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| MISURE CON LA LINEA FESSURATA | |
STRUMENTI ADOPERATI
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| DESCRIZIONE DELLO STRUMENTO | |
La linea fessurata è uno strumento usato per effettuare le misure nel campo UHF delle microonde da 300 MHz a 5 GHz. Nel nostro caso in pratica il campo di applicazione va da 450 MHz a 930 MHz essendo limitato dalle frequenze prodotte dai due oscillatori usati nell’esperienza. E’ costituita da un cavo coassiale a basse perdite in metallo con aria come dielettrico e con una sottile fessura che scorre longitudinalmente lungo tutta la lunghezza del conduttore esterno e consente l’introduzione di una piccola sonda metallica con il compito di prelevare il segnale a radiofrequenza. La sonda è montata su una slitta che le consente di spostarsi in qualunque punto della linea sulla quale è tracciata una scala graduata di 55 cm. La profondità di penetrazione della sonda può essere regolata manualmente e deve essere scelta in modo da non essere eccessiva perché perturberebbe il regime delle onde all’interno del cavo, ma nemmeno deve essere troppo estratta perché allora il segnale prelevato sarebbe troppo debole per essere rivelato. Il segnale della sonda viene prelevato da due uscite diverse a seconda del tipo di misura che si intende effettuare. Una prima uscita con diodo rivelatore incorporato si trova a destra guardando la guida di fronte e consente di rivelare il segnale in modo diretto. Una seconda uscita a sinistra consente di prelevare il segnale senza rivelarlo direttamente ma, per mezzo di una “T” con diodo miscelatore, consente di prelevarne i prodotti di intermodulazione generati dai battimenti fra la frequenza del generatore principale che alimenta la linea fessurata e un altro generatore di riscontro. |
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| METODO DI MISURA | |
| La linea fessurata essenzialmente consente di rilevare sperimentalmente la posizione e l’ampiezza dei nodi e dei ventri di un diagramma d’onda stazionario. Si può allora determinare il R.O.S. e quindi il coefficiente di riflessione tra la linea ed un carico dato e si può tracciare per punti il diagramma del rapporto d’onda stazionario. Si possono effettuare conseguentemente misure della lunghezza d’onda Con la linea fessurata impieghiamo due generatori di cui uno, quello collegato all’ingresso a sinistra della linea, che produce il segnale da misurare, mentre un altro, quello cioè collegato alla “T” serve soltanto per creare dei battimenti con il segnale dato e consentirne la rivelazione con un sensibilissimo amplificatore selettivo a 30 MHz. Con questo metodo dei battimenti in effetti il circuito viene a complicarsi alquanto, in compenso però è possibile effettuare delle misure molto più precise di quanto non si farebbe se si eliminasse il secondo generatore e si rivelasse il segnale direttamente. |
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| SCHEMA TOPOGRAFICO | |
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| SCELTA DELLA FREQUENZA PIÙ ADATTA ALLA PROVA | |
Poiché le misure con la linea fessurata si effettuano rilevando quasi sempre come prima cosa la distanza tra due nodi consecutivi del diagramma d’onda stazionario, nella scelta della frequenza da usare bisogna tenere conto della lunghezza utile dello strumento che è di 50 cm circa e che deve contenere almeno due nodi e un ventre del diagramma d’onda stazionario e cioè almeno mezza lunghezza d’onda del segnale da misurare. La lunghezza d’onda del segnale quindi non deve essere maggiore di:
e quindi, essendo la velocità del segnale nella linea fessurata quasi uguale a quella del vuoto perché l’isolante della linea è l’aria, la frequenza non può essere minore di:
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| PROVA PRATICA | |
Per effettuare la prova sulla linea fessurata si costituisce il circuito secondo lo schema topografico indicato nella pagina precedente. Dopo aver collegato alla rete i vari strumenti si accendono ponendoli in stand by per riscaldarli alcuni minuti prima della prova effettiva in quanto sono apparecchiature valvolari che necessitano di un certo tempo per portare a regime termico i tubi termoionici che li compongono. Il generatore principale, quello cioè di cui si vuole misurare il segnale, che è collegato all’ingresso della linea a sinistra, verrà regolato a 900 MHz e quello ausiliario, che serve cioè solo per produrre i battimenti e che è collegato alla “T” sulla slitta mobile, viene regolato a 930 MHz. In questo modo si genereranno sul diodo mescolatore dei battimenti alla frequenza di:
La potenza generata da questi oscillatori a RF è di 0,5 W massimo e la regolazione della potenza erogata si effettua estraendo la boccola di uscita con tutto il cavo collegato, dopo averla sbloccata ruotando l’apposita farfalla. Nel cilindro che verrà estratto è tracciata tutta una serie di tacche indicanti i dB di attenuazione. La potenza dei due generatori principali verrà lasciata al valore massimo, al fine di ottenere la massima sensibilità della misura. Il rivelatore ha una manopola che regola l’attenuazione posta a sinistra con una posizione AVC - ON nella quale il rivelatore è usato come semplice indicatore orientativo dei massimi e dei minimi leggendo i valori sulla scala nera da 0 a 100 in modo puramente descrittivo. Ha invece altre posizioni con attenuazione da 0 dB a 70 dB che vengono invece usate per misure precise di ampiezze ottenute sommando al valore indicato dalla manopola quello indicato dall’indice del rivelatore sulla scala rossa. La prima operazione da fare è di sintonizzare il rivelatore a 30 MHz con i due generatori. Per fare questo bisogna predisporre quale terminazione della linea il carico da 50 Essendo il rivelatore un amplificatore selettivo, la sua risposta in frequenza è una curva a campana molto acuta per cui al variare della frequenza dell’oscillatore di riscontro che determina i battimenti, la tensione rivelata dall’amplificatore selettivo percorrerà la curva a campana con grande variazione di ampiezza in corrispondenza di piccole variazioni di frequenza. Bisogna centrare l’apice della curva a campana in modo da sfruttare al massimo il vantaggio introdotto dal metodo dei battimenti che ci consente di rivelare con un amplificatore selettivo a grande guadagno ma a risposta molto stretta. Varieremo pertanto lentamente la frequenza dell’oscillatore ausiliario ed osserveremo con attenzione l’indicazione dell’indice del rivelatore fermandoci quando l’indicazione darà il valore massimo. L’allineamento del rivelatore selettivo si effettua quando il carico è adattato perché se il carico fosse diverso, ad esempio un corto circuito, e fossimo capitati giusto giusto in un nodo, l’ampiezza del segnale rivelato sarebbe sempre zero indipendentemente dalla frequenza dell’oscillatore di riscontro e l’allineamento sarebbe impossibile da realizzare. Una volta sintonizzato il rivelatore ad amplificatore selettivo, si può iniziare la prima osservazione interessante, cioè: |
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| Ia PARTE | |
RILIEVO SPERIMENTALE DEL DIAGRAMMA D’ONDA STAZIONARIA |
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| IIa PARTE | |
RILIEVO SPERIMENTALE DEL DIAGRAMMA D’ONDA STAZIONARIA Si toglie adesso il carico adattato dall’estremità destra della linea e lo si sostituisce con il circuito aperto. La determinazione della posizione del minimo di tensione con buona precisione, come richiede una misura accurata, è però difficile perché in corrispondenza del minimo la tensione nella linea è quasi zero anzi, in teoria, dovrebbe essere esattamente zero, per cui il segnale rivelato è estremamente piccolo e stante la tensione minima di soglia del diodo rivelatore ne consegue che la lettura del valore di tensione è poco precisa. Ricordiamo inoltre che nell’intorno del punto di minimo di tensione dell’onda stazionaria di una linea aperta, la tensione varia con grande rapidità ed è quindi molto difficile individuarne con esattezza la posizione. Per questo ultimo motivo per la determinazione del minimo dell’onda stazionaria nel caso di linea aperta si sposta lentamente la sonda lungo la linea fessurata e, seguendo i valori indicati dal rivelatore con la manopola in posizione AVC - ON si cerca di individuare il primo minimo di tensione sia pure in maniera grossolana in corrispondenza del punto in cui l’indice dello strumento presenta ovviamente il minimo valore. Quindi si sposta la sonda prima a destra e poi a sinistra finché non indichi un uguale valore di riferimento ad esempio 60 e si determinano le due posizioni X1 e X2 lungo la scala graduata della linea cui corrispondono i due uguali valori di tensione scelti. La posizione più precisa del minimo dell’onda stazionaria è allora:
Si posiziona a questo punto la sonda sul minimo appena determinato e se ne rileva il valore allo strumento. Si riporta la manopola dello strumento nella posizione AVC - ON, si individua orientativamente la posizione del secondo minimo allo stesso modo ripetendo le stesse operazioni. Indichiamo con X1 e X2 le nuove posizioni in cui il valore della tensione è 60 sono. La posizione del secondo minimo sarà:
Si posiziona a questo punto la sonda nel massimo e si misura il suo valore. Ma la distanza fra due minimi del diagramma dell’onda stazionario è uguale a Supponendo che XMIN sia il più alto dei due valori risulta allora:
Una volta determinata la lunghezza d’onda, si può calcolare la velocità di propagazione del segnale essendo nota la frequenza che viene letta nell’indicatore del generatore.
La guida fessurata è costituita da due conduttori isolati in aria, quindi la velocità di propagazione del segnale deve essere uguale a quella della luce nel vuoto e cioè: Si ha pertanto: Si tenga conto però che l’indicatore di frequenza del generatore di segnale è poco preciso per cui non c’è da stupirsi se il valore della velocità ottenuto così risulterà leggermente inferiore o addirittura leggermente superiore alla velocità della luce nel vuoto, cosa notoriamente impossibile. Una volta determinati i valori di tensione dei massimi e dei minimi del diagramma d’onda stazionario, si può calcolare il ROS con la formula:
Determinato il ROS si può determinare il modulo del coefficiente di riflessione KV dalla formula:
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| IIIa PARTE | |
RILIEVO SPERIMENTALE DEL DIAGRAMMA D’ONDA STAZIONARIA Si ripete tutto quanto è stato fatto finora usando però la terminazione in corto circuito |
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| IVa PARTE | |
RILIEVO SPERIMENTALE DEL DIAGRAMMA D’ONDA STAZIONARIA Si ripete ancora quanto già fatto finora, usando però la terminazione in corto circuito. Infine si ottiene una tabella che potrebbe essere la seguente:
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, della frequenza e della velocità di propagazione di un segnale e si può determinare indirettamente il valore di un’impedenza incognita quale la resistenza di radiazione di un’antenna posta all’estremità della linea. 
, cioè bisogna adattare la linea e poi variare lentamente la frequenza del generatore ausiliario, lasciando fissa quella del generatore principale, e osservare la tensione di uscita dal rivelatore. 
pertanto si può determinare il valore di 
