Attenuatore RF

[Angelo Zannotti]

Buongiorno stavo ragionando su come visualizzare lo spettro di uscita di un qualsiasi apparato con discreta potenza.
Per collegare un analizzatore di spettro dovrei interporre fra strumento e apparato un attenuatore calibrato, ho visto che ci sono diverse utility per il calcolo dei valori delle resistenze, ma per quanto riguarda la potenza non ho trovato informazioni.
I vari progetti in rete sono da qualche watt, ed impiegano resistenze da 1/4 o 1/2 di watt ad impasto di carbone.
Anche se sembra semplice usare resistenze con potenza maggiore, non ho trovato resistenze anti induttive  di grossa potenza, mi domandavo in oltre ma con un finali da centinaia di W o Kw come di fà.
Io ricordo che nei trasmettitori broadcast cera una uscita di servizio.
Vorrei se possibile autocostruire qualcosa del genere.

[r5000]

73 a tutti, esistono già fatti attenuatori di potenza appositi, soluzione facile ma costosa , io li prendo da Rota https://www.rf-microwave.com/it/attenuatori-coassiali/297/?filter=q1YyNFKyilbyU8iN0U9Tiq0FAA%3D%3D , di fatto se parliamo di uhf conviene comprare gli attenuatori già fatti perchè precisi e sicuri ma per le hf si può ancora costruire con i componenti a portata di hobbista, resistenze antiinduttive  e collegamenti corti sono la regola d'oro, per il carico fittizio ovviamente si usa una o più resistenze per avere i 50 ohm di pari potenza o superiore a quella da misurare, per il prelievo le resistenze saranno di pochi watt e quindi si possono utilizzare anche le resistenze smd da 0.1 watt da mettere in serie \ parallelo, ad esempio per 1 kw serve la resistenza del carico fittizio da 1 kw minimo, per l'attenuatore da 40 dB io userei tante resistenze in serie per fare i 2500 ohm in serie e due resistenze da 100 ohm per fare la resistenza in parallelo allo strumento di misura...

[Angelo Zannotti]

Ciao R5000, quindi se ho capito bene in uscita metto sempre il carico fittizio, poi dal capo caldo prelevo il segnale tramite l'attenuatore per portarlo sull'analizzatore, allo scopo potrei usare un connettore a tre vie.
Si in effetti lo volevo usare per le HF.

[r5000]

Ciao R5000, quindi se ho capito bene in uscita metto sempre il carico fittizio, poi dal capo caldo prelevo il segnale tramite l'attenuatore per portarlo sull'analizzatore, allo scopo potrei usare un connettore a tre vie.
Si in effetti lo volevo usare per le HF.

73 a tutti, esatto, di solito quando c'è un carico fittizio  senza prese attenuate si utilizza un adattatore a T dove nel connettore libero si collega le due resistenze di bassa potenza e la presa per gli strumenti, in hf il disadattamento è contenuto e si può fare senza problemi, se parliamo di kw serve attenuare di 40 dB, se stiamo sotto il kw 30 dB bastano ma devi comunque lasciare inserito l'attenuatore dell'analizzatore di spettro, per non sbagliare potresti anche fare l'attenuatore da 30 dB e poi aggiungere un ulteriore attenuatore da 10 dB che garantisce da errori di manovra e o autooscillazioni del finale che potrebbe fare disastri... io preferisco usare questa soluzione e tolgo l'attenuatore da 10 dB solo quando il tutto funziona bene e si vuole maggiore precisione ma dipende anche dalla dinamica del tuo analizzatore di spettro e livello massimo da non superare, dati fondamentali per questo tipo di misure, quando poi stai provando un lineare con il vizio di autooscillare vanno prese tutte le precauzioni possibili perchè ci vuole davvero poco per fare disastri...

[nik77]

Salve Angelo , e r5000 , io ho fatto questo utile attenuatore da schema Tap 40 ,funziona bene con il mio Oscope niente problemi ,purtroppo non ho un analizzatore di spettro misurato con nvna e risulta 39.52 db come da foto ,lascio anche schema se ti puo essere utile ,73s to all nik.

Nb: ho usato resistors da 1watt.

[r5000]

73 a tutti, 40 dB o 39.5 dB è un'ottimo risultato, quel filetto vicino alla prima resistenza serve per correggere la linearità in uhf e non dovrebbe avere nessun effetto in hf, puoi collegarci qualsiasi strumento senza rischi anche quando provi un lineare...

[nik77]

Salve Angelo , Grazie per la dritta r5000 , ma non ho ancora una radio per uhf ,ho solo il mio fedele 757gxII e un crt6900 ,comunque il mio primo sperimento era con una ferrite materiale 43 ma nessuna soddifazione lascio foto  ,il tap 40 e nettamente supperiore ,73s to all nik.

[Geremia]

Scusate ma c'e' qualcosa che non mi torna.
Il TAP40 prevede l'uscita verso l'RFPM1 che ha l'ingresso a 50 OHm, come descritto nell'articolo del TAP40. Infatti l'attenuazione di 40dB si ha solamente se si carica l'uscita del TAP40 su un carico fittizio da 50OHm e l'uscita dello shunt e' collegata all'RFPM1 che ha 50OHm di impedenza di ingresso. In questo modo si ottiene una attenuazione di 40dB ed un errore di misura del 2%.
Ma questo funziona se, e soltanto se, allo shunt si collega uno strumento con una impedenza di ingresso di 50OHm, in caso contrario si ottiene una attenuazione diversa dipendente dalla impedenza di ingresso dello strumento usato al posto dell'RFPM1.
Facciamo un esempio, se collegassimo un oscilloscopio direttamente BNC to BNC non avremmo una lettura corretta perche' l'attenuazione sarebbe diversa.
Perche' ?. Perche' la porta di ingresso dell'oscilloscopio non e' 50OHm. Se trascuriamo momentaneamente la capacita' del cavo coassiale introdotto dal collegamento BNC to BNC, l'ingresso di un oscilloscopio da 100MHz di banda passante e' in generale costituito da una resistenza Ri da 1MOHm in parallelo ad una capacita' Ci che puo' variare da 10 a 30pF.
Se facciamo due calcoli, utilizzando come Ci=20pF (una via di mezzo tra 10 e 30pF), vediamo che l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio, cosi' come la abbiamo descritta, non e' 50OHm ma varia al variare della frequenza ed assume valori molto bassi.
A 30 MHz avremo 250OHm, a 100MHz avremo 80 OHm, e solo a 159MHz avremo 50OHm.
Quindi se colleghiamo il BNC dell'oscilloscopio all'uscita BNC del TAP40 avremo una lettura non corretta.
Se colleghiamo il nanovna si, perche' ha una Zin/out delle due porte  CH0 e CH1 esattamente 50OHm.
I valori di Z in ingresso al BNC dell'oscilloscopio si possono ricavare dalla semplice formula
Z= Ri / (1+jωRi*Ci) 
con ω = 2πf e' la pulsazione alla frequenza f alla quale si determina l'impedenza di ingresso.
Questa con i valori di Ri e Ci vale circa 8KHz. In pratica, molto al di sotto di questa frequenza la Z in ingresso dell'oscilloscopio si puo' approssimare a Ri, mentre molto al di sopra si puo' approssimare alla reattanza di Ci.
Pertanto consideriamo solo le frequenze superiori e la formula per il calcolo della Zi dell'oscilloscopio diventa
Z= 1 / (1+jωCi) 
Non possiamo collegare quello che ci pare all'uscita del TAP40 ma solo strumenti che hanno una Zin=50OHm, in caso contrario le misure non si basano su una attenuazione di 40dB e non sono coerenti con con quanto ci si aspetterebbe.

[r5000]

Scusate ma c'e' qualcosa che non mi torna.
Il TAP40 prevede l'uscita verso l'RFPM1 che ha l'ingresso a 50 OHm, come descritto nell'articolo del TAP40. Infatti l'attenuazione di 40dB si ha solamente se si carica l'uscita del TAP40 su un carico fittizio da 50OHm e l'uscita dello shunt e' collegata all'RFPM1 che ha 50OHm di impedenza di ingresso. In questo modo si ottiene una attenuazione di 40dB ed un errore di misura del 2%.
Ma questo funziona se, e soltanto se, allo shunt si collega uno strumento con una impedenza di ingresso di 50OHm, in caso contrario si ottiene una attenuazione diversa dipendente dalla impedenza di ingresso dello strumento usato al posto dell'RFPM1.
Facciamo un esempio, se collegassimo un oscilloscopio direttamente BNC to BNC non avremmo una lettura corretta perche' l'attenuazione sarebbe diversa.
Perche' ?. Perche' la porta di ingresso dell'oscilloscopio non e' 50OHm. Se trascuriamo momentaneamente la capacita' del cavo coassiale introdotto dal collegamento BNC to BNC, l'ingresso di un oscilloscopio da 100MHz di banda passante e' in generale costituito da una resistenza Ri da 1MOHm in parallelo ad una capacita' Ci che puo' variare da 10 a 30pF.
Se facciamo due calcoli, utilizzando come Ci=20pF (una via di mezzo tra 10 e 30pF), vediamo che l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio, cosi' come la abbiamo descritta, non e' 50OHm ma varia al variare della frequenza ed assume valori molto bassi.
A 30 MHz avremo 250OHm, a 100MHz avremo 80 OHm, e solo a 159MHz avremo 50OHm.
Quindi se colleghiamo il BNC dell'oscilloscopio all'uscita BNC del TAP40 avremo una lettura non corretta.
Se colleghiamo il nanovna si, perche' ha una Zin/out delle due porte  CH0 e CH1 esattamente 50OHm.
I valori di Z in ingresso al BNC dell'oscilloscopio si possono ricavare dalla semplice formula
Z= Ri / (1+jωRi*Ci) 
con ω = 2πf e' la pulsazione alla frequenza f alla quale si determina l'impedenza di ingresso.
Questa con i valori di Ri e Ci vale circa 8KHz. In pratica, molto al di sotto di questa frequenza la Z in ingresso dell'oscilloscopio si puo' approssimare a Ri, mentre molto al di sopra si puo' approssimare alla reattanza di Ci.
Pertanto consideriamo solo le frequenze superiori e la formula per il calcolo della Zi dell'oscilloscopio diventa
Z= 1 / (1+jωCi) 
Non possiamo collegare quello che ci pare all'uscita del TAP40 ma solo strumenti che hanno una Zin=50OHm, in caso contrario le misure non si basano su una attenuazione di 40dB e non sono coerenti con con quanto ci si aspetterebbe.

73 a tutti, c'è la r4 da 50 ohm in parallelo alla presa per gli strumenti, se colleghi strumenti come l'oscilloscopio che ha un'impedenza elevata fai la misura su 50 ohm ( r4)  poi che l'attenuatore è 40 dB precisi o meno ci stá, anche il cavo dell'oscilloscopio attenua diverso in funzione della frequenza e se vuoi misure precise si fa' con tutto calibrato ma se lo scopo è vedere le armoniche e sapere quanto sono attenuate rispetto alla fondamentale direi che non serve a nulla sapere se tutto il set di misura attenua 40 o 45 dB, chiaro che se vuoi risalire alla potenza sul carico fittizio senza un wattmetro passante con il solo oscilloscopio hai ragione, và conteggiato tutto ma di solito si usa il wattmetro per i watt e l'oscilloscopio per vedere l'inviluppo della modulazione e l'analizzatore di spettro per armoniche ecc... con il frequenzimetro l'attenuatore serve solo per attenuare quanto basta da non guastare il prescaler, quanto attenua in realtà è secondario, l'importante è che non attenua troppo poco ma con 40 dB direi proprio che qualsiasi strumento colleghi non si guasta eccetto un bolometro ma chi ha un bolometro lo sà usare e non lo collega senza prima accertarsi che il livello di segnale è compatibile con lo strumento...

[Geremia]

73 a tutti, c'è la r4 da 50 ohm in parallelo alla presa per gli strumenti, se colleghi strumenti come l'oscilloscopio che ha un'impedenza elevata fai la misura su 50 ohm ( r4)  poi che l'attenuatore è 40 dB precisi o meno ci stá, anche il cavo dell'oscilloscopio attenua diverso in funzione della frequenza e se vuoi misure precise si fa' con tutto calibrato ma se lo scopo è vedere le armoniche e sapere quanto sono attenuate rispetto alla fondamentale direi che non serve a nulla sapere se tutto il set di misura attenua 40 o 45 dB, chiaro che se vuoi risalire alla potenza sul carico fittizio senza un wattmetro passante con il solo oscilloscopio hai ragione, và conteggiato tutto ma di solito si usa il wattmetro per i watt e l'oscilloscopio per vedere l'inviluppo della modulazione e l'analizzatore di spettro per armoniche ecc... con il frequenzimetro l'attenuatore serve solo per attenuare quanto basta da non guastare il prescaler, quanto attenua in realtà è secondario, l'importante è che non attenua troppo poco ma con 40 dB direi proprio che qualsiasi strumento colleghi non si guasta eccetto un bolometro ma chi ha un bolometro lo sà usare e non lo collega senza prima accertarsi che il livello di segnale è compatibile con lo strumento..

L'impedenza di ingresso di un oscilloscopio non e' elevata e varia al variare della frequenza (R1//C1). Una cosa e' il collegamento BNC to BNC, un'altra utilizzando una sonda x10 con la compensazione che introduce uno zero che, una volta compensata, annulla il polo presente alla porta di ingresso dell'oscilloscopio (R1//C1). A quel punto con la sonda si legge il valore di tensione nel punto di lettura senza perturbare il circuito. La compensazione si esegue con il calibratore dell'oscilloscopio che, essendo un'onda quadra, genera' una quantita' di armoniche elevata e quindi permette la regolazione della compensazione sulla frequenza di misura.
Nel caso limite dove l'impedenza dello strumento si possa considerare infinita (come se non fosse collegato) il TAP40 fornira' una lettura attenuata di 33/34dB.
Supponiamo di avere 100W (20dB) a cui corrisponde una tensione di 70.7V allora 70.7/2511=28.1mA per cui la tensione sui 51 OHm di shunt diventa 1.436V che corrisponde ad una potenza sui 51OHm di 40mW e cioe' -14dB. Pertanto il sistema TAP40 fornira' nel punto di lettura un segnale attenuato di 20+14=34dB.
Nel caso in cui si utilizzi un oscilloscopio collegato BNC to BNC questo perturbera' lo shunt  e la lettura non sara' attenuata di 40dB.
Se si utilizza un analizzatore di spettro o un voltmetro RF con ingresso 50OHm allora si avra' una immagine del segnale di ingresso esatta ma attenuata di 40dB. Poi, se importa solamente attenuare q.b. per non sfondare l'ingresso dello strumento che si utiliza per la misura allora va bene ma allora basterebbe utilizzare un link posto nelle immediate vicinanze del carico fittizio. Mi occorreva solo sottolineare che la lettura e' rappresentativa in tutto e per tutto del segnale di ingresso se e soltanto se lo strumento che viene utilizzato ha 50 OHm  di Z in ingresso. 

[r5000]

L'impedenza di ingresso di un oscilloscopio non e' elevata e varia al variare della frequenza (R1//C1). Una cosa e' il collegamento BNC to BNC, un'altra utilizzando una sonda x10 con la compensazione che introduce uno zero che, una volta compensata, annulla il polo presente alla porta di ingresso dell'oscilloscopio (R1//C1). A quel punto con la sonda si legge il valore di tensione nel punto di lettura senza perturbare il circuito. La compensazione si esegue con il calibratore dell'oscilloscopio che, essendo un'onda quadra, genera' una quantita' di armoniche elevata e quindi permette la regolazione della compensazione sulla frequenza di misura.
Nel caso limite dove l'impedenza dello strumento si possa considerare infinita (come se non fosse collegato) il TAP40 fornira' una lettura attenuata di 33/34dB.
Supponiamo di avere 100W (20dB) a cui corrisponde una tensione di 70.7V allora 70.7/2511=28.1mA per cui la tensione sui 51 OHm di shunt diventa 1.436V che corrisponde ad una potenza sui 51OHm di 40mW e cioe' -14dB. Pertanto il sistema TAP40 fornira' nel punto di lettura un segnale attenuato di 20+14=34dB.
Nel caso in cui si utilizzi un oscilloscopio collegato BNC to BNC questo perturbera' lo shunt  e la lettura non sara' attenuata di 40dB.
Se si utilizza un analizzatore di spettro o un voltmetro RF con ingresso 50OHm allora si avra' una immagine del segnale di ingresso esatta ma attenuata di 40dB. Poi, se importa solamente attenuare q.b. per non sfondare l'ingresso dello strumento che si utiliza per la misura allora va bene ma allora basterebbe utilizzare un link posto nelle immediate vicinanze del carico fittizio. Mi occorreva solo sottolineare che la lettura e' rappresentativa in tutto e per tutto del segnale di ingresso se e soltanto se lo strumento che viene utilizzato ha 50 OHm  di Z in ingresso.

73 a tutti, sì, se vuoi misurare la tensione rf con l'oscilloscopio và tenuto conto l'errore introdotto dall'impedenza diversa dell'oscilloscopio, se colleghi l'oscilloscopio direttamente al carico fittizio misuri quei 70 volt e calcoli la potenza senza avere bisogno  del wattmetro passante...

[Geremia]

Vorrei aggiungere una cosa giusto per chiudere il discorso sull'oscilloscopio.
Si e' detto che l'oscilloscopio ha una impedenza elevata di ingresso.
Questo e' vero se e soltanto se si usa la sonda connessa all'ingesso BNC.
Se invece si utilizza l'ingresso BNC con un cavetto con due coccodrilli, ad esempio, l'impedenza di ingresso e' bassa e minore di 1KOHm.
La spiegazione e' contenuta nella funzione di trasferimento che si ottiene utilizzando la sonda compensata.
Non voglio tediare nessuno con calcoli e quindi mi riferiro' solo allo schema elettrico seguente :

Il cerchio a destra e' il circuito di ingresso equivalente della porta BNC dell'oscilloscopio con in parallelo la capacita' Cc del cavo della sonda. So di commettere una approssimazione in quanto quando le frequenze sono in ambito RF occorrerebbe trattare il cavo come una linea di trasmissione con le relative formule, ma per semplicita' lo possiamo al momento pensare come una capacita' solamente.
Il circuito dove vogliamo eseguire la misura di Vg lo possiamo ricondurre, per il teorema di Thevenin, ad un generatore Vg con in serie una resistenza Rg.
Come abbiamo visto il polo limita la larghezza di banda (in un mio post precedente) e riduce l'impedenza di ingresso nonostante ci sia 1MOHm in parallelo all'ingresso.
Se usassi cosi' l'oscilloscopio la misura eseguita sarebbe non corretta in quanto andrei ad alterare mettendomi in parallelo al circuito equivalente nel punto sotto test.
Brutta cosa, ho acquistato un oscilloscopio con 300MHz di banda passante e non lo potrei utilizzare.
Questo e' vero, ma se inseriamo la sonda con il trimmer capacitivo di compensazione nel BNC dell'oscilloscopio, si ottiene la magia, a patto di avere compensato la sonda.
Cosa significa "compensare la sonda" ?. La sonda, al suo interno ha una resistenza Rs e una capacita' Cs in parallelo tra loro ma in serie al circuito.

Questi due componenti introducono uno "ZERO" che, se regolato, va a compensare il "POLO" dell'ingresso dell'oscilloscopio, ottenendo cosi' un ingresso che non e' piu' dipendente dalla frequenza e con un'impedenza data da Ri=1MOHm in serie a Rs e quindi quando faremo le misure non altereremo il circuito sotto test.
Ho parlato di "POLI e ZERI" perche' non potevo farne a meno. Chiunque abbia un minimo di conoscenza delle funzioni di trasferimento di sistemi lineari, li conosce bene. Ad esempio introducendo un POLO in un circuito si riduce la banda ottenendo una desensibilizzazione ai disturbi alle alte frequenze, tipico l'inserimento di un condensatore in parallelo. Viceversa introducendo uno ZERO (condensatore in serie che provoca un effetto derivativo) si aumenta la banda passante di un circuito rendendolo piu' reattivo , tipico in una regolazione con risposta accentuata alle variazioni dell'ingresso in un sistema di controllo.

[r5000]

Vorrei aggiungere una cosa giusto per chiudere il discorso sull'oscilloscopio.
Si e' detto che l'oscilloscopio ha una impedenza elevata di ingresso.
Questo e' vero se e soltanto se si usa la sonda connessa all'ingesso BNC.
Se invece si utilizza l'ingresso BNC con un cavetto con due coccodrilli, ad esempio, l'impedenza di ingresso e' bassa e minore di 1KOHm.
La spiegazione e' contenuta nella funzione di trasferimento che si ottiene utilizzando la sonda compensata.
Non voglio tediare nessuno con calcoli e quindi mi riferiro' solo allo schema elettrico seguente :

Il cerchio a destra e' il circuito di ingresso equivalente della porta BNC dell'oscilloscopio con in parallelo la capacita' Cc del cavo della sonda. So di commettere una approssimazione in quanto quando le frequenze sono in ambito RF occorrerebbe trattare il cavo come una linea di trasmissione con le relative formule, ma per semplicita' lo possiamo al momento pensare come una capacita' solamente.
Il circuito dove vogliamo eseguire la misura di Vg lo possiamo ricondurre, per il teorema di Thevenin, ad un generatore Vg con in serie una resistenza Rg.
Come abbiamo visto il polo limita la larghezza di banda (in un mio post precedente) e riduce l'impedenza di ingresso nonostante ci sia 1MOHm in parallelo all'ingresso.
Se usassi cosi' l'oscilloscopio la misura eseguita sarebbe non corretta in quanto andrei ad alterare mettendomi in parallelo al circuito equivalente nel punto sotto test.
Brutta cosa, ho acquistato un oscilloscopio con 300MHz di banda passante e non lo potrei utilizzare.
Questo e' vero, ma se inseriamo la sonda con il trimmer capacitivo di compensazione nel BNC dell'oscilloscopio, si ottiene la magia, a patto di avere compensato la sonda.
Cosa significa "compensare la sonda" ?. La sonda, al suo interno ha una resistenza Rs e una capacita' Cs in parallelo tra loro ma in serie al circuito.

Questi due componenti introducono uno "ZERO" che, se regolato, va a compensare il "POLO" dell'ingresso dell'oscilloscopio, ottenendo cosi' un ingresso che non e' piu' dipendente dalla frequenza e con un'impedenza data da Ri=1MOHm in serie a Rs e quindi quando faremo le misure non altereremo il circuito sotto test.
Ho parlato di "POLI e ZERI" perche' non potevo farne a meno. Chiunque abbia un minimo di conoscenza delle funzioni di trasferimento di sistemi lineari, li conosce bene. Ad esempio introducendo un POLO in un circuito si riduce la banda ottenendo una desensibilizzazione ai disturbi alle alte frequenze, tipico l'inserimento di un condensatore in parallelo. Viceversa introducendo uno ZERO (condensatore in serie che provoca un effetto derivativo) si aumenta la banda passante di un circuito rendendolo piu' reattivo , tipico in una regolazione con risposta accentuata alle variazioni dell'ingresso in un sistema di controllo.

73 a tutti, sì , con i 50 ohm di carico bisogna sempre usare la sonda propio per avere l'alta impedenza, quando la misura poi è da eseguire su circuiti ad alta impedenza è meglio usare la sonda attenuata 10:1 e anche se c'è un errore di misura è contenuto, ad  esempio se misuro l'uscita di un vco  sulla resistenza di emettitore di un transistor da 470 ohm con  la sonda 10:1 la misura corrisponde al voltmetro rf mentre con la sonda diretta ho una tensione inferiore e "carico" troppo il vfo, non si tratta mai di misure precise assolute ma relative dove si regola il massimo durante la taratura, che poi sarà  precisa quando misuriamo con l'oscilloscopio o il wattmetro direttamente sul carico fittizio dove l'impedenza elevata  dell'oscilloscopio (con la sonda...) introduce un errore  minimo, con la sonda 10:1 siamo allo stesso livello del wattmetro...

[nik77]

Salve a Angelo autore del topic , Geremia e r5000 ,grazie moltissimo per le vostre preziose info ,ma a me serviva il tap 40 per vedere la modulazione che poi avevo aggiunto un'altra porta di uscita come demodulatore ,usando solo 2 1n34a un paio di condensatori e una resistenza ,mi serve giusto per vedere l'onda che non distorce ,73s to all nik.