnale in uscita dal generatore probabilmente non rimane stabile al variare della percentuale di modulazione, specie al di sopra del 50%, falsando quindi le letture. Inoltre il livello in uscita modulato è risultato sensibile anche al tono della modulazione.

Tonino

[IZ5TEK]

Ciao Tonino,
mi fa piacere che tu abbia ripetuto le misure e trovato quanto è da teoria.
Purtroppo anche gli strumenti, per quanto siano realizzati con tutti gli accorgimenti del caso, ogni tanto hanno bisogno di un controllo e di manutenzione.
Anch’io come Paolo mi complimento con te per il numero e la qualità degli strumenti di cui disponi.
Penso che per chi cerca di coniugare teoria e pratica la strumentazione sia di fondamentale importanza.
Tra l’altro mi sembra che anche tu appartenga alla categoria dei radioamatori “old-timers”. Una categoria poco frequentata dalle ultime generazioni.
Cordialità,
Rossano, IZ5TEK