MEDIDOR DE POTÊNCIA e ROE, de MILIWATTS a KILOWATT

4/abril/2005

Atualizado em 27/julho/2007

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Precisava de um wattímetro/medidor de ROE para HF e possuía um comercial para VHF/UHF. O modelo comercial tem um galvanômetro com dois ponteiros, um indicando a potência direta e o outro a potência refletida. No cruzamento dos dois ponteiros se lê a ROE. A construção de um medidor assim não é muito difícil nem cara, o problema é o galvanômetro, difícil de achar, caro, e não vem com a escala que se precisa, em geral se usa um medidor de 0-1 mA ou mais sensível. Foi então que percebi que bastaria colocar um conector no medidor comercial, de modo a poder acessar e usar o galvanômetro bonitinho de dois ponteiros...

Mas mesmo no caso de uma montagem caseira completa, pode-se usar um único medidor com chave para selecionar, pode-se usar uma carreira de LEDs e integrado LM3914, ou um DVM (voltímetro digital), o montador escolherá o que lhe for mais fácil, o que será descrito é a unidade captadora.

O resultado inicial foi funcionalmente muito mal mas como lição foi excelente. Revisitei os problemas de correntes circulando pela caixa, e depois de apanhar muito e aprender bastante, tive que desperdiçar a caixinha de alumínio e partir para uma nova, em nova disposição dos componentes. Bingo! O resultado foi excelente. Agora continuo com meu medidor inalterado e ganhei um wattímetro/medidor de ROE para HF, com escalas de 20, 100 e 1000 Watts. As fotos mostram tudo!

Com a colocação de circuitos ativos - um integrado amplificador -, o aparelho pode também medir milliwatts. Não implementei por enquanto mas não há nenhum problema previsto para isso. Existe nos Handbooks recentes essa receita, de onde retirei informações para construir o meu.

O circuito apresentado a seguir poderá ser utilizado para a montagem de um medidor de ROE e de potência para HF (2 a 30 MHz).

Funcionamento

O circuito funciona da seguinte maneira: dois transformadores de RF (idênticos) estão ligados entre a entrada e a saída coaxial. Um recolhe uma amostra da corrente que circula no cabo coaxial, o outro recolhe uma amostra da tensão. As duas amostras são somadas e subtraídas num circuito ponte. A relação vetorial entre e tensão e corrente (amplitude e fase), nos dá informação de potência de RF indo e retornando pelo cabo. Dois medidores, ou um medidor de dois ponteiros, informa a potência direta e refletida.

A unidade captadora

O esquema já é bastante divulgado, tem a vantagem de não precisar ajustes. O circuito é excelente: funciona numa larga faixa de frequência com precisão, não requer ajustes na parte de RF, com ele no shack ou no laboratório caseiro se poderá realizar medidas com confiança, somente é necessário calibrá-lo uma vez por comparação a um instrumento de precisão conhecida.

Esquema

Os conectores J1 e J2 são na verdade somente um conector tipo P2 estéreo.

Componentes:

T1, T2 - Secundário: 32 espiras de fio 28. Primário: coaxial RG58 ou mini RG8 passando pelo interior do núcleo, ligar a malha somente num dos extremos. Núcleo: dois T50-2 em cada transformador (1 a 50 MHz). Para 3 a 50 MHz pode-se dispensar o núcleo duplo, usando-se somente um núcleo por transformador.

Resistor de 50 ohms - ligar em paralelo 3 resistores de 150 ohms, 1/4W.

2 trim-pot de 22k

Diodos 1N34, AA119 ou outro de germânio ou schottky. Selecionar dois mais parecidos dentre um lote. Medir a queda de tensão para uma corrente de 1 mA ou no multitester digital na função de teste de diodo. Os melhores são os que resultam menor queda de tensão.

Epopéia das correntes indesejáveis ou como um terra não é um terra

Esta foi a primeira montagem. Coloquei o tubo de cobre para efeito de blindagem. No primeiro teste os resultados foram ruins. Em 1,8 MHz (160 metros) e em 18 Mhz para cima, o aparelho indicava estacionária quando não deveria (usei uma carga fantasma de 50 ohms Inctest modificada). Colocando a tampa a indicação de estacionária mudava muito.

Outra foto da primeira versão. Poode-se notar a quantidade de furos para parafusos que prendem a tampa. Fiz isso tentando melhorar o contato elétrico, já que havia corrente de RF circulando pela caixa.

Esperimentei então colocar mais blindagem por meio de folha de cobre.

O resultado melhorou mas não o suficiente. A indicação em 1,8 MHz piorou (a folha de cobre diminuiu a indutância das bobinas) e nas frequências altas melhorou pouco. Pus então a cachola prá pensar e descobrir o que estava acontecendo.

Simples, temos 3 problemas ao mesmo tempo:

1 - Não funciona certo em 1,8 MHz por falta de indutância nos transformadores. Eles então foram refeitos. Como não dispunha de núcleo maior e não caberia mais espiras, então coloquei dois núcleos. Com isso a indutância quase triplicou, passando de 5 para 13,5 uH.

2 - As duas linhas de transmissão correndo paralelas e próximas, bem, não foi uma boa idéia. Uma induz na outra, o que faz surgir uma tensão espúria. Aqui a solução é afastá-las ou talvez ainda colocá-las em ângulo reto uma da outra.

3 - A corrente de RF entre os conectores coaxiais de entrada e saída, pelo lado de terra, atravessam a caixa. Por isso colocar a tampa fazia diferença. Como o circuito compara as tensões entre as duas extremidades da linha terminada nos resistores, o erro é introduzido pois os resistores estão aterrados à caixa, mas por causa da RF circulando pela caixa, entre os dois lados dela há diferença de potencial. Quanto maior a frequência, maior esta diferença e maior o erro! Então a solução é não deixar com que correntes de RF passeiem pela caixa! Para isso, basta colocar os conectores próximos um ao outro. Somente desejamos uma amostra do sinal que está passando pelo cabo coaxial, corrente e tensão, então quanto menos ele adentrar a caixa melhor.

Remontei então numa outra caixa seguindo essa idéias. Tiro e queda! De 1,8 a 30 MHz funcionamento perfeito! Em 28 MHz notei um leve movimento do ponteiro que indica estacionária; Mas, pera lá, a carga fantasma Inctest está melhorada mas não perfeita! Coloquei então uma carga fantasma de 50 ohms caseira, feita para VHF. Beleza! Lá estava o medidor indicando 1:1, somente o ponteiro de potência direta mexia.

Experimentei então um resistor de 100 ohms, para uma ROE de 2:1. Perfeito! Indicação correta! Fiz todas as experiências que me ocorreram, em todas o novo aparelho se saiu com nota 10.

O passo seguinte foi verificar e torcer para que a calibração do medidor conferisse afim de poder aproveitar a escala do wattímetro/medidor de ROE de VHF/UHF. O resultado foi positivo, posso portanto confiar nas indicações sem precisar a cada vez verificar com o osciloscópio ou outro wattímetro!

O circuito é menos sensível que o medidor comercial de VHF/UHF. Então a escala de 0-10 W passa a ser de 0-100W. A original de 0-100 passa a ser de 0-1kW. A escala original de 0-1kW passa a ser 0-10kW! Essa não vou precisar verificar... A escala original de potência refletida, de 0-2W pode ser usada como 0-20W, para QRP. Para isso é necessário inverter os cabos coaxiais.

Relembro que o aparelho comercial não foi alterado. Somente realizei um furo na caixa para a colocação do conector fêmea P2. Quando não há plug macho colocado ali o aparelho continua como sempre foi. Quando quero usar em HF, coloco o cabo com plug P2 que vai à unidade captadora. Na verdade, mesmo com o plug colocado não deve haver influência pois os diodos apresentam uma alta resistência no sentido inverso. O aparelho é extremamente versátil.

No modelo descrito no Handbook é sugerida uma placa de blindagem entre as duas linhas captadoras. Cheguei a cortar uma placa para circuito impresso com essa finalidade, mas os resultados encontrados demonstraram ser completamente desnecessária.

Os fios (esmaltado na cor verde) utilizados nas ligações, apesar de "compridos", não afetam a precisão e bom funcionamento do aparelho - contrariamente ao que se poderia pensar pela regra de "ligações curtas em RF". Nessas duas ligações a impedância é alta, a indutância da fiação não causa problema, e se deseja baixa capacitância - por isso eles estão colocados longe das paredes da caixa.

Para a calibração inicial dos trim-pots, será necessário um medidor para comparação.