Romano Cartoceti, I4FAF
Sergio Cartoceti, IK4AUY   

L'articolo completo di foto e schemi è ora disponibile all'interno del CD di Radio Rivista 2002/2003 presso l'ARI  Milano (cliccare qui per link all'elenco pubblicazioni ARI)
 

Nostro articolo ultimato a dicembre 2001 e pubblicato su Radio Rivista di luglio-agosto 2002, pag. 26-29,  organo ufficiale dell' ARI Associazione Radioamatori Italiani, editore Ediradio srl, e nostri successivi aggiornamenti

Visualizzazione della risposta in frequenza di filtri passa banda HF in dB.

Semplici accessori per qualsiasi oscilloscopio
Versione 1
Versione 2
Bibliografia e note
Commenti ricevuti da altri

Semplici accessori per qualsiasi oscilloscopio.

Presentiamo due circuiti che ci hanno dato risultati eccellenti quali accessori per il laboratorio del radioamatore autocostruttore, per i quali abbiamo realizzato il relativo circuito stampato da noi personalizzato, mentre gli schemi sono tratti da altri autori a cui rimandiamo in bibliografia per l’esposizione completa delle loro esperienze. Questi accessori si basano su un amplificatore logaritmico con demodulatore di ultima generazione ad elevata integrazione e di ottime prestazioni, in contenitore ad 8 pin, dell’Analog Devices, e consentono di poter migliorare la visualizzazione della risposta in frequenza (fattore di forma) di filtri passa banda HF per facilitarne la taratura, rispetto alla tecnica, spesso usata dai radioamatori che non dispongono di costose strumentazioni da laboratorio, indicata piu’ oltre al punto b), sia come progetto autonomo, sia come completamento del nostro progetto sui "front-end HF con filtri passa banda e preamplificatori ad alto livello"  di imminente pubblicazione su Radio Rivista.

Ci prefiggiamo di raggiungere una buona precisione di taratura dell’asse verticale di un qualsiasi oscilloscopio in dB. Normalmente le griglie sovraimpresse o entrocontenute nei tubi catodici degli oscilloscopi presentano una suddivisione in 8 settori verticali equidistanti e questi potranno assumere, in base alla taratura, valori di 10 dB cadauno per una dinamica sul video, teorica, di 80 dB, piu’ che adeguata per la valutazione dei filtri passa banda di una certa larghezza. La taratura dei filtri stessi e’ cosi’ facilitata e piu’ significativa.

Il set-up di laboratorio normalmente prevede:

a) l’uso di analizzatore di spettro con annesso generatore tracking, o analizzatore di reti a RF ed il filtro passa banda viene interposto tra il generatore spazzolato in frequenza ed il "ricevitore" a conversione, analizzatore o panoramico (ovvero con filtro di media frequenza largo), dotato di monitor con asse verticale tarato in dB (ed eventuale filtro video, posto normalmente sulla tensione rivelata, pure largo per poter seguire bene spazzolate in frequenza ampie con frequenza di vobulazione piu’ elevata rispetto al caso di filtri molto stretti, altrimenti se il filtro video viene selezionato "stretto" si verifica sul video un appiattimento indesiderato del segnale rispetto all’asse Y).

b) generatore di frequenza RF "spazzolato", sonda rivelatrice a diodi, oscilloscopio, con l’asse X in sincro tramite la frequenza, audio, di spazzolamento del generatore (normalmente a "dente di sega") e all’asse Y il segnale rivelato. In questo caso la visualizzazione dell’entita’ del segnale e’ lineare, la valutazione del fattore di forma e della reiezione ultima al di fuori del passa banda e’ meno immediata, rappresenta la soluzione piu’ economica di tutte, ma con limitazioni.

Nella versione 1 andiamo ad utilizzare direttamente il circuito integrato, amplificatore logaritmico, con ingresso a 50 Ohm, il quale viene connesso al filtro in prova che ci proponiamo di tarare (meglio se il filtro e’ inscatolato e le connessioni avvengo a mezzo cavetto coassiale a 50 Ohm con connettori BNC), pertanto riceve il segnale che transita attraverso il filtro in prova, in combinazione con un generatore RF a spazzolamento di frequenza connesso all’ingresso del filtro (anche autocostruito nella forma di VCO con frequenza controllata con diodi varicap, che permettano una certa escursione di frequenza e sufficientemente lineare nella relazione ampiezza - frequenza, a cui si applica il dente di sega variabile in frequenza ed in entita’, per controllare la spazzolata stessa, ed una porzione costante in ampiezza all’asse X per il sincronismo dell’oscilloscopio).

L’integrato in questione, l’ AD8307AN dell’ Analog Devices (1), genera un’uscita rivelata logaritmica e tramite un semplice buffer realizzato con un LM358 ed un trimmer multigiri da circuito stampato, si esegue la taratura in dB della griglia dell’oscilloscopio all’entrata Y, con un determinato settaggio del commutatore dell’oscilloscopio che controlla la deflessione verticale (ad esempio 0,2 V per div, in corrente continua) che dovra’ rimanere sempre quello. Per la taratura bisogna disporre di un generatore RF da iniettare direttamente all’ingresso poi si procede con l’inserimento di attenuatori di precisione in serie all’uscita del generatore RF, a passi di 10 dB, controllando che ad ogni attenuazione corrisponda ad una linea orizzontale della griglia dell’oscilloscopio (2).

Tale circuito integrato e’ stato concepito appositamente per la funzione in oggetto, amplificatore con uscita logaritmica con dinamica massima dichiarata dal costruttore in circa 90 dB, utilizzabile sino a 500 MHz con qualche attenuazione. Questa estrema sensibilita’ e larghezza di banda impongono l’utilizzo di precauzioni costruttive, il circuito va schermato in una scatola chiusa e l’alimentazione deve essere adeguatamente filtrata, inoltre e’ meglio saldare il circuito integrato AD8307 direttamente sulla basetta, senza interporre zoccoli ad innesto. Ottima la precisione nel range HF da noi provato. Dato che in questo caso, circuito versione 1, operiamo in fondamentale, in pratica l’elevata sensibilita’ dell’amplificatore integrato porta ad un certo scavalcamento da parte del generatore a RF in input al filtro passa banda, con la conseguenza che dal lato pratico pur con una dinamica dichiarata di oltre 80 dB, la dinamica a video ottenibile e’ un po’ inferiore, nell’ordine di 50 – 60 dB, dipende dalle schermature realizzate, comunque adeguata ed accettabile se si considera l’estrema semplicita’. Per facilitare la taratura dei filtri passa banda attorno alla loro frequenza centrale suggeriamo, disponendo di un secondo generatore RF dotato di lettore di frequenza, di accoppiare all’ingresso, tramite un piccolo condensatore, una porzione di segnale in modo tale da realizzare un semplice marker rudimentale. Il componente indicato nello schema LTC1286, idoneo per la conversione analogico digitale, non e’ stato da noi usato, infatti omettendo il montaggio di tale integrato accessorio il funzionamento del circuito e’ perfettamente regolare.

La versione 2 di amplificatore logaritmico di precisione consente una dinamica effettiva di oltre 80 dB, e’ stato tratto da applicazione disponibile sul sito internet dell’ Analog Devices (3), normalmente difficile da ottenere in pratica da un hobbista sino a diversi anni fa, ed a costi ben maggiori. La dinamica video effettiva e’ ottenuta nella gamma di segnali in ingresso da –105dbm a –20dbm e non sino a +15dbm raggiungibile in fondamentale a 10,7 MHz, cio’ per compressione degli stadi che precedono quando l’unita’ di amplificazione e’ inserita in un analizzatore di spettro amatoriale a conversione. Si basa sul medesimo integrato di prima, preceduto da altro amplificatore di qualita’ del medesimo produttore, privo di demodulatore, ma controllato in agc (l’AD603AQ, questa e’ la versione in contenitore 8 pin ceramico, e’ molto valido per realizzare uno stadio di amplificazione controllato con agc nella media di un ricevitore).

L’utilizzo tipico non avviene direttamente in fondamentale come per la versione 1, ma il circuito e’ parte di un eventuale progetto di analizzatore di spettro o panoramico amatoriale a conversione. Questa unita’ si qualifica per la funzione dedita all’amplificazione e rivelazione logaritmica non di particolare selettivita’ infatti il filtro Murata impiegato (SFE 10,7 MZ2, o similari ceramici miniatura sui 100 KHz di larghezza di banda, da 330 Ohm di impedenza, del prezzo di circa 1 o 2 Euro, facilmente reperibili) e’ largo oltre 150 KHz, ma indispensabile per ripristinare un certo rapporto segnale rumore dato che con la combinazione dei due amplificatori si puo’ raggiungere un’amplificazione con dinamica sino 120 dB (da –105dBm a +15dbm). Per una minore perdita di inserzione del segnale e visualizzazione simmetrica dell'immagine si puo' tranquillamente usare, al posto del filtro ceramico, un circuito LC tarato a 10,7 Mhz.

Tale selettivita’ non e’ sufficiente, consigliamo di far precedere il primo amplificatore da qualche ulteriore filtro di media, quale ad esempio alcune celle LC a 10,7 MHz, per pulire il risultato del mixaggio di media che normalmente precede questo stadio, larghezza di banda adeguata per un analizzatore panoramico.

--->Propongo il link allo schema di amplificatore logaritmico proposto da Wes Hayward W7ZOI,  lievemente diverso in quanto qui il guadagno del primo stadio e' regolabile manualmente a piacimento, da lui proposto nel libro edito da ARRL, 2003, "Experimental Methods in RF design" ed alcune note ad un suo precedente progetto (QST agosto e settembre 1998) di analizzatore di spettro.
 

Rimando alla nota (4) per riferimenti ad un bel progetto di analizzatore di spettro ed un analizzatore panoramico (quest’ultimo in sostanza si differenzia per la mancanza di filtri di media a selettivita’ spinta, comunque sufficiente per vedere la forma di filtri relativamente larghi come quelli per un front-end) ai quali puo’ essere applicato con successo e con netto miglioramento il circuito presentato nella versione 2, con display su un qualsiasi oscilloscopio.

In conclusione la soddisfazione di poter eseguire la taratura dei filtri autocostruiti apprezzandone visivamente l’effetto in tempo reale e’ elevata, soprattutto se portata a termine con il dispositivo nella prima versione veramente semplice e ad un costo contenuto a circa 30 – 40 Euro.

Bibliografia e note:

(1 ) Analog Devices rende disponibile i data sheets nel proprio sito internet all’indirizzo

http://www.analog.com/ (part number search AD8307 e poi selezionare datasheets)

Questo componente e’ nel catalogo maggio 2001 della ditta R.F. elettronica di Rota Franco,

Senago (Mi), tel. 02-99487515, cosi’ pure il filtro Murata. Segnalo inoltre che tale ditta e’ il nuovo rappresentante per l’Italia della nota rivista tecnica per radioamatori VHF Communications.

(2 ) VHF Communications 2/2000, DJ8ES, Wolfgang Schneider, Logarithmic Amplifier up to 500 MHz with AD8307, pagg 119-124.

QST (ARRL), 06/2001, Simple RF – Power Measurement by Wes Hayward, W7ZOI, and Bob Larkin, W7PUA, pagg 38-43.

(3) Applicazione dal titolo "A 10.7 MHz, 120 dB Logarithmic Amplifier" by Barrie Gilbert, Eamon Nash, estratto da loro articolo in Microwaves & RF, 03/98 disponibile nel sito web dell’Analog Devices, sotto Logarithmic Amplifier technical lybrary: Technical articles.

L’integrato AD603, Analog Devices (con data sheet on line al loro sito; tra i vari distributori italiani ne cito uno perche' non ne conosco altri), e' nel catalogo della ditta RS-Components di Vimodrone (MI), catalogo su internet http://www.rs-components.it/

(4) VHF Communications, Jochen Jirmann,DB1NV, A Spectrum Analyser for the Radio Amateur, in vari numeri: 3/87, 4/87, 2/89, 3/89, ed ancora 3/90, 3/91, 1/92 in cui descrive anche il generatore tracking, 4/92, 1/93. QEX (ARRL), maggio/giugno 1999, A Calibrated Panoramic Adapter, by Bob Dildine, W6FSH, pagg. 9-22. QEX (ARRL), 03/04-2002, Build a 250-MHz Network Analyser, by Steve Hageman, pagg. 3-10.

 

Commenti ricevuti da altri che hanno realizzato l'amplificatore logaritmico versione 1
 (Feedback comments by other builders)

Da Adriano, I1NAI abbiamo ricevuto:

Cari amici,

ricevuto stamattina il micrologico della A. D. ho subito provato il circuito.........

Risultato piu' che soddisfacente con dinamica da -60 a +10 dbm sino a 300 mhz (ovvero provato solo sino a 300 Mhz)

L'errore e' piu' che accettabile in tutto il range e peraltro ci si accorge solo con un voltmetro digitale del piccolissimo errore all'ordine di millivolt, ovviamente su' oscilloscopio con scala 200 mv per quadretto, l'errore all'estremo del range (-60) e' impercettibile a vista.

Sono stati usati nella parte di ingresso al rivelatore tutti componenti smd.

Ciao e grazie con tanti 73 de i1 nai