Medidor de ondas estacionarias de 433 Mhz con Arduino

A veces en un proyecto aparecen necesidades que obligan a atender aspectos parciales que acaban convirtiéndose en un proyecto en sí. Esto me ha pasado con el tema de un detector remoto de fugas de agua en que un sensor ha de enviar la cifra de litros que circulan por un contador, a través de un enlace de radio.

...Para este enlace estoy utilizando módulos LoRa de 433 Mhz, y de momento ningún problema, son infinitamente más fiables que los NRF24L01, pero quiero asegurar la comunicación y, descartando las mediocres antenas de espiral que normalmente se venden con estos módulos, mi idea es acoplarle antenas Yagi de tres elementos que también quiero construir...

...Y de eso hablaba al principio, que del sensor del contador de agua he pasado a LoRa, de éste a las antenas Yagi, y de éstas a un elemento fundamental como es su ajuste de ondas estacionarias, que más que cualquier otro parámetro van a condicionar su rendimiento final, especialmente en el módulo transmisor. El problema es no tener un laboratorio bien equipado, con todo tipo de caros instrumentos que lleguen a muchos Ghz, porque 433 Mhz ya son palabras mayores cuando tu viejo generador de señal Promax no pasa de 40 Mhz y el osciloscopio Hameg-203, contemporáneo del anterior, sólo llega a los 20... Tengo también un medidor de ROE (Relación de Ondas Estacionarias) de la marca CETSAL, pero es de la época en que salía en Banda Ciudadana de 27 Mhz, cuarenta y cinco años atrás, con lo cual tampoco es de esperar que sus prestaciones se mantengan fiables al subir la frecuencia...

Vale, centrémonos en el tema. Tengo en realidad otro medidor de estacionarias de la marca CYS, modelo DB8882CYS, que conseguí del desguace de una instalación base de teléfonos móviles analógicos Moviline, de 900 Mhz. este dispositivo consta de un sensor en serie con la antena y un módulo digital, con un display y varios botones...

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...Lo primero, entonces es intentar ponerlo en marcha, y para ello será necesario averiguar el conexionado. Las entradas y salidas de antena no tienen problema, son conectores de radiofrecuencia del tipo N, bien conocidos entre los profesionales de las comunicaciones, y en la parte trasera lleva una base RJ-12, que es como los conectores de teléfonos pero con seis contactos en vez de 4. Desmonto el circuito impreso y me encuentro en una cara con el display LCD de una línea, y en la otra con un enorme microcontrolador Motorola, casi del tamaño de un Z-80 y algunos componentes SMD.

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El circuito lleva un integrado regulador con salida a 5 V, por lo tanto cualquier alimentación entre los 7 y los 12 debería ser ser adecuada. Así pues, siguiendo las pistas localizo el negativo en el 2º pin comenzando por la izquierda, y el positivo en el 6º. Hay dos pines más que van a los contactos de un relé, y que son sin duda salidas para la indicación externa de alarma del módulo, que está además indicada en el frontal mediante un LED rojo...

Por otra parte, al desmontar el sensor me encuentro con la típica disposición de los medidores de ondas estacionarias, aunque con una mecanización de buena calidad no demasiado habitual, un cuerpo de aluminio rectificado, formando un tubo central por donde pasa la línea de RF entre los dos conectores, y dos circuitos impresos laterales con algunos pocos componentes, un diodo rectificador, un par de condensadores SMD y un potenciómetro de regulación...

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El circuito es una variante del conocido "puente Stockton", con dos líneas laterales en que se induce parte de la radiofrecuencia que pasa por la central. Estas líneas tienen un extremo a masa, a través de una resistencia de bajo valor, y el otro va a un diodo detector y a un condesador de filtro, pero tales líneas tiene la particularidad de estar invertidas en sentido con respecto a los conectores N de entrada-salida, de forma que una recoge la amplitud de la RF directa, que va del transmisor a la antena y la otra la RF rebotada de la antena por causa de la desadaptación de impedancias...

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Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Como siempre una genial presentación y desarrollo del tema.

Gracias, Surbyte, se agradecen los comentarios...

Adapto un alimentador de 9 Vcc al conector RJ-12 y tras 16 años de criar polvo y suciedad el medidor de estacionarias CYS de 900 Mhz vuelve a la vida. Esta instalación de Moviline dejó de funcionar en 2003, cuando Telefónica cerró este servicio, y desde entonces, al estar en una antigua torre de vigilancia de una fortificación del siglo XIX, se había convertido en un criadero de cucarachas y ratones...

Instalación base de telefonía móvil de Moviline en donde este medidor de ROE controlaba la salida de antena

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...Al darle alimentación, el display del medidor arranca sin problemas, indicando los valores de vacío.

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Este dispositivo no solamente mide ROE, si no también la potencia de salida y el tiempo que la instalación ha estado en marcha. Otros menús establecen distintas alarmas, exceso o falta de potencia y naturalmente una relación de estacionarias demasiado alta, lo que indicaría un problema en la línea de transmisión o en la propia antena...

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Ahora bien, este medidor ROE está destinado a monitorizar potencias de una instalación de 20 módulos emisores de 900 Mhz y 35 W, acoplados mediante cavidades resonantes, con una potencia media al régimen del 50% de 350 W, y por tanto no es de esperar que sea demasiado sensible. De las cajas donde guardo materiales de la misma procedencia recupero algunos excelentes cables coaxiales de RF de doble malla con terminales tipo N, y me fabrico un acoplador para el más habitual conector PL259 de mi medidor CEDSAL, que conectaré en serie con el CYS para establecer comparaciones, y todo ello excitado por un viejo emisor de CB K40 de 27 Mhz en AM que da una potencia media de 4 W...

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...En el otro extremo del cable que sale del medidor de estacionarias he soldado una "antena virtual", compuesta por un pack de 4 resistencias de 47 Ohms, en serie-paralelo para que sigan sumando 47 y puedan disipar al menos 5 W sin calentarse demasiado. Ya sé que los 27 Mhz están muy lejos de los 900 y también de los 433 Mhz que funcionará mi antena Yagi para el módulo LoRa, pero es que de momento no dispongo de otros emisores de "frecuencia más cercana" con los que inyectar radiofrecuencia de cierta potencia al medidor.

La "antena artificial" de 47 Ohms

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La prueba, tal como sospechaba, ha sido nula, mientras que el CEDSAL indicaba una buena salida de radiofrecuencia y casi ausencia de estacionarias, el medidor CYS ni se ha inmutado, ninguna de las cifras del display ha cambiado en ningún momento. Sin duda padece de "sordera" ante potencias tan bajas y supongo que también por una longitud de onda 30 veces mayor que debe disminuir en un gran porcentaje el débil acoplo inductivo entre la línea central de transmisión y las dos laterales de medida...

...En otra prueba sustituí el módulo display por un téster digital y al activar el emisor de 27 no me indicó ni un mísero milivolt de salida rectificada, señal que la RF que se induce en las líneas laterales del puente Stockton ni siquiera pueden saltarse la tensión umbral de los diodos detectores, que posiblemente son del tipo Schottky (0,3 Volts)...

Con estos resultados veo bastante claro que este sensor de estacionarias no me va a servir, al menos en su actual configuración. Desmonto los circuitos impresos laterales y veo que las líneas captadoras de RF directa y reflejada son realmente muy cortas, de tan sólo 16 mm. de longitud, adecuadas para lo que son pero inútiles para lo que quiero...

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...No obstante, no quiero darme por vencido, el sensor es muy sólido y se supone que de impedancia bastante ajustada a 50 Ohms en un gran margen de frecuencias. La idea entonces sería "alargar" las líneas laterales para aumentar la sensibilidad hasta el punto que pueda utilizarlo en este proyecto...

Continuará...

Saludos

Llorens

Los circuitos impresos originales del medidor del ROE prefiero no alterarlos, así que mejor cortar dos nuevos a partir de una plancha de circuito impreso virgen. Los marco con un rotulador permanente, los corto con sierra de calar y repaso los bordes con una simple lima plana...

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...La delimitación de las pistas la he hecho de forma muy rápida mediante un Dremel con fresa de widia, y seguidamente he soldado los componentes típicos de un puente Stockton, el diodo rectificador, que en este caso es de germanio, ya que se comportan muy bien a altas frecuencias, un condensador de 100 nF, una potenciómetro de ajuste de 50K, y en el otro extremo de la línea de acoplo, una resistencia SMD de 47 Ω.

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Las líneas de acoplo son ahora de 7 cm de longitud, en vez de los 1,6 iniciales, con lo cual, se supone que la tensión de salida será mayor que antes...

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...Monto los circuitos en la carcasa del medidor CYS y procedo a realizar otra prueba... Ahora las cifras ya se mueven en el indicador digital, la RF directa es 10 pero la reflejada ni se mueve y el programa interno no consigue calcular la relación de estacionarias. Modifico el sistema detector de media onda por un doblador de onda completa, con dos diodos y dos condensadores ...y la RF directa sube ahora a 24, apareciendo una reflejada de 7, sin duda excesiva para ser real con una antena artificial de 47 Ω, que debería dar un valor más bajo... Aquí el problema no es solamente los bajos valores de la RF directa y si no también la distorsión que causan los umbrales de los diodos, especialmente de los de germanio, que no los tienen tan bien definidos como el silicio...

Compruebo el circuito del medidor CYS, y veo que las dos entradas van a un integrado del tipo LTC1091. Una búsqueda por la red me dice que se trata de un conversor analógico/digital de doble canal de 10 bits, es decir, con una resolución de 1024 posiciones para una tensión referencia de 5V, la cual siempre coincide con la alimentación y no se puede disminuir por debajo de ésta. Este circuito puede funcionar entre 4,7 y 10 volts, y por tanto no hay solución en este sentido, podría poner un operacional pero también necesitaría alimentación simétrica, y eso ya es complicarse mucho para tener una chapuza...

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...En cambio, con un Arduino, aún funcionando a 5V, podré establecer la tensión de referencia interna para los conversores A/D a 1,1 Volt, con lo cual se supone que ganaré suficiente resolución, aún a pesar del problema del umbral de los diodos...

Continuará...

Saludos

Llorens

He estado estudiando un poco el tema de las estacionarias más allá de las generalidades y tras muchas explicaciones sobre vectores y números complejos, que solo entienden quienes ya lo saben, de varias expresiones parciales he podido deducir una fórmula para calcularlas directamente:

R.O.E. = (Vd + Vi + 2 Vu) / (Vd - Vi) ...Siendo:

Vd, amplitud en Volts de la RF directa Vi, amplitud en Volts de la RF reflejada Vu, umbral en Volts del diodo detector

Con esta fórmula he calculado una curva de R.O.E. cuyos valores coinciden en más del 95% con las medidas prácticas que había tomado anteriormente con el CETSAL en 27 Mhz...

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...Luego he estado haciendo algunas pruebas con las nuevas líneas de acoplo de 7 cm, olvidándome del display original y midiendo directamente la tensión rectificada con un téster digital... y la cosa indudablemente ha mejorado, con rectificación normal mediante un diodo de germanio y filtrado de 200 nF, las tensiones de salida en milivolts para 4 W a 27 Mhz han pasado de ser casi indetectables a 330 mV de señal directa y 1,5 mW de señal reflejada...

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...Después (como se observa en la imagen anterior), he cambiado el montaje rectificador a doblador de onda completa, y la señal ha subido a 680 mV directos y 32 mV reflejados, lo cual es raro porque debería mantenerse la proporción, pero sin duda la distinta carga del rectificador es el culpable de estos 32 mV, que deberían ser sólo 3... ya averiguaré el porqué...

Otros elementos que también cambian las lecturas y su proporción son las resistencias insertadas entre el masa y el principio de las líneas, de las cuales, aún sin explicar su función, las descripciones de este puente de medición aconsejan que tengan valores entre 50 y 150 Ω. Hasta ahora he utilizado las de 50, pero probando con 120 Ω el valor de la RV directa se dispara hasta los 1.130 mV, y la reflejada a 320 mV, es decir, aún más desproporción, así que las dejo de nuevo a 50 Ω, que al menos coincide con la nominal del coaxial y del sensor...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Las pruebas efectuadas con el emisor de 27 Mhz y los dos medidores de estacionarias conectados en serie, el CEDSAL y el sensor del CYS con Arduino, siguen dando buenos resultados...

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Con una carga resistiva de 47 Ω, el medidor CEDSAL da una medida de estacionarias casi inapreciable

...A igual que el CYS-Arduino

...Abriendo una de las dos series de resistencias aumentamos la carga a 94 Ω

...Y los dos medidores suben prácticamente al mismo valor

Añadiendo dos resistencias más de 47 Ω en serie, subimos la impedancia de la antena virtual a 188 Ω

Las estacionarias también suben por igual en los dos medidores, a valores alrededor de 2,7...

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...Es decir, en el margen de utilización normal de un medidor de ROE, nuestro sensor con medición a través de Arduino sería perfectamente válido, pero tampoco nos engañemos, estamos utilizando una frecuencia relativamente baja de 27 Mhz, y las cosas pueden complicarse cuando la subamos, lo que sólo era una carga óhmica puede tener una parte inductiva y capacitiva considerable, los acoplos entre diversos conectores nos crearán sucesivas desadaptaciones de la línea, y la geometría interna de los propios medidores sin duda hará lo mismo... Así que es necesario seguir probando...

Por cierto, en el próximo mensaje mostraré el código de medida cargado en el Arduino así como su conexionado con la pequeña pantalla OLED...

Y una pregunta para Surbyte ¿porqué en este post aparecen las imágenes con dos tamaños distintos si todas tienen el mismo tamaño real?...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

No quiero arruinar tu explicación pero no entendí esto

Instalación base de telefonía móvil de Moviline en donde este medidor de ROE controlaba la salida de antena

Esta instalación de Moviline dejó de funcionar en 2003, cuando Telefónica cerró este servicio, y desde entonces, al estar en una antigua torre de vigilancia de una fortificación del siglo XIX, se había convertido en un criadero de cucarachas y ratones…

Ese equipo viejo para que te sirvió?

Y una pregunta para Surbyte ¿porqué en este post aparecen las imágenes con dos tamaños distintos si todas tienen el mismo tamaño real?..

El sistema maneja a veces el aspecto de forma automática. Si vuelves a editar el post verás que en el modo quick edit o en Modify tienes la posiblidad de ver los comandos de los que te hablo.

Acá ves los códigos de todas tus fotos mostrando como si las estuvieras editando, con un comando especial.

[img width=500 height=374]https://pbs.twimg.com/media/EMQH9diWsAcpP1n.jpg[/img]
[img width=500 height=374]https://pbs.twimg.com/media/EMQHTWoWkAEem-p.jpg[/img]
[img]https://pbs.twimg.com/media/EMQHTWjXYAA6iTY.jpg[/img]

Todas las siguientes son similares, sin ajuste de witch y height.

[img]https://pbs.twimg.com/media/EMQHiBdW4AAkkq3.jpg[/img]
[img width=500 height=374]https://pbs.twimg.com/media/EMQHiCNW4AESXRq.jpg[/img]
[img width=500 height=374]https://pbs.twimg.com/media/EMQH9diWsAcpP1n.jpg[/img]

Observa que algunas establecen el ancho y el alto pero eso lo hace automáticamente el sistema.
Con esto no explico nada. Debe haber alguna explicación asociada al ancho y alto de la imagen, pero nunca me detuve a investigarlo.

Era una estación base de telefonía móvil celular de Telefónica España (creo que por entonces aún no se llamaba Movistar), de tecnología analógica E-TACS, de 900 Mhz, también llamada 1G y comercialmente Moviline. Según creo esta tecnología de teléfonos móviles funcionaron en España entre 1979 y 2003, en que fue dada de baja, porque el sistema digital de segunda generación 2G-GSM ya llevaba años funcionando y el 3G-UMTS estaba en su inicio.

...Este equipo 1G y un rack de 2G que también estaba obsoleto, todo ello de la firma Motorola, permanecían junto a los equipos activos 2G, 3G y 4G, más modernos y de tamaño muy reducido, en el interior de un edificio histórico propiedad del organismo en que trabajo en el área técnica, y cuando la compañía de telefonía decidió desmontar los primeros para convertirlos en chatarra, me permitieron aprovechar lo que quisiera, ahorrándoles a los obreros contratados el desmontaje y el coste del reciclado de material. Creo que en total debí aprovechar como 200 o 300 Kg de equipos, que naturalmente no sirven para nada en conjunto, per sí por partes. Hay módulos receptores, amplificadores y transmisores, excelentes cables coaxiales de doble malla y conectores SMA y N, todo ello material de primera calidad, transistores de potencia a 1Ghz, filtros pasabanda ajustables, enormes placas con una cincuentena de integrados TTL, optoacopladores, fuentes de alimentación ...una verdadera mina de material que poco a poco voy utilizando en mis proyectos... y tener estos remanentes es especialmente importante en una isla de 80.000 habitantes en que no es posible encontrar ningún componente electrónico que se salga de lo corriente, o eso, o cada vez que necesites algo esperar un mes a que llegue de China.

...Pues este medidor de estacionarias (ROE) era el que controlaba la salida de antena del equipo 1G y disparaba una alarma remota a la central de la compañía si detectaba parámetros fuera de límites...

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Lo del tamaño de las imágenes, entre las etiquetas img yo solo incluyo la dirección de enlace de la imagen, el código "img width=500 height=374]" es algo que añade el software del propio foro, pero por alguna razón desconocida, en algunos casos no lo añade, mostrando las imágenes de tamaño real, que ahora cargo en una cuenta de Twitter, casi siempre a 799x599 pixels... Si dentro del código del propio archivo .jpg hay algo, algún metadato, que hace que el software del foro haga una cosa u otra, pues eso lo ignoro, eso lo controlan los programa de edición que uso, el ACDSEE y el Photoshop 7...

Saludos

Llorens

Bueno ahora me cierra bien la historia. Interesante lo que conseguiste y si, yo hubiera hecho lo mismo. Tener esos elementos de calidad no es nada habitual y si uno intenta conseguirlos por su cuenta debe pagar mucho dinero. Así que de a poco te vas armando de cosas fantásticas.

Seguiré atento a tu trabajo.

Sí, pero el problema suele ser el tener siempre más trastos que sitio en donde meterlos… eso creo que las malas lenguas lo llaman síndrome de Diógenes… :slight_smile:

Siguiendo con el tema, añado el código del programa Arduino para efectuar las lecturas y cálculo de la ROE. En este montaje he utilizado un display OLED SSD13 de 0,96’ y 128x64 pixels, que se conecta a través de I2C. En el próximo mensaje mostraré el esquema del montaje…

// ROE_01, programa de lectura y cálculo de R.O.E. Llorens Mercadal, dic 2019

#include "Wire.h"                 // Librería I2C
#include "Adafruit_SSD1306.h"     // Librería display OLED
#include "Adafruit_GFX.h"         // Librería display OLED

#define OLED_ADDR 0x3C            // Direción de esclavo I2C
Adafruit_SSD1306 display(-1);     // Indica que no utiliza el pin de reset
float Vd;                         // Amplitud de RF directa
float Vr;                         // Amplitud de RF de retorno
float ROE;                        // Valor de ROE (Relación de Ondas Estacionarias)

void setup()
  {
  display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR);    // Arrancando display
  display.clearDisplay ();                            // Borrar display
  display.display ();                                 // Actualizar display
  display.setTextSize (1);        // Tamaño de texto 1
  display.setTextColor (WHITE);   // Color del texto, blanco
  display.setCursor (18,9);       // Punto del cursor de escritura
  display.print ("R.O.E.");
  display.display ();             // actualiza la pantalla
  analogReference(INTERNAL);      // Toma tensión de referencia analógica interna (1,1 V)
  }

void loop()
  {
  delay (1000);                             // Pausa de 1 seg entre ciclos de medida
  Vd = analogRead(A0);                      // Lee valor de RF directa
  Vr = analogRead(A1);                      // Lee valor de RF reflejada
  if (Vr>Vd) Vr=Vd;                         // La reflejada no puede ser mayor que la directa
  ROE = (Vd + Vr) / (Vd - Vr);              // Cálculo de ROE
  if (Vd<1) ROE=1;                          // Si no hay RF, ROE es 1
  display.clearDisplay ();                  // Borra display
  display.display ();                       // Actualiza la pantalla
  display.setCursor (1,1);                  // Cursor a posición 1,1
  display.print("D   ");                    
  display.println(Vd);                      // Muestra valor de RF directa
  display.print("R   ");
  display.println(Vr);                      // Muestra valor de RF reflejada
  display.print("ROE ");
  display.print(ROE);                       // Muestra valor de ROE 
  display.display ();                       // actualiza la pantalla
  }                                         // final de loop

En esta versión los valores de salida de la radiofrecuencia directa y reflejada corresponden al valor digital leído por las entradas analógicas del Arduino, de 0 a 1023, pero también tengo otra versión en que se traducen a voltajes reales, lo cual permite incorporar una corrección por la característica de tensión umbral de los diodos detectores…

// ROE_02, programa de lectura y cálculo de R.O.E. Llorens Mercadal, dic 2019
// Valores RF en Volts

#include "Wire.h"                 // Librería I2C
#include "Adafruit_SSD1306.h"     // Librería display OLED
#include "Adafruit_GFX.h"         // Librería display OLED

#define OLED_ADDR 0x3C            // Direción de esclavo I2C
Adafruit_SSD1306 display(-1);     // Indica que no utiliza el pin de reset
float Vd;                         // Amplitud de RF directa
float Vr;                         // Amplitud de RF de retorno
float ROE;                        // Valor de ROE (Relación de Ondas Estacionarias)
float Vu = 0.3;                   // Valor de umbral del diodo detector

void setup()
  {
  display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR);    // Arrancando display
  display.clearDisplay ();                            // Borrar display
  display.display ();                                 // Actualizar display
  display.setTextSize (1);        // Tamaño de texto 1
  display.setTextColor (WHITE);   // Color del texto, blanco
  display.setCursor (18,9);       // Punto del cursor de escritura
  display.print ("R.O.E.");
  display.display ();             // actualiza la pantalla
  analogReference(INTERNAL);      // Toma tensión de referencia analógica interna (1,1 V)
  }

void loop()
  {
  delay (1000);                             // Pausa de 1 seg entre ciclos de medida
  Vd = analogRead(A0)*1.1/1023;             // Lee valor de RF directa
  Vr = analogRead(A1)*1.1/1023;             // Lee valor de RF reflejada
  if (Vr>Vd) Vr=Vd;                         // La reflejada no puede ser mayor que la directa
  ROE = (Vd + Vr + (2 * Vu)) / (Vd - Vr);   // Cálculo de ROE
  if (Vd<0.01)ROE=1;                        // Si no hay directa, ROE es 1
  display.clearDisplay ();                  // Borra display
  display.display ();                       // Actualiza la pantalla
  display.setCursor (1,1);                  // Cursor a posición 1,1
  display.print("D   ");                    
  display.println(Vd);                      // Muestra valor de RF directa
  display.print("R   ");
  display.println(Vr);                      // Muestra valor de RF reflejada
  display.print("ROE ");
  display.print(ROE);                       // Muestra valor de ROE 
  display.display ();                       // actualiza la pantalla
  }                                         // final del loop

En el próximo mensaje también mostraré las últimas experiencias en el tema de radiofrecuencia y antenas, porque al subir la frecuencia de prueba desde 27 Mhz a VHF (140-160 Mhz) y luego a UHF (400-450 Mhz), que será la gama con la que se emitirán los datos a través del LoRa, las cosas se complican a base de bien…

Continuará…

Saludos a todos

Llorens

Sindrome de Diógenes, que elegante eres para autorproclamarte "Acumulador", pues si quieres te paso una foto de mi acumulación personal y te aseguro que estoy teniendo problemas con mi familia por ello, o sea que somos dos por lo menos en esta comunidad de Arduino y seguro que hay mas.

Iba a hacerte una sugerencia para la presentación pero.. el uso de float complica las cosas cuando quieres intentar simplificarlas con sprintf asi que me guardo la recomendación o en realidad debo de una vez resolver la posibilidad de imprimir floats con sprintf en Arduinos AVR.

Un amigo de Córdoba (Argentina) lo decía de forma menos elegante: juntamugre... :) ...pero en cualquier caso es lo mismo. La suerte que tengo es que mi mujer nunca me ha puesto pegas, además, las cosas muy voluminosas, como este material de la estación base, tampoco lo guardo en casa, si no en mi antiguo taller, en el que cuesta poder andar sin pisar nada...

De todas formas, en casa, la habitación donde trasteo también está muy llena. Aquí una de las cuatro paredes, en que las cajas de material clasificado llegan hasta el techo...

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No entiendo muy bien eso de los floats y el sprintf ¿Es para mejorar la impresión?... en realidad este display es la primera vez que lo uso y las necesidades de este proyecto son muy básicas, pero he recopilado las instrucciones gráficas por si es necesario en otros montajes. Sobre los float, pues son necesarios porque hay operaciones de multiplicación y división, y en este programa su relativa lentitud de proceso tampoco importa demasiado...

Añado el gráfico del montaje de este circuito...

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...que es muy sencillo, las conexiones A4 y A5 del bus I2C al display y dos entradas analógicas adicionales A0 y A1 para la medición de las señales procedentes de sensor de estacionarias.

Aparte de ello, sólo utiliza cuatro diodos de señal de usos generales (por ejemplo tipo 1N4148) como protección de las entradas A0 y A1, para evitar que pueda invertirse la polaridad (muy difícil si no se fastidia un diodo detector) o que se sobrepase la tensión de 5 V, mucho más fácil en caso de fuerte desadaptación de la carga...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Para la siguiente tanda de pruebas utilicé un viejo talkie-walkie Gecol GV-16 de 140 a 170 Mhz que tenía como emisor auxiliar en la época en que navegaba. Este aparato es del tipo de "ruedecillas", en que la frecuencia se establece por selectores de rueda y la verdad es que siempre funcionó muy bien con sólo sustituirle cada siete u ocho años las baterías de Ni-cad que vienen dentro del pack...

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...La salida de antena de este talkie es tipo BNC, por lo que tuve que hacerme un convertidor macho-hembra al conector SO-239, el típico RF de hace años, para que coincida con la entrada de los medidores de estacionarias de agujas...

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...A la vez, un amigo radioaficionado me ha prestado un medidor ROE Avair, de HF, VHF, UHF, de agujas cruzadas, que sin duda irá mejor a altas frecuencias que mi veterano CEDSAL...

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Luego, hago otro cable con salida macho SO-239 y entrada macho tipo N, para poder conectar el sensor de ROE que estoy modificando, pero antes he de comprobar como se comporta el Avair, y para ello le conecto a la salida la carga artificial de resistencias, con el valor a 47 ohms... y la cosa no va bien del todo, las estacionarias se disparan a 1.4, cuando con esta carga no deberían superar 1,1... estas resistencias sin duda ya no son demasiado adecuadas a frecuencias de 150 Mhz...

...Las resistencias de carbón normales son cilindros de cerámica cubiertos de una capa de grafito muy delgada a la que se le ha practicado una espiral más o menos larga y estrecha dependiendo del valor final que se pretende conseguir, con lo cual, además de resistencia óhmica, también muestra una cierta inductancia por las "espiras" creadas y naturalmente una capacidad parásita entre ellas. Eso, a frecuencias bajas no tiene importancia, pero sus efectos aumentan en VHF y sin duda serán mucho mayores en UHF, por lo que veo muy claro que no podré utilizarlas como patrón de referencia... Naturalmente existen resistencias aglomeradas y de capa metálica adecuadas para radiofrecuencia, pero yo no tengo ni puedo conseguirlas en breve, por lo tanto comienzo a pensar cómo puedo solucionar este problema...

...Como este talkie tiene una potencia máxima de 3 W. no tengo que preocuparme mucho por la disipación, y menos en pruebas breves. Pienso por lo tanto que un pack de 50 ohms construido con resistencias SMD debería tener un mejor comportamiento... Elijo 4 de 200 ohms, que soldaré en paralelo sobre un diminuto cuadrado de circuito impreso...

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añadiéndole además una chapita metálica que actúe de disipador...

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...Al final queda de esta forma, ya soldada a un conversor de SO-239 a RCA...

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Con esta nueva carga artificial las estacionarias caen a 1.02, es decir, una medida excelente, de la que ya me podré fiar para seguir con las pruebas. A la vez el comportamiento térmico es suficiente, con tandas de RF de 10-15 segundos a 3 W, el pack de resistencias mantiene su temperatura dentro de lo tolerable...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Vaya Anilandro, veo que tu deseo por tener la mente ocupada no se detiene!!

Recordando los modelos equivalentes tuve que batallar unos minutos para encontrar algo como lo que recordaba

Ahi se ve que la Inductancia de apenas algunos nHy (nanoHenrys) no toma importancia a baja o medias frecuencias pero si cuando la frecuencia se hace mayor, lo que es lógico. C va de 0.1 a 1.5pF y claro R la resistencia en Contínua que sabemos vale 50 ohms.

Para mas detalles ir al siguiente link para entender porque Anilandro se decidió por resistencias de montaje superficial

A frecuencias muy altas y con valores de resistencia menores de 50 W , la presencia de la inductancia en las resistencias de película metálica produce un pico de resonancia. En la figura 4

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se muestra este comportamiento, en módulo y fase, para una familia de resistencias comerciales. Obsérvese que las frecuencias en la escala horizontal son muy altas. Ciertamente, la utilización de una resistencia de este tipo a frecuencias altas, por ejemplo para filtrar en paso bajo un transitorio, puede ser totalmente contraproducente por culpa de la resonancia presente, bien especificada por el fabricante. A frecuencias superiores a unos 100 MHz, es mejor acudir a los componentes de montaje superficial, que tienen menos de 1 nH y de 0,1 pF.

Es que la electrónica es fundamental en cualquier desarrollo con Arduino. Como siempre me gusta recordar, si no se dominan al menos las bases de la electrónica cualquier placa microprocesadora se acaba en sus conectores... Eso es algo que no entienden a veces quienes se compran un Starter Kit y piensan que, rápidamente, con cuatro tutoriales de Youtube ya saben suficiente...

Sobre las resistencias, hace años, cuando aún no habían aparecido las SMD, había un tipo con el grafito amalgamado, sin espiral, que tenían buenas cualidades en altas frecuencias, y tenía entendido que las de película metálica también eran adecuadas, aunque nunca las había utilizado ...Pero por la información que has colgado, veo que no, que presentan el fenómeno de picos de resonancia, así que mejor prescindir de ellas en VHF y más en UHF.

Estos días, en realidad he fabricado tres cargas artificiales de 50 Ω con resistencias SMD de 200, y todas ellas han dado una baja relación de estacionarias, pero con algunas pequeñas diferencias, sin duda provocadas por la tolerancia en el valor y algún remanente de inductancia, que he podido compensar en su mayor parte en dos de ellas añadiendo un pequeño condensador autoconstruido de pocos pF formando parte de la misma carcasa protectora de chapa metálica, con un rectángulo de 4x6 mm de mica, como dieléctrico...

También he construido algunos adaptadores reversibles más...

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...de izquierda a derecha: - El conversor BNC macho a SO-239 hembra (ya mostrado) - SMA hembra a N macho - SMA macho a SO-230 hembra - Atenuador SMA macho de 7 db cargado con 50 Ω, que da una perfecta relación de estacionarias, indetectable, de 1,00 - Carga artificial de 50 Ω, de más potencia, con conector N macho , que también da una ROE indectable, de 1,00 - Adaptador SO-239 a RCA y carga artificial SMD de 50 Ω (también mostrado)

También he encontrado el walkie-talkie PMR que tenía casi enterrado entre cajas en mi antiguo taller. El aparato funcionaba cuando se retiró del trabajo porque tenía las baterías fastidiadas y cambiarlas entonces era casi tan caro como comprar talkies nuevos, más potentes y más pequeños... Es un Maxon SL25-PMR446...

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...Las baterías las he cambiado sin problemas por dos elementos de litio metidos en la carcasa plástica de las níquel-cadmio originales, pero el problema es que la antena enroscable no tiene conector para cable, si no que la propia rosca, aparte de no ser estándar, ya forma parte del radiador activo. Para solucionarlo desmonto el talkie, retiro con cuidado el soporte de la rosca original, e improviso un conector hembra SMA que soldaré directamente al circuito impreso utilizando un pequeño soporte de chapa estañada hecho con tijeras y alicates...

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...Eso obliga a hora y media de trabajo, pero el conector queda finalmente muy sólido

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Una vez montado se ve además discreto, casi como si fuera de origen... Naturalmente, también he adaptado su antena para el nuevo conector...

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...Y en la última imagen, el talkie conectado al sensor de estacionarias con un cable directo SMA-N, sin los adaptadores intermedios y múltiples cambios de tipo de cable de antes, que sin duda contribuían a aumentar la relación ROE final...

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En una primera prueba veo que este talkie tiene 2,5 W de potencia de salida, y sus dos únicos canales programados están a 446,1 y 447 Mhz... La relación de ROE con las cargas artificiales de 50 Ω son ahora muy bajas, inferiores a 1,15, lo cual es perfecto, pero con la antena no consigo bajar de 1,6-1,8 , sin duda porque sus medidas están cortadas para 433 Mhz, por tanto mañana deberé adaptarla a una frecuencia entre 10 y 13 Mhz más alta...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Un elemento auxiliar que había comprado hace unos meses y aún no había utilizado es una pequeña placa "analizador de espectro", que va desde 35 Mhz a 4,4 Ghz, es decir, una maravilla que nos puede ayudar en temas de radiofrecuencia VHF y UHF, sin los cuales se va a ciegas, ya que las medidas son particularmente difíciles de conseguir con fiabilidad...

La placa me costó unos 45 € en ebay y consta de un chip analizador de espectro basado en un medidor de potencia logarítmico y un generador VFO que permite efectuar pruebas de filtros y respuesta en frecuencia de circuitos...

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El programa no lo suministra el vendedor, y en la red hay varios que pueden servir, algunos de pago y otros gratuitos. Yo utilizo el gratuito SNASharp, cuya pantalla tiene este aspecto (aunque en el momento de esta imagen sólo estoy utilizando el generador de radiofrecuencia VCO, que me suministra una señal de 433 Mhz)...

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La ventaja de tener el VCO de rastreo en la misma placa del analizador de espectro es permitor efectuar la opción de calibración, para lo cual se ha de conectar un cable SMA entre la salida del primero y la entrada del segundo... Si además conectamos una antena (un trozo de hilo de cobre) a la entrada del analizador, podemos ver de forma rápida la frecuencia de emisión de los talkies. Siendo de esta manera que he podido averiguar que los nuevos talkies del trabajo en realidad no son PMR, si no que van en la gama UHF de 460 Mhz...

La señal de salida del VCO es naturalmente baja, sobre los 17 db (que si fueran dbm serían 65 mW), pero observo que el sensor de estacionarias da lecturas en la pantalla OLED del Arduino, aunque naturalmente estamos a niveles de umbral de los diodos detectores con lo cual la cifras no deben ser demasiado fiables...

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Para conseguir componentes de altas frecuencias y especialmente condensadores estables de baja capacidad, he desmontando uno de los amplificadores pasabanda 900 Mhz de la estación base Moviline (de los que tengo unos cuantos), del que he obtenido resistencias, condensadores, transistores de muy alta frecuencia y también un filtro cerámico pasabanda...

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...Para probar el analizador de espectro como tal se me ha ocurrido medir la curva del filtro cerámico, que en las imágenes anteriores se distingue perfectamente por su tamaño, estando además marcado en el circuito impreso como FL1 ...Simplemente lo en conectado entre el VCO y la entrada del analizador (con alguna filigrana de cables por causa de incompatibilidades macho-hembra que en el caso de los conectores SMA los fabricantes no tienen muy claro en identificar siempre las salidas como hembras y las entradas como machos)...

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...Y el resultado ha sido el siguiente...

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...Una bonita curva con una pedestal selectivo muy marcado entre 860 y 910 Mhz, lo cual nos ayudará a utilizar este filtro para posteriores montajes...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Vale, estoy hablando de medición de estacionarias para la banda de UHF mediante Arduino, pero todo ello es principalmente para poder ajustar antenas Yagi autoconstruidas en un proyecto de medición remota de consumos de agua y transmisión de los datos mediante módulos LoRa. Y sobre estas antenas hasta ahora no he dicho casi nada...

...Resulta que al buscar información sobre estas interesantes antenas directivas, se encuentra bastante cosa, pero también algo confusa en cuanto a explicaciones. Encontramos por ejemplo muchas tablas de cálculo de los elementos según la frecuencia, y sobre el número de elementos según su ganancia final, así como teoría de cómo la distancia entre tales elementos condiciona también la directividad y por tanto la ganancia... Las tablas, sin embargo, suelen indicar distancias más o menos estándar, con variaciones que sólo dependen de la frecuencia, pero no de la directividad que se desea obtener, lo cual es algo que a mí me interesa especialmente porque quiero mantener el número de elementos a 3 (reflector, radiante y director) o máximo 4 (reflector, radiante y dos directores)...

Estos cálculos se complican al querer establecer además el ancho de banda de la antena, ya que este valor suele ser inversamente proporcional a la ganancia obtenida (en antenas se dice que lo que se gana por un extremo siempre se pierde por el otro) ...así que de momento aparcaré mis dudas y comenzaré por el cálculo básico...

La mayoría de las tablas siguen las siguientes pautas:

...En mi caso, los tamaños para 3 elementos, son: - Dipolo radiante: 0,95λ/2 142,4/Frec 142,4/433=0,329 m (32,9 cm) - Reflector: λ/2 150/Frec 150/433=0,346 m (34,6 cm) - 1ºDirector: 0,9λ/2 135/Frec 135/433=0,3117 m (31,17 cm)

...Y para la separación entre elementos: - Distancia Dipolo-Reflector 0,18λ 54/Frec 54/433=0,125 m (12,5 cm) - Distancia Dipolo- 1ºDirector 0,09λ 27/Frec 27/433=0,062 m (6,2 cm)

Los elementos los he cortado de varilla de aleación cobre-plata de 2 mm de grosor que venden para soldadura autógena, y que manteniendo una excelente conductividad es mucho más rígida que el simple cable de cobre, aunque al estar acabada conviene pintarla o protegerla de alguna forma, ya que es una aleación que incluso con el tacto se oxida con facilidad. En cuanto al soporte central, que llaman "boom" y que no tiene porqué ser conductor, he utilizado un trozo de simple canaleta de montaje de cables eléctricos...

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...Y ahora viene el tema del ajuste, porque resulta que la impedancia del elemento radiante de las Yagi es un dipolo abierto o cerrado, cuya impedancia varía entre 75 y 150 Ω para el primero y 300 Ω para el segundo, mientras que la inmensa mayoría de las salidas de los módulos emisores son de 50 Ω, con lo cual, en caso de desadaptación de este parámetro es cuando se producen las temidas estacionarias que aquí estoy intentando medir para llevarlas a su mínimo valor...

Además, las salidas de estos módulos también son coaxiales, para cable blindado de vivo central y malla, lo cual tampoco se adapta a la configuración simétrica del dipolo. Para antenas Yagi de HF (hasta 30 Mhz) se suelen utilizar "balums" adaptadores de impedancia que son a la vez simetrizadores, pero al subir la frecuencia las ferritas de los núcleos presentan ya demasiadas pérdidas, y además las propias espiras del "balum" se reducen a 1 o 2, con lo cual cualquier mínima variación puede conducirnos al fracaso. Para VHF y UHF se utilizan dos sistemas básicos de adaptación de impedancia, el lazo de línea de transmisión de media onda (que algunos también llaman "balum", aunque su principio de funcionamiento es distinto). Este sistema es adecuado para el dipolo partido en dos mitades de 1/4 de onda.

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...O bien el conocido como sistema "Gamma Match", basado en un acoplo capacitivo y elegir el adecuado punto de alimentación mediante un puente corredizo a partir del centro del dipolo. Por su sencillez, porque su ajuste es más fácil que ir cambiando longitudes de cable y porque permite utilizar dipolos sin separación central, será el tipo de adaptador que voy a usar...

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Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Los módulos LoRa que utilizo para el envío de datos son los Ai-Thinker Ra-01 de 433 Mhz, pero ésta sólo la frecuencia con que los vendedores indican la banda de funcionamiento (para diferenciarla de la 868 y 915 Mhz ), ya que en realidad estos módulos van de 410 a 525 Mhz. Por otra parte, la mayoría de los programas de ejemplos te configuran el módulo a 433, pero resulta que esta frecuencia pertenece a la banda de radioaficionados de 70 cm, que va desde 430 a 440 Mhz, donde sólo se puede emitir con licencia y en los términos técnicos reglamentados.

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Yo reconozco que las primeras pruebas de alcance las he realizado en 433 Mhz, aunque en mi isla no hay prácticamente actividad de radio en esta frecuencia, la potencia de emisión es muy baja (+18 dbm) y además la modulación "chirp" del protocolo LoRa está el 99% del tiempo en silencio, pero tampoco quiero abusar. Por este motivo moveré la frecuencia más allá de 440 Mhz, pero sin entrar en la banda PMR de 446 Mhz, donde puede haber muchas interferencias de los walkie-talkies de uso libre.

Entonces, de acuerdo con estas consideraciones subiré la frecuencia de funcionamiento del sistema a 445 Mhz, que está muy cerca de los 446 con los que puedo efectuar el ajuste de estacionarias de las antenas, utilizando el Maxon PMR que he modificado hace poco, y en todo caso, siempre se puede variar con toda facilidad con sólo cambiar un parámetro del programa.

Para esta frecuencia, las medidas de las antenas a utilizar, serían:

Vertical Ground Plane de 1/4λ, Longitud: 7500 / 445 = 16,8 cm para el radiante y los 4 radiales

Yagi de 1/2λ: Reflector: Longitud: 15000 / 445 = 33,7 cm. Radiador: Longitud: 14240 / 445 = 32 cm. Separación del Reflector: 5400 / 445 = 12,1 cm. Director-1: Longitud: 13500 / 445 = 30,3 cm. Separación del Radiador: 2700 / 445 = 6 cm. Director 2: Longitud: 13300 / 445 = 29,9 cm. Separación del Director-1: 5400 / 445 = 12,1 cm.

Nota: Para los cálculos he utilizado las fórmulas que publiqué en un mensaje anterior, pero multiplicando x100 los numeradores, para que dé el resultado directamente en centímetros...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Las nuevas dimensiones de los elementos de la antena han mejorado las medidas de estacionarias, al menos son mucho más "estables" que antes. Otro de los elementos que han ayudado a ello ha sido el "condensador" variable, que he fabricado a partir de un tubito de cristal de un fusible normal de 10A y cinta de cobre de blindaje de un cable de antena TV...

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...Se trata por una parte de cubrir el exterior del cristal con cinta de cobre y soldarla para crear una funda conductora, que se cerrará sobre uno de los extremos del tubo y formará una de las dos armaduras del condensador. La otra armadura tiene forma de "émbolo" y se construye a partir de un eje de cobre-plata con el diámetro aumentado con otro trozo de cinta de cobre. La punta del émbolo tiene un recubrimiento de cianocrilato, para evitar que ambas armaduras puedan cortocircuitarse en el interior...

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...El condensador acabado tiene este aspecto, y con un pequeño montaje utilizando un generador de 700 Khz y el osciloscopio, mido su capacidad, que varía entre 10 pF con el émbolo introducido y menos de 1 pF, extraído...

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...Sobre los valores típicos para este condensador, al final encontré una web de un radioaficionado que especificaba 3,7 pF para una antena Yagi de 433 Mhz y de 8,6 pF para una de 144 Mhz, y aunque supongo que tales valores también dependen de otras variables, como el grosor de las varillas, me dan la primera referencia algo concreta sobre este tema.

He montado el condensador con la armadura soldada al vivo del conector SMA de entrada, y el émbolo es ya la varilla que forma parte del ajuste del puente "gamma match"...

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Las mejores relaciones de estacionarias las he conseguido con valores del condensador inferiores a 4 pF, digamos entre 2 y 3,5, y reajustando la posición del puente sobre los 4 cm a partir de la línea central de la antena, pero además, una vez establecida esta última medida, es interesante cortar la línea vertical que sobra, ya que sin duda, su longitud "colgando" al aire, también colabora a aumentar la ROE. Eso tampoco lo dicen en ninguna descripción de la Yagi con el ajuste "gamma match"...

...Otro factor que estabiliza las lecturas ea añadir un núcleo de ferrita externo al cable RG de alimentación de la antena, a poca distancia del conector SMA...

Ahora ya dispongo de un emisor de 466 Mhz para el ajuste de la antena (que finalmente funcionará a 465). Pero para explorar otras frecuencias VHF-UHF y medir las estacionarias necesito poder generar al menos una potencia de 2 W. Para ello, hoy me ha llegado un pequeño módulo amplificador lineal de 3 W entre 2 y 700 Mhz que pedí, y que pienso poder excitar con la salida VCO del analizador de espectro...

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...En fin, poco a poco sigo con el tema...

Continuará...

Saludos a todos

Llorens

Estos días he seguido trabajando con el tema de las antenas y las ondas estacionarias... ya tenía hecha la Yagi de 3 elementos, que puede verse aquí, con un detalle del sistema de ajuste "gamma match"...

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...Aparte he fabricado una Yagi de 4 elementos, radiador, reflector y dos directores. El "gamma match" lleva también el condensador autoconstruido con el tubo de cristal de un fusible, que una vez ajustado he fijado con cianocrilato y protegido con una funda de hilo torsal...

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Otra de las antenas autoconstruidas es una "ground plane" de 1/4 de onda, con el radiador y los radiales de plano de tierra intercambiables, con lo cual el mismo soporte sirve para diversas frecuencias... Su relación de estacionarias a 445 Mhz es excelente, más o menos 1,13...

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...También estoy efectuando pruebas de adaptación de impedancia y simetría entre un dipolo abierto y el cable coaxial de 50 Ohms sin utilizar ni balums ni gamma match. Esta sencilla antena da una ROE menor de 1:1,2...

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Para comprobar si la adaptación es real y no hay corrientes de radiofrecuencia en la malla del coaxial utilizo el truco de desplazar por él una ferrita, observando las variaciones del medidor de ROE. En este caso, las agujas apenas cambian al mover la ferrita...

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...Y por último, al vivir en una isla con una sola tienda de electrónica que no tiene casi nada obliga a veces a construir las cosas más simples, como en este caso los conectores SO239, hechos con chapa estañada y bastante paciencia, sobre todo para conseguir la rosca interna, que en este caso está hecha con hilo de cobre soldado a la caperuza del conector, que además, para facilitar la conexión, es giratoria con respecto al cable y el bulón central del vivo...

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Continuará...

Saludos a todos

Llorens