Come costruire un misuratore di campo RF

Un misuratore di intensità di campo in radiofrequenza – spesso chiamato, semplicemente, misuratore di campo RF – è senza dubbio uno dei circuiti elettronici più facili da costruire per lo scienziato dilettante. Può anche essere usato come elemento di base per altre forme più versatili di strumentazione. Puoi ad es. aggiungere un amplificatore per aumentare la sensibilità; o includere un circuito di sintonia e rilevare i segnali in una particolare banda; o convertirlo in un misuratore di potenza (wattmetro) RF e usarlo come carico fittizio per controllare il funzionamento di un impianto trasmittente.

Il misuratore di intensità di campo è usato per controllare i trasmettitori, per sperimentare vari tipi di antenne e per testare gli oscillatori RF. Ha solitamente poche parti componenti e non richiede schede per il collegamento al computer. Basta saldare insieme i componenti su una piastra millefori e alloggiarla in una scatola di plastica con un’antenna di un walkie-talkie giocattolo, oppure partire da moduli già pronti (vedi ad es. qui). Un misuratore di campo non è progettato per effettuare misurazioni precise, e talvolta non ha bisogno di alimentazione.

Per sua natura, un misuratore di campo ha una scarsa selettività: senza ulteriore filtraggio, infatti, risponderà a qualsiasi sorgente vicina. Se c’è un altro trasmettitore nelle vicinanze che opera sulla stessa banda, potrebbe essere impossibile fornire un filtro adeguato per rifiutare il trasmettitore “indesiderato”. La sensibilità dipende dal design: i misuratori di intensità di campo più semplici sono in grado di rilevare un trasmettitore solo quando è estremamente vicino (entro circa 3 metri).

Un misuratore di intensità di campo economico in vendita su Amazon.

Inoltre, un misuratore di intensità di campo è capace di un’ampia gamma dinamica, a seconda della progettazione e dell’implementazione. Il suo utilizzo è piuttosto intuitivo: maggiore è il valore mostrato dal display, più vicino sei al trasmettitore. Se stai costruendo un misuratore di intensità di campo, puoi anche dotarlo di un misuratore analogico, per creare uno strumento stand-alone. Un controllo di sensibilità è spesso incluso, e diventa necessario a distanza ravvicinata dalla sorgente RF.

Un misuratore di campo RF assai semplice

Il più semplice misuratore dell’intensità di un campo RF è come un radio a cristallo e non ha bisogno di energia esterna per l’alimentazione. Ma, a differenza di una radio di cristallo, non ha un circuito di sintonia. Il circuito, infatti, funziona convertendo qualsiasi segnale RF che arriva sull’antenna a una tensione continua, generando una corrente misurata da un micramperometro. La scala di quest’ultimo non è comunque, importante in quanto le misure sono comparative, non assolute.

Un tipico misuratore di intensità di campo di questo tipo è mostrato nella figura qui sotto. Si tratta di un semplice circuito passivo (non alimentato) in cui l’energia della radiofrequenza viene intercettata dall’antenna, rettificata in corrente continua, e quindi utilizzata per guidare direttamente il misuratore. Non preoccuparti troppo dei valori dei componenti. Anche una variazione del 50 percento del valore avrà un piccolo effetto sul funzionamento dello strumento.

Schema del semplice misuratore di intensità di campo RF illustrato nel testo.

La massima sensibilità di questo circuito si basa principalmente su diversi fattori:

  • Il guadagno dell’antenna: quanta parte del segnale viene effettivamente intercettata.
  • La sensibilità del movimento del misuratore in uso.
  • La natura dei diodi utilizzati.

Per l’uso portatile, l’antenna è di solito una semplice frusta, ma potrebbe anche essere una matrice direzionale. Quando si utilizza questo circuito, si avvia a distanza con la sensibilità impostata al massimo (R2 impostata sulla resistenza minima) e man mano che ci si avvicina si inizia a ridurre la sensibilità secondo necessità. Come è evidente, questo strumento non può rilevare i segnali più deboli perché potrebbe non esserci semplicemente un segnale sufficiente per guidare il misuratore.

Non solo: un rilevatore diodi semplice e imparziale ha un limite inferiore di rilevamento molto preciso che, nella praticità, limita la sua capacità di rilevare persino un trasmettitore a bassa potenza (in pratica, sotto 1 watt) a circa 10 metri al massimo. Un altro svantaggio non così ovvio è che l’intervallo dinamico utile di questo strumento è, al massimo, di solo 20 dB o giù di lì, con la maggior parte di questa gamma che è “schiacciata” nella metà inferiore della scala del contatore.

Un misuratore di intensità di campo RF abbastanza simile che è in vendita su eBay. Alcuni moduli già pronti di misuratori di potenza RF si possono trovare anche qui.

Ciò significa che è necessario regolare costantemente il controllo della sensibilità per mantenere i valori del contatore entro l’intervallo che è in grado di mostrare. In termini pratici, questo è un problema in quanto si possono sperimentare “picchi e valli” della potenza del segnale in prossimità del trasmettitore ben oltre i 10 dB. Inoltre, con un potenziometro regolabile può essere difficile dire, tra le varie regolazioni del controllo della sensibilità, se ci si sta avvicinando o allontanando dal trasmettitore, in quanto il punto di “riferimento” può essere perso quando si gira il controllo della sensibilità.

Posiziona l’antenna del misuratore di campo vicino a un trasmettitore (come ad es. una microspia auto-costruita o un VHF portatile o un walkie talkie). Il circuito è abbastanza sensibile per rilevare il campo RF, a condizione di tenerlo abbastanza vicino all’antenna trasmittente. Il tuo misuratore dovrebbe indicare la presenza di un segnale RF. Se non funziona, controlla il cablaggio del circuito e assicurati di aver montato i componenti nel verso giusto. Magari scoprirai che funziona ma a sensibilità ridotta.

Possiamo migliorare il circuito, renderlo più sensibile e quanto funzionerebbe ancora? Funzionerebbe per frequenze molto più elevate come 2,4 GHz, per controllare i campi RF prodotti dai router Wi-Fi e dai telefoni cellulari? Scoprirai che, amplificando il segnale DC (ad es. con un operazionale) dopo il rilevamento RF, puoi avere uno strumento molto semplice in grado di rilevare l’attività del tuo router Wi-Fi, del tuo cellulare e di qualsiasi trasmettitore RF attraverso un’ampia gamma di frequenze.

Frequenze e lunghezze d’onda delle varie bande radio.

Un altro punto critico, per reagire al tuo router Wi-Fi e alle attività di trasmissione dei telefoni cellulari, è l’antenna. Dovrebbe essere lunga ¼ di lunghezza d’onda della gamma di frequenze che si desidera misurare: ad es. circa 3 cm di lunghezza (1/4 di lunghezza d’onda) per misurare il Wi-Fi a 2,4 GHz. In questo modo, anche un semplice misuratore di campo RF può dimostrare di essere molto più efficace del previsto, e puoi anche usarlo per controllare le perdite del tuo forno a microonde.

Un misuratore per le bande radio amatoriali

Oggi vi sono pochi incentivi a costruire un proprio misuratore di intensità di campo dato che gli strumenti commerciali sono facilmente disponibili e relativamente economici. Ad esempio, è possibile acquistare un misuratore con una larghezza di banda da 100 kHz a 500 MHz per solo una trentina di euro. Strumenti più sofisticati e calibrati sono disponibili per cifre maggiori, l’unità di base è poco costosa.

Tuttavia, se vuoi divertirti con il fai-da-te e imparare un po’ della teoria che c’è dietro un misuratore di intensità di campo e vedere più “dal di dentro” come funziona, ecco un semplice misuratore di intensità di campo, che ti darà un’indicazione della intensità relativa del campo su entrambe le bande radio amatoriali delle onde corte da 6 o 10 metri o sulla banda cittadina (CB) da 11 metri.

Schema del misuratore di campo per le bande radio amatoriali.

Questo piccolo strumento non è altro che un minuscolo ricevitore che pilota un misuratore invece che delle cuffie, come invece avviene in una radio. Lo strumento consente di leggere la potenza relativa del segnale in vari punti vicino all’antenna trasmittente. Le parti componenti dovrebbero costare meno di 10 euro e il tempo di costruzione totale non dovrebbe superare alcune ore.

Quando la radiofrequenza viene captata dall’antenna, è sintonizzata dalla bobina L1 e dal condensatore variabile C1. Il diodo D1, collegato a un anello a bassa impedenza su L1, rettifica la RF che appare nel circuito sintonizzato L1-C1. Il segnale raddrizzato viene filtrato dal condensatore C2 e fornito alla base del transistor Q1, dove viene amplificato e inviato al microamperometro M1, che misura l’ampiezza del segnale rettificato, che è proporzionale al valore dell’intensità di campo RF.

L’unità deve essere alloggiata in una scatola metallica. Le scatole di plastica non schermate non sono adatte poiché il pick-up induttivo dalla bobina darà una lettura errata del contatore. Montate la parte RF (cioè i condensatori C1 e C2, la bobina L1, il jack e il diodo D1) nella metà superiore della scatola. Isolate la presa J1 dell’antenna dalla scatola con una rondella in fibra. La porzione RF è corta e utilizzate un dissipatore di calore quando si saldano il diodo D1 e il transistor Q1.

È possibile realizzare una versione a una oppure a tre bande di questo misuratore: l’unica differenza è nella scelta del condensatore di sintonizzazione C1. Per un modello a tre bande (le bande da 6 e 10 metri e la banda cittadina, o CB), occorre utilizzare un condensatore da 75 μF per C1. Se invece vuoi solo un misuratore di intensità di campo per la banda da 6 metri, usa un condensatore da 25 μF per C1.

Dove si collocano le onde corte e la banda cittadina (CB) nello spettro delle radiofrequenze.

La bobina L1 è composta da sei spire di filo smaltato n°18, del diametro di 13 mm. Saldate L1 direttamente attraverso i terminali del condensatore C1 e saldate il conduttore negativo del diodo D1 a un anello posto a un giro e mezzo dall’estremità collegata a terra di L1. Assicuratevi di raschiare lo smalto di L1 nella zona dell’anello prima di saldare D1 in posizione. Anche tutti gli altri componenti, tranne il misuratore M1, sono saldati nella loro posizione con i loro cavetti di collegamento.

Montate il microamperometro nella metà inferiore della scatola. Per uno strumento più sensibile, usa uno strumento da 500 o 100 μA. Con un misuratore così sensibile nel circuito, è possibile azionare il misuratore di intensità di campo con un’antenna più corta e misurare forza in radio frequenza del campo ad una maggiore distanza dal trasmettitore. Staccate l’antenna quando il misuratore non è in uso.

Crea un’antenna a frusta corta saldando una sbarra collettrice da 3 o 6 cm a uno spinotto a banana. Il jack J1 è un jack a banana e consente di scollegare l’antenna quando l’apparecchio non è in uso. Assicuratevi di isolare il jack dell’antenna J1 dal telaio. I valori esatti del condensatore C1 e del microamperometro M1 dipenderanno dalla gamma e dalla sensibilità desiderate dell’unità.

Un tipico apparato da radioamatore operante sulla Banda Cittadina (CB). Con il nostro misuratore, potete confrontare il campo RF prodotto da ricetrasmettitori CB diversi.

È possibile utilizzare il misuratore di intensità di campo per verificare il tipo di radiazione attorno all’antenna o per vedere se il trasmettitore è schermato in modo errato e irradia radiofrequenza. Prima di poter effettuare questi controlli, tuttavia, il misuratore deve essere sintonizzato sul trasmettitore. A tale scopo, inserisci l’antenna a frusta nel jack e posizionala vicino al trasmettitore. Quindi installa un’antenna temporanea a filo corto al trasmettitore e sintonizza il trasmettitore.

Accendi il misuratore di campo e regola il condensatore C1 sulla frequenza del trasmettitore. Il misuratore mostrerà un forte aumento dalla tacca di zero alla frequenza del trasmettitore. Regola C1 per una lettura massima. Se il misuratore si spegne, spostalo più lontano dall’antenna trasmittente. A questo punto, noterai che il massimo dipende dalla polarizzazione dell’antenna del misuratore con l’antenna trasmittente: il massimo si ha quando le due antenne sono parallele l’una all’altra.

Il campo RF che si rileva dovrebbe corrispondere al tipo di antenna che hai. Se la tua antenna è direzionale, il campo RF sarà più forte in una posizione che in un’altra; ciò è vero per le antenne orizzontali. Le antenne verticali, d’altra parte, dovrebbero mostrare un campo perfettamente uniforme in una scansione a 360°. Le antenne con riflettori dovrebbero essere più efficaci dal lato lontano dal riflettore.

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