Un medidor de intencidad de campo nos sirve para ver la irradiacion de nuestras antenas, con este instrumento y careciendo de un medidor de ROE, podremos ajustar la antena a maxima irradiacion.
El instrumento deberia estar puesto a unas 3 longitudes de onda como minimo, unos 4 metros de la antena, para que la calibracion sea exacta.
Medidor de campo para 2,4 GHz
(seattlerobotics.org)
El ajuste-cap, C1 es mucho más fácil montar directamente en la antena de cuadro, que es donde pertenece - perdí más tiempo de lo que debería intrigante sobre la forma de "esconder" en el recinto antes de aplicar el Apocalipsis 13:1 "Al al infierno con él! " Mantenga el cable RF lo más corto posible para el diodo. El valor de C2 es esencial sólo en el sentido de que un valor demasiado elevado retrasa el tiempo de respuesta de la unidad.
El medidor es de 1mA movimiento FSD. Para el resto del circuito hay que probar, experimentar.
Pulse en la imagen para ampliar
El diodo D1, puede ser utilisado cualquier diodo de germanio.
Si tiene que comprar un instrumento, buscaremos uno que la lectura sea lo mas rapida posible <1ms y un factor de trabajo de 100:1
En cuanto al rendimiento, la unidad tendrá que ser bastante cerca de la antena TRF - He descubierto que poner la cara hacia abajo la unidad con la antena FSM alrededor de 1 "o 2" por encima de la TRF dio un blip útil sobre el «alcance (alrededor de 100 mV) . Supongo que más ganancia en el amplificador, la lectura del instrumento mejoraría la distancia de amplitud.
Tenga en cuenta, la Q del circuito sintonizado simple es bastante bajo, por lo que abarca cualquier discrepancia entre la frecuencia de estas fuentes de señal.
Una palabra acerca de la polarización, la antena TRF es polarizada horizontalmente. La antena de los Estados, son de polarización vertical.
Esto significa que usted encontrará que el TRF están en ángulos rectos unos con otros para la fuerza máxima de campo. Un feliz accidente, ya que se adapta a mi topología prototipo perfectamente!
Note en la imagen de la derecha, una pequeña placa de circuito impreso abajo de la antena, en esta placa montaremos C1, C2 y D1; esto es para que su coneccion con la antena este lo mas cerca posible.
El resto de los circuitos, amplificador, estaran aparte en una placa de circuito impreso que he puesto vertical.
Todo el sistema esta alimentado por una bateria de 9 voltios para su comodidad.
Podemos hacer una prueba enchufando el microondas con un recipiente de agua dentro, no conectar nunca el micro-ondas vacio, y hacercar el instrumento a este para ver la iradiacion.
Recuerde que una antena Wi-Fi y un micro-ondas trabajan a la misma frecuencia.
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Este sencillo medidor de campo fue diseñado por el radioaficionado australiano John Samin VK1EME y publicado en www.mrx.com.au en el apartado de antenas para WiFi (o Wireless). Es un sencillo medidor de campo pensado para la banda de 2,4 GHz (lo cual ya está casi en el ámbito de las microondas), cuyo uso principal es la comprobación de los pequeños dispositivos que emiten en la banda de 2,4 GHz, como son los dispositivos de interconexión inalámbrica WiFi y Bluetooth, y también podría servir para comprobar la radiación que se escape hacia el exterior de los hornos microondas (que operan también en los 2,4 GHz), y como no, también para el trabajo en la banda de radioaficionados de 2,4 GHz (que por cierto, se solapa en parte con la banda de frecuencias asignada para WiFi).
Básicamente es un medidor de campo sintonizado, que emplea como elemento de sintonía la propia antena, que es de tipo "quad" de dos elementos, antena que además proporciona directividad (no es omnidireccional). Como diodo detector el autor empleó un diodo para microondas de la marca Microtek, aunque indica que pueden servir otros diodos para microondas de cualquier otra marca (diodos detectores de punto de contacto, con capacidades detectoras hasta los 12 GHz, como son los tipos 1N21B, 1N21D, 1N23ER, 1N416B, 1N416E, ...).
La antena es del tipo QUAD de 2 elementos, formando un diamante, lo que permite tener una buena respuesta tanto en polaridad horizontal como vertical. Para construir la antena el autor empleó un conector BNC acodado, aunque se puede emplear cualquier otro conector que funcione bien en estas frecuencias, y lo importante es dotar al conjunto de rigidez, y a su vez hay que acortar al máximo el cableado para reducir al mínimo las pérdidas de señal. Piénsese que este medidor ha de operar en frecuencias de casi microondas (en la parte alta de la UHF), y cualquier longitud de más en el cableado del circuito representa importantes valores de autoinducción en estas frecuencias, que pueden originar pérdidas importantes y desintonizaciones del circuito. Aparte del conector BNC, también se necesitará algún tipo de conector que nos permita conectar el conector BNC a un voltímetro.
También al operar a frecuencias tan elevadas, hay que procurar realizar los elementos de la antena lo más próximo a las medidas que se indican, a fin de conseguir un funcionamiento óptimo. Ello asegurará que la antena absorberá la máxima energía en la frecuencia de 2,4 GHz. La longitud de onda a las frecuencias de 2,4 GHz es de sólo 12,5 cm , y una variación de sólo muy pocos milímetros en alguna de las medidas indicadas puede representar una importante desintonización de la antena (son los inconvenientes de la operación en frecuencias muy altas, en las que se ha de trabajar "más fino" para obtener buenos resultados).
Como se ve en el esquema, el elemento excitado (el que recoge la señal de RF, "driven" en el esquema) tiene 28 mm de lado, mientras que el elemento reflector tiene 30 mm de lado. La separación entre los dos elementos de la antena debe ser de 10 mm (con los planos de ambos elementos paralelos entre sí).
La antena muestra una cierta ganancia y direccionalidad, por lo que para efectuar las medidas de señales de 2,4 GHz, hay que apuntar la antena, orientando el elemento excitado (o "driven") hacia la fuente de radiación.
Se puede conectar el medidor directamente a un microamperímetro analógico (de aguja), pero se obtienen medidas claramente superiores si se conecta a un voltímetro electrónico. En las pruebas realizadas por el autor, la posición que mejores resultados le ha dado ha sido en la escala de milivoltios del voltímetro electrónico. Otra pieza que empleó en la construcción de la antena es el separador cilíndrico de plástico de color amarillo que se puede ver en las imágenes. Su longitud es de 10 mm, y su única función es la de mantener la estructura recta, manteniendo separados los dos elementos de la antena. Para que quede todo bien montado se puso un poco de silicona para unir el plástico con la antena.
A continuación podemos ver detalles del medidor, su antena, y su conexión a un voltímetro digital (fotografías originales del autor, John Samin VK1EME). El medidor funciona verdaderamente bien. Para las pruebas podemos apuntar con ella al Sol y veremos que tenemos alguna lectura (el Sol radía en un amplísimo rango del espectro electromagnético). Apuntando la antena directamente a un horno microondas en funcionamiento, podemos llegar a obtener una lectura que exceda la escala de milivoltios. Para ajustarla correctamente hay que ajustar el condensador variable empleando un destornillador de plástico, con el fin de obtener la máxima lectura apuntando a una fuente de RF emitiendo en 2,4 Ghz, como puede ser por ejemplo una de nuestras tarjetas LAN Wireless de nuestro ordenador (si dispone de conexión WiFi) o a un punto de acceso de una red WiFi.
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Observe algunos detalles construcitivos del medidor. Por un lado el uso de alambres de cobre rígido (de 1,5 ó 2 mm de sección), necesario para dar rigidez al conjunto. El elemento reflector ha de estar completamente aislado eléctricamente del resto del circuito, aunque mantenido rígidamente al conjunto mediante silicona al conector BNC y el separador cilíndrico plástico amarillo para mantenerlo separado del elemento excitado. El diodo empleado por el autor es la pieza cilíndrica con un extremo blanco y el otro extremo metálico. El trimmer de ajuste está soldado entre los dos extremos del cuadro director (al cual se ha dejado un rabillo de la longitud adecuada para conectarlo al terminal central del conector BNC), es de tipo cerámico, con un valor de 5 a 15 pF. No se recomienda para estas frecuencias el uso de trimmers de plástico.
Modificando adecuadamente el tamaño de la antena (tamaño de los cuadros y separación entre ellos) proporcionalmente a la longitud de onda, se puede realizar este medidor de campo para la banda de 1800 MHz (longitud de onda: 16,6 cm), donde puede ensayar con él con teléfonos móviles de tercera generación (3G, UMTS), dispositivos DECT (Tecnología de enlace inalámbrico digital para telefonía doméstica y privada), ya que operan en esta banda de frecuencias. Basta aumentar los tamaños de la antena en 1,33 veces (= 16,6/12,5).
Este medidor de campo fue proyectado en 2009 por Dick Cappels y publicado en su conocido sitio web de proyectos de electrónica http://www.projects.cappels.org.
Similarmente al medidor de campo Sniffer NJQRP visto anteriormente, se trata de un medidor de campo de alta sensibilidad que emplea una etapa detectora especial, en este caso constituida por dos diodos de tipo Schottky compensados en temperatura y ligeramente polarizados en continua, y el medidor de campo, que no es sintonizado, empleando los diodos Schottky indicados, puede operar desde frecuencias bastante bajas (unos cuantos KHz) a frecuencias casi ya del orden de las microondas, pudiendo indicar la presencia de señales en la banda de 2,4 GHz.
El medidor consta del detector a diodos Schottky polarizados, un amplificador de corriente continua (DC), un circuito generador de tensiones de referencia, y un microamperímetro de aguja como indicador. La siguiente imagen muestra el esquema de todo el conjunto:
El medidor de campo consta de un detector a diodos Schottky polarizados y compensados en un amplio rengo de temperaturas y con un ajuste de offset (ajuste del cero del medidor), seguido por un buffer (U1A), un amplificador de corriente continua (U1B), el cual comanda el controlador del microamperímetro indicador (U1C). El circuito de alimentación (U1D) proporciona dos tensiones estables de +1,25 y -1,25 volt a partir de una pila de 3 voltios, empleadas como tensiones de referencia, y una masa de referencia flotante que está a una tensión mitad de la tensión de la pila.
El circuito detector (recuadrado con líneas de puntos en el esquema anterior) está realizado en una placa impresa aparte de fibra de vidrio y bien realizada para operar en altas frecuencias, y realizado con componentes SMD. El resto del circuito puede realizarse en una placa impresa para pruebas, no siendo algo crítico. Al conjunto se puede añadir un conector RCA de audio para la conexión de la antena del medidor, y un jack estéreo para la conexión de la salida del amplificador del detector (U1B) a un voltímetro digital externo, osciloscopio o cualquier otro aparato de medidas, y también permite la aplicación de una tensión de offset desde el dispositivo medidor externo.
El equipo funciona con dos pilas AA. Con pilas convencionales de zinc-carbón de 1,5 voltios, sólo consume unos 3 mA, incluyendo el led que indica la alimentación conectada. El uso de una fuente de alimentación externa no es necesaria.
Detector a diodos schottky
La etapa detectora con diodos schottky está realizada en una placa impresa de fibra de vidrio (no usar placas de bakelita, no son óptimas para altas frecuencias), y toma la señal del conector de antena mediante una corta conexión. El hecho de emplear una placa impresa aparte para el detector, separada del resto del circuito, es para mantener la etapa detectora lo más próxima al conector de antena, teniendo en cuenta el espacio disponible en el interior de la caja que alberga toda la circuitería empleada en el diseño original de Dick Cappels, limitado por la presencia del otro conector y los mandos en el panel frontal de la caja usada. La placa con el resto del circuito del medidor (amplificadores de corriente continua, etc..) se puede acomodar en cualquier otra ubicación en el interior de la caja sin más problemas.
Dado que para que la antena empleada tenga una mayor eficiencia al operar en bandas de frecuencias muy altas (a partir del GHz), en la placa impresa del detector se han dejado dos grandes áreas de cobre con función de contraantena o plano de tierra.
La circuitería del detector está realizada con componentes de inserción superficial (SMD), lo que permite realizar un circuito de pequeño tamaño, minimizando así las reactancias y capacitancias parásitas (lo que favorece el funcionamiento en muy altas frecuencias), a la vez que favorece un buen acoplamiento térmico de ambos diodos schottky al circuito impreso. Es importante que ambos diodos se mantengan a la misma temperatura para mantener las variaciones en el funcionamiento del detector por causas térmicas lo más pequeñas posibles (las caídas de tensión directas en los diodos schottky se ven afectadas por la temperatura).
El siguiente esquema muestra la etapa detectora y otros componentes asociados (que no son de la misma placa de circuito impreso), para comprender mejor el funcionamiento del detector.
El diodo schottky detector de RF es D1. D2 es otro diodo schottky del mismo tipo, cuya función es la de proporcionar una caída de tensión a través suyo similar a la que proporciona D1. R3 y R4 proporcionan una corriente de polarización de 650 nA a los diodos. La mitad de esta corriente pasa por el diodo D1 y las resistencias de polarización R5 y R6, mientras que la otra mitad de la corriente pasa a través de D2 y R2. Por tanto, por cada diodo pasa unos 330 nA, y ello se hace para mejorar la sensibilidad y la linealidad frente a señales débiles.
Los diodos schottky empleados D1, D2 son del tipo BAS70-4, aptos para muy altas frecuencias. En realidad, cada uno de ellos son dos diodos bajo un mismo encapsulado con tres terminales (uno de ellos común a ambos diodos) para montaje superficial (encapsulado SOT23 para montajes SMD), pero sólo se ha empleado un diodo de cada encapsulado. Similares, aunque con asignación de patillas algo distintas, son el BAS70-05 y el BAS70-06. Alternativamente se podría emplear el BAS70, que, empleando el mismo encapsulado, contiene un único diodo.
El uso de la resistencia R2 de 1 K en el cátodo del diodo D2, junto con la corriente que suministran los potenciómetros de ajuste R17 y R18 y las resistencias asociadas R7 y R8, permiten un ajuste de la tensión de polarización del diodo D2 en más/menos 10 milivoltios. En el montaje original del autor, la descompensación de tensiones de cátodo entre un diodo y el otro fue del orden de 1,5 mV sin emplear compensaciones de tensión, por lo que la presencia de los potenciómetros de ajuste R17 y R18 permiten ajustar fácilmente esta descompensación y así conseguir que la caída de tensión en ambos diodos sea idéntica.
R4 de 2 Megohmios está ubicada en la placa de amplificación de corriente continua. El propósito de R3 y C3 (en la placa detectora) es la de atenuar los ruidos que puedan ser captados por el cableado entre una placa y otra.
En paralelo con D2 se ha dispuesto un condensador C5 de 680 pF, para evitar el siguiente efecto observado en el medidor original del autor: Sin una antena externa conectada, con una señal fuerte que llegue al medidor por el lado derecho del medidor, lado donde está montado D1, el indicador del medidor mostrará un aumento, pero si la señal llega por el lado izquierdo del medidor, donde está montado D2, la aguja del indicador intentará dar medidas negativas. C5 cortocircuita las corrientes de RF, evitando que D2 pueda funcionar como detector. Esto es así ya que el autor empleó en su prototipo una caja de plástico para alojar el circuito del medidor de campo, al no disponer entonces de una caja metálica (más recomendable y que evitan este problema).
La salida corregida del detector (con el offset ajustado), se lleva a la entrada del amplificador variable de tensión continua.
Dick Cappels realizó el resto del circuito del medidor de campo en un trozo de placa impresa de bakelita para proyectos, de esas que constan de agujeros rodeados por un aro de cobre para soldadura. En la placa también se fija el portapilas para dos pilas de tamaño AA. Mediante un conector de 5 pines para placa impresa se realiza la conexión de esta placa a la placa detectora mediante un cable de 4 hilos, mientras que mediante el uso de otro conector para circuito impreso de 2x7 terminales, se realizan las conexiones al indicador, al conector auxiliar y a los mandos del panel frontal de la caja del medidor, mediante un cable de 12 hilos.
La siguiente figura muestra el esquema simplificado del amplificador de continua y del controlador del microamperímetro. No se muestran las resistencias R4, R5 y R6 que se emplean para polarizar los diodos de la etapa detectora, a pesar de estar montadas en la misma placa.
Para realizar el resto de las circuito del medidor de campo, se emplea un cuádruple amplificador operacional de Texas Instruments, el tipo TLC274C. Fue elegido este tipo por su capacidad de poder trabajar a bajas tensiones de alimentación, tiene un buen rango de tensión de salida, y presenta un offset y derivas térmicas muy bajas. Aunque hay otros amplificadores operaciones con características similares, éste parece ser el mejor para su uso aquí, por lo que no se recomienda utilizar otros amplificadores operacionales cuádruples en su lugar.
La señal procedente del detector de RF, que es una señal de corriente continua (DC), es aplicada a la entrada no invertida del circuito de buffer y seguidor de tensión constituido por U1A. R9 se introduce para compensar derivas de la tensión de polarización de la entrada de U1A, y su elevado valor se corresponde adecuadamente al alto valor de la resistencia de entrada que ve la entrada no invertida de U1A en el circuito conectado a ella. C6, en paralelo con R9, se introduce para evitar excesivas pérdidas en la realimentación a través de R9 debidas a la capacidad parásita de la entrada no invertida de U1A, y es un condensador de polipropileno de bajas pérdidas.
La segunda etapa es una etapa amplificadora DC de ganancia ajustable, constituida en torno a U1B. Utilizando los componentes con los valores indicados, la ganancia en tensión de esta etapa va de 1x a 148x, ajustándose la ganancia mediante el potenciómetro R12 de 100 K.
La salida de esta etapa es aplicada al controlador del microamperímetro U1C y al jack de estéreo J3 (no mostrado en el esquema parcial anterior). Cuando el indicador está ajustado adecuadamente a cero en ausencia de señales de RF en la etapa detectora, la tensión en este punto es negativa respecto a masa.
El controlador del microamperímetro U1C tiene dos funciones: Por un lado limitar la corriente máxima que pasará por el microamperímetro M1, y por otro lado, conecta el microamperímetro en el lazo de realimentación de U1C en lugar de conectarlo a masa, asegurando así que la corriente que circule por el microamperímetro M1 fluye desde los terminales de la pila a través de las etapas amplificadoras y no hacia la masa generada artificialmente. Al hacer circular la corriente del microamperímetro sin el concurso de la masa minimiza accidentales realimentaciones a través de las masas, que pueden provocar autooscilaciones.
Los diodos en el circuito del microamperímetro separan las señales positivas y negativas obtenidas en la salida de U1C. Con señal de RF en la entrada del detector, la salida de U1C se hace positiva (respecto a la masa flotante), y D3 conduce, haciendo mover la aguja del microamperímetro M1. La máxima corriente de salida de U1C está limitada por la máxima tensión de salida que puede proporcionar U1C menos la caída de tensión directa de D3, dividido por la resistencia total serie de M1 y R14.
Cuando la salida de U1C es negativa, lo cual puede ocurrir fácilmente cuando se realiza el ajuste del offset o puesta a cero del medidor, la corriente de realimentación de U1C pasa mayormente a través del diodo D4, y la corriente inversa que circula por el microamperímetro M1 estará limitada por la caída de tensión directa de D4 dividida entre la resistencia serie de M1 y R15. Siempre es bueno que el microamperímetro pueda indicar corrientes por debajo de cero (corrientes de polaridad inversa), para así permitir ajustar fácilmente el offset (cero) del aparato.
La imagen de la izquierda muestra una alternativa para el uso de la primera etapa amplificadora de DC, U1A. En lugar de emplearla como etapa buffer de ganancia unidad, se emplea aquí como etapa amplificadora con ganancia. Tiene una ganancia en tensión de aproximadamente 100, la cual probablemente es demasiada sensibilidad para muchas aplicaciones. Para una ganancia de 10, cambie la resistencia de 100 K por una de 10 K. Una llave interruptora permite conmutar la ganancia de esta etapa, entre la ganancia unidad (interruptor abierto) y la ganancia x100 (interruptor cerrado).
Todo el circuito está alimentado por dos pilas de tamaño AA, proporcionando unos 3 voltios de tensión de alimentación para que el circuito funcione. No obstante, puede funcionar con pilas ya gastadas, que proporcionen sólo 2,5 voltios. Un diseño más robusto del aparato puede emplear tres pilas para alimentarlo a 4,5 voltios, y aunque este circuito funcionaría sin problemas a esta tensión de alimentación, es conveniente en este caso aumentar el valor de las resistencias R20 y R23 para reducir el consumo de corriente.
El diodo de referencia D6, tipo LM335Z (un diodo zéner de 2,5 voltios), está polarizado con resistencias iguales conectadas a los terminales positivo y negativo de la alimentación proporcionada por las pilas. Ello genera una tensión de referencia flotante de 2,5 Voltios entre terminales de D6. Una tensión mitad de esta tensión de referencia flotante de 2,5 V es obtenida en el punto intermedio del divisor de tensión constituido por R21 y R22. U1D es un buffer seguidor de tensión cuya salida se emplea en el circuito del medidor como masa de referencia (flotante), que está a un valor exactamente la mitad de la tensión de alimentación suministrada por las pilas. Respecto a esta masa flotante, los dos terminales del diodo D6 (cátodo y ánodo) están a tensiones de -1,25 y +1,25 Volts, y estas tensiones se emplean para proporcionar las polarizaciones de distintos elementos del circuito.
La tensión proporcionada por las pilas alimenta directamente el amplificador operacional cuádruple U1. Un diodo de bajo consumo indica que la alimentación está conectada, mediante el uso de una llave interruptora.
Cuestiones constructivas
El diodo LED, el interruptor de alimentación, junto con el jack adicional J3, el microamperímetro M1, y los potenciómetros de ajuste de offset del aparato (R17) y de ganancia del amplificador de DC (R12) son dispuestos en el frontal de la caja que aloja la circuitería del medidor de campo.
Por razones de estabilidad del circuito, tanto en el detector como en el amplificador DC se han empleado varias resistencias de película metálica con una tolerancia del 1%. La estabilidad de la ganancia en DC no es particularmente importante, y en todo caso se han de emplear resistencias muy estables (1% de tolerancia) para R4, R5 y R6 para minimizar variaciones en el offset del aparato por variaciones de la temperatura.
El autor empleó para su prototipo una caja de plástico, aunque dará resultados algo mejores el empleo de una caja metálica conectada a la masa virtual del circuito, y además evitaría los problemas indicados para la etapa detectora indicados anteriormente. Además proporcionaría una masa o contraantena adicional para la antena empleada a las frecuencias más elevadas.
La placa impresa de la etapa detectora ha de estar lo más próxima a la toma de antena, con la conexión a ésta lo más corta posible si se quiere que el medidor funcione razonablemente bien en las frecuencias más altas. La placa con el resto del circuito se puede alojar en cualquier otra parte del interior de la caja donde haya espacio para ella y para las pilas.
El circuito impreso realizado en placa impresa de fibra de vidrio realizada por el autor para la etapa detectora se muestra a continuación (a tamaño real).
