CONSTRUÇÃO CASEIRA DE EQUIPAMENTOS QRP - IV: um medidor de nanoWatt

Este artigo, mais um enquadrado na senda das construções de amador, é dedicado à construção de um medidor de potência para a gama de -70 dBm a +10 dBm. Trata-se de um equipamento indispensável na bancada de qualquer amador com interesse na construção de equipamentos, ou simplesmente para a verificação e o ajuste de antenas.

Actualmente os utilizadores da Internet têm acesso a um conjunto infindável de informações, e foi exactamente durante uma pesquisa no site de um fabricante de circuitos integrados, a Analog Devices, que encontrei à alguns meses um circuito que de imediato me despertou o interesse e que me viria a possibilitar a medição de níveis de potência, tão baixos quanto 100 pW (100 picoWatt!!!).
Trata-se de um amplificador logarítmico, com uma gama dinâmica de 92 dB e que segundo o fabricante possibilita a amplificação de sinais desde DC a 500 MHz, com a particularidade de possuir uma saída em tensão linear, proporcional à variação do sinal de entrada em dB. Dado o seu baixo consumo, pode ser alimentado com uma pilha de 9V o que lhe confere uma enorme portabilidade, característica que é muito apreciada ao utilizá-lo como medidor de intensidade de campo.
No site do fabricante, http://analog.com, encontra-se à disposição um ficheiro pdf, que contém todas as características do circuito integrado AD8307, e onde é possível também encontrar alguns exemplos de aplicação deste dispositivo.

Figura 1- Constituição interna do AD8307.

Figura 2- Ligações básicas para a utilização do amplificador

Figura 3- Resposta logarítmica a 10MHz, 100MHz e a 500MHz

As características anunciadas pelo fabricante mostram uma diminuição da sensibilidade e de redução da gama de linearidade nas frequências mais elevadas, possuindo mesmo assim características adequadas à sua utilização em UHF.
Com base nas informações disponibilizadas pelo fabricante, efectuou-se a montagem do circuito mostrado no diagrama da figura 4.

Figura 4- Circuito do medidor de potência

Como se constata o circuito, de uma extrema simplicidade, deverá ser montado numa placa de circuito impresso e colocado dentro de uma caixa metálica para se garantir uma boa blindagem. A resistência R1, de 50 Ohm, deve ser uma resistência de carvão (não deve ser bobinada) e montada directamente nos terminais da ficha BNC de entrada. Também a ligação entre a ficha e o condensador C1 de entrada deve ser a mais curta possível. No caso do protótipo montado, a placa de circuito impresso solda directamente à ficha BNC para minimizar o comprimento das ligações.
Na impossibilidade de obter um choque do tipo VK200, este pode ser substituído por um pequeno troço de fairrite, por exemplo um núcleo de ajuste de uma bobine, sobre a qual se devem bobinar 3 ou 4 espiras de fio esmaltado de 0,3mm a 0,4mm de diâmetro.
Não sei se será possível adquirir no mercado nacional o AD8307, no entanto fica a informação de que na firma RS Amidata, cujo site da secção portuguesa é http://www.rs-portugal.com, este componente custa 25,49 Euros, valor ao qual acresce o custo de envio. Este componente pode ainda ser adquirido a “custo zero”, através do site do fabricante, bastando para isso preencher um formulário de registo e efectuar o pedido através da net. Depois de efectuado o pedido, passados 4 a 5 dias, terão a surpresa de receber na caixa do correio o componente, que será enviado sem qualquer encargo.


Calibração da escala do medidor:

Terminada a construção, montou-se todo o circuito numa caixa de alumínio. Resta finalmente proceder à calibração da escala e do medidor.
Para a construção da escala, foi utilizado o programa Meter, o qual se encontra disponível na Internet, no endereço http://tonnesoftware.com/, e que podendo ser descarregado permite um número limitado de utilizações gratuitas. Posteriormente, quem tiver interesse poderá obter a licença, bastando para tal fazer o pagamento on-line.
O programa permitiu fazer uma escala, com uma graduação entre -80 dBm a +20 dBm, como se mostra na figura 5.

Figura 5- Escala do medidor de potência graduada em dBm

A calibração do medidor efectuou-se de forma muito simples. Confiando nas declarações do fabricante, e admitindo uma característica de saída linear, efectuou-se a calibração para um único ponto. Neste caso para uma frequência de 100 MHz e para um sinal de +10 dBm.
Quem tiver a sorte de possuir um gerador de sinal com uma saída calibrada, terá a tarefa simplificada, caso contrário poderá seguir o procedimento que seguidamente se descreve.

Usando um osciloscópio cuja banda de trabalho vá até aos 120 MHz, ou mais se possível, aplica-se um sinal não modulado de 100 MHz, ajustando-se a amplitude de forma a obter uma leitura de 2 Vpico a pico no ecrã do osciloscópio. A esta amplitude corresponde uma potência de 10 mW, a qual é dissipada sobre a resistência de 50 Ohm da entrada. Esta potência corresponde a 10 dBm, cujo valor pode ser verificado pela seguinte fórmula:

(nota: nos valores expressos em dBm a unidade de referência para a potência é 1 mW)

Nesta condição bastará ajustar o potenciómetro de 100 K e fazer coincidir a agulha do galvanómetro sobre o traço com a indicação 10 dBm.
Pode-se fazer a confirmação de que a uma tensão com uma amplitude de 2 Vpico a pico, aplicada sobre uma resistência de 50 Ohm, corresponde efectivamente uma potência eficaz, P, de 10 mW (0,01W):

A exactidão final do equipamento dependerá como é óbvio da melhor precisão com que se efectuar a calibração da escala. No entanto não percamos de vista que este equipamento se destina a amadores e para além disso o que nos interessa, na maior parte das situações, é obter medidas relativas (a escala dBm, tal como é definida, é por natureza uma escala relativa).

Figura 6- Vista do medidor depois de finalizado

Terminada a construção do medidor, descrevem-se seguidamente de forma não exaustiva, algumas montagens onde se ilustra a sua utilização.
Uma das muitas possibilidades de utilização foi já anteriormente exemplificada e corresponde à determinação da banda passante de um LPF.


Calibração do S meter de um receptor:

Os medidores de intensidade de sinal incorporados nos receptores de onda curta, são ajustados de forma a fazerem corresponder um nível S igual a 9 quando se aplica uma tensão de 50 uV (50x10-6 Volt) na antena. Por exemplo no manual do FT101 da YAESU vem referido que o ajuste se fará com o nível de 50 uV na frequência de 14.200 kHz. No caso de receptores para frequências superiores a 30 MHz (VHF e UHF) o valor de tensão deverá ser de 5 uV para se obter a mesma indicação de 9 unidades S.
Na figura 7 exemplifica-se a montagem possível para a calibração do S meter de um receptor de HF.

Figura 7- Calibração do S meter de um receptor de HF

O valor de -73 dBm, ao qual corresponde um valor de tensão eficaz de 50 uV/50 Ohm, está abaixo da gama dinâmica do medidor de potência, daí que se tenha optado por ajustar na saída do gerador o valor de -53 dBm, e utilizando um atenuador de 20 dB consegue-se o nível pretendido.

Determinação do ganho de um amplificador de sinal:

Figura 8- Determinação do ganho de um amplificador

A determinação do ganho, por exemplo, de um amplificador de frequência intermédia de um receptor pode ser efectuada simplesmente com o uso deste simples medidor. Neste caso o ganho é determinado pela diferença entre o nível de potência medido na entrada e o nível de potência medido na saída.


Medição da intensidade de campo radiado por uma antena:

Figura 9- Medição da intensidade de campo próximo de uma antena

O medidor tem sensibilidade suficiente para fazer medições correspondentes à intensidade do campo radiado, na proximidade de uma antena, pelo que se torna num equipamento auxiliar na construção e afinação de antenas de HF, VHF e UHF.

Conforme foi apresentado, este medidor é de muita utilidade seja para a construção, reparação, afinação dos nossos equipamentos, ou mesmo de antenas, e sendo de construção tão simples estou seguro que será construído, e mesmo melhorado, por muitos dos colegas com interesse nestas matérias.