Duda técnica

Cuando hablas de ganancia de un transformador me chirría un poco, falta información en la sentencia, debería especificar ganancia en tensión.

Eso es correcto, pero para qué lo quieres en dB si te vale con decir que la relación de tensiones es de 23?.

100 W sobre 50 Ω corresponden a una tensión eficaz de 70,71 V., con una relación de 23:1 medirías 3,07 V.

El circuito medidor se compone de un diodo (rectifica media onda) y un condensador integrador, cargado con la resistencia de entrada del instrumento medidor, por lo que vas a obtener prácticamente el valor de la tensión de pico.

La relación entre tensión de pico y tensión eficaz es 1/√2

Mira a ver si te cuadra.

Otro asunto, y aquí si puedes aplicar la formula anterior.

El factor de acoplamiento es 20*LOG(1/23) = -27,23

El efecto de los 50 Ω en el secundario de T1 es una impedancia en serie en la linea de potencia de 0,09 Ω (50/n²), que es lo que provoca esa pérdida de potencia que es utilizada por la medición.

Se pierde un 0,19% teórico para la medición, la realidad será otra.

Estos tres párrafos anteriores son formas de expresar lo mismo.

Como ves, esta parte se puede despreciar para tus propósitos, la dispersión debida a factores de materiales y construcción va a ser muy superior a eso.

Con esto en cuenta puedes revisar tus mediciones con 8T y ver si cuadra algo.

Gracias José Angel. Si, daba por sobreentendido que la ganancia de un transformador corresponde a tensión. Ya he hecho los cálculos que citas y no he podido encontrar todavía la relación. He calculado las tensiones eficaces de cada una de las potencias utilizadas, de 5 a 100W en tramos de 5vatios, en una hoja de cálculo con la fórmula V=RAIZ(PZ), donde V=es tensión en voltios, P es potencia en vatios y Z es la carga en ohmios, para 100 vatios, la tensión eficaz es de 70,711. Con 100vatios la tensión medida en la salida del diodo es de 4,14V, una relación de 17,08.

No sé si será debido a que la potencia de salida del Icom está por debajo de lo que indica en el display. La pena es que no tengo un Bird para medirla. Estoy buscando un diodo Schotty que aguante 100 voltios para incorporarlo al carga fantasma de 50 Ohmios que tengo por aquí.

4,14 tensión de pico / √2 = 2,93 Tensión eficaz o RMS

70,1/2,93=24,15, que se parece algo más a 23

Veo que no has asimilado del todo mi anterior escrito.

No lo había leído, contestaba solo al primero mientras escribías el segundo y me fui a la cama. Justo en tu segundo spot me das una respuesta a lo que estaba buscando. Una vez hallada una constante puedo establecer el cálculo de la potencia partiendo de la tensión leída, pero debía asegurarme de que la constante responde a una razón física, datos que intuía pero ignoraba y tú me acabas de desvelar.

Efectivamente, ya había leído y asimilado que el factor de acoplamiento es de 20*log(1/N), así lo cita Jon (EA2SN) en su trabajo de la revista de octubre de 2011: "(4) La relación de espiras entre primario y secundario (los transformadores son simétricos) define el factor de acoplamiento, mediante la fórmula 20*log(1/N), siendo 1/N la relación de espiras primario:secundario..."

También había calculado el factor de acoplamiento para una relación de 1:8 (-18,062) de la primera prueba y para la relación 1:23 (-27,235), de hecho hice un cálculo entre 1:8 y 1:40 para buscar la relación más idónea. Al final me quedé con 1:23.

Sin embargo en las mediciones reales no aparecía esta relación y eso es lo que me tenía confuso. Ahora ya tengo las ideas un poco más claras: lo que pude medir es la entrada de la tensión de pico y lo que hay que aplicar es la tensión RMS. Ahora entiendo también alguna de las líneas (insuficientemente documentadas) del código de KN9B (un poco desordenado).

En este momento he dado por terminado el estudio del sensor. Me dispongo a montar el instrumento. Quiero que sea un proyecto abierto. En realidad basta un display. He valorado muchas posibilidades: una pantalla táctil de 3,5'' es económica y fácil de manejar pero mucho más complicada que un display, por lo tanto me inclino por un display de 20 columnas y 4 filas con puerto I2C. Un Arduino UNO, tiene suficiente capacidad de memoria, entradas analógicas y digitales así como capacidad de proceso. Por otra parte hay circuitos abiertos adaptados a su tamaño (shield) con lo que cualquier modificación del hardware sería factible y rápida. Le añadiré dos botones sin función por el momento por si en el futuro necesita instrucciones externas y dejo para el final la programación, de esta forma, el propio aparato puede ser el laboratorio de pruebas.

En cualquier caso, en la captura de datos debo tener en cuenta:

Primera lectura por un pin analógico diferente con un atenuador 1/5 para que, si la tensión supera 1V, cierre las lecturas.

//Esto evita que una tensión de más de 5V fría el Arduino

Lectura de la tensión directa y reflejada

Cálculo de la pérdida por el diodo (max. 0,3V para un diodo schotty)

Añadir la tensión del diodo

Calcular la tensión RMS

Esto repetido 1111 veces que es la muestra que utiliza Bill Kaune W7IEQ ("A Modern Directional Power/SWR Meter") en un proyecto con microprocesador.

Hallar la tensión de pico

Hallar la tensión media

Decidir la secuencia de presentación y el comportamiento del instrumento

Presentar los datos.

Las pérdidas del diodo.

Calcular la tensión RMS

Esto repetido 1111 veces que es la muestra que utiliza Bill Kaune W7IEQ ("A Modern Directional Power/SWR Meter") en un proyecto con microprocesador.

Otro tema que no entiendo muy bien, para qué ese muestreo?, ya tienes un integrador analógico en el circuito con el condensador que filtra al diodo, variando su capacidad varias la tasa de descarga, que viene dada por esta capacidad y la resistencia de carga que supone la entrada del Arduino con su red de adaptación. Ten en cuenta que la tasa de descarga debe ser menor para medir SSB que onda portadora continua.

Para lograr una lectura cómoda me parece mejor jugar con un temporizador en la visualización.

A ver si se inserta bien.

Sacado de la gráfica de tu web, si asignas 0,15 V a tus diodos tienes un instrumento de la leche.

P.D. Usa el flagelo cada vez que veas que te estas complicando, recuerda, menos es más.

Me acabo de dar cuenta de que todo este asunto se formuló el 28 de dicimembre....me parece que voy bien.

Hola a todos.

Owen (VK1OD) tiene un blog lleno de cosillas interesantes. Recientemente revisó el medidor de VU3SQM. https://owenduffy.net/blog/?p=14051 Es una lectura interesante, y más si uno sigue buceando en las páginas ya publicadas donde, en muchos casos, no deja títere con cabeza... 🙂

jon, ea2sn

Gracias Jon. Lo que he podido comprender del trabajo es muy interesante, Me he perdido algunas formulación de la física del comportamiento de un puente de Sontheimer que veo que tiene analogías con el Stockton en los transformadores, que en este trabajo tienen una relación de espiras de 1:30.

El uso del amplificador logarítmico AD8307 como medidor de potencia de RF me ha insinuado una serie de posibilidades que soy incapaz de comprender en este momento, pero veo que hay una amplia oferta de kits, especialmente para frecuencias de tecnología WiFi o terminales de teléfono que, evidentemente tienes aplicación en las bandas de HF de radioaficionado.

Creo que me debo centrar en el proyecto original. Un medidor de potencia y ROE basado en un sensor Stockton y un Arduino como procesador. Cuanto más profundizo en el tema gracias a vuestra ayuda y en especial la de José Angel, más convencido estoy que, a nivel casero, es lo mejor y más económico que se puede cacharrear. Creo que un instrumento basado en estos conceptos puede ser tan fiable como uno comercial de tipo medio.

La discusión que plantea VK1OD es muy académica y hay algunas cuestiones que se me escapan. Por ejemplo, la referencia de material de Fair Rite es un toroide de mezcla 43 con unas medidas y definición en el catálogo que se corresponden como supresor de RF de retorno (esto no quiere decir que no se pueda utilizar como transformador RF, pero es sorprendente). Por otra parte, he buscado alguna página donde VUSQM y no he encontrado un lugar donde se ofrezca el material que analiza.

En este momento me estoy pegando con el módulo de entrada. Quiero añadir un sistema de seguridad para evitar que se fría el Arduinio si se utiliza el puente por despiste con un TX de más de 400W.

Edito: Además por las fotografías, los toroides que propone VK1OD no caben en la placa de CI. No puedo identificar el material del trabajo original (NiZn Ferrita), y el tamaño como el FT37 (aprox), sin embargo el que propone de Fair Rite es mexcla 43 y el tamaño desmesurado.

EA5BLP

Me acabo de dar cuenta de que todo este asunto se formuló el 28 de dicimembre....me parece que voy bien.

No vas bien Juan, no es ninguna broma.

Pues si ese cacharro se puede programar, digo yo, me parece, que el asunto va de  que resuelva la fórmula N1/N2= Rai z 2 Z1/Z2

No, el asunto no va de un cálculo de impedancias, aunque se agradece la aportación, el asunto va del factor de acoplamiento y la pregunta era si a partir de una tensión medida a la salida del secundario de un sensor basado en un puente de Stockton, y rectificada por un diodo Schotty, se puede calcular la potencia utilizada en la línea. Y la respuesta correcta la ha aportado EA2ET, ya que yo no encontraba la relación porque estaba utilizando la tensión de pico cuando lo que haber utilizado es la tensión RMS. Asunto resuelto.

Quizá no he formulado correctamente la pregunta, mis excusas.

Y si, Arduino debidamente programado puede resolver cualquier fórmula o ecuación, pero en esta ocasión no servía para el resolver el problema planteado.

El diseño original de estos puentes es el de la patente de Sontheimer y Frederick de 1966 ( https://patents.google.com/patent/US3426298A/en). Dave Stockton GM4ZNQ trabajaba en un laboratorio de investigación de HP en Escocia y lo popularizó en un artículo en el número 61 de SPRAT, el boletín del G-QRP-Club. Así que aunque casi todo el mundo lo llama "puente de Stockton", Owen da al César lo que es del César y lo llama de Sontheimer (aunque se olvida de Frederick...)

jon, ea2sn

Gracias por la aclaración Jon, es muy interesante. Casi todos los proyectos que he consultado utilizan este tipo de sensor y la verdad es que su funcionamiento es muy reproducible que es lo primero que pedimos los cacharreadores ingenuos.

Es curioso, primero probé con el original de R3KBO, funcionaba y bien, pero una relación de espiras de 1:8 solamente es útil para potencias QRP. Luego monté otro con las bobinas al aire y una relación de 1:18 con una pantalla y no funcionaba la medición de la onda reflejada (la directa la medía bien). Cuando lo desmonté me dí cuenta de que una soldadura estaba mal hecha. El tercero que estoy usando funciona perfectamente después de soldar y desoldar varias veces los componentes.

La conclusión es que el puente de Stockton o de Sonstheimer funcionan bien y son aptos para Pepe Gotera.

Buenas noches, acabo de cargar el sof de la revista de ure, el escrito por EA3GCY y aparte de un pequeño, casi anecdotico fallo sin importancia, un "delay" de 2 seg que esta etiqetado como de 20 seg (delay(2000); // pausa de 20 segundos). Las medidas de ROE son identicas a las que saco yo con mi soft usando las formulas tradicionales y me sigue marcando mal la ROE, yo como dije uso como patron tres cargas 50, 25 y 16,6, comprobadas con el VNA son 1:1, 2:1 y 3:1 de ROE respectivamente, pero con todos los softwares que pruebo no me cuadran las cifras y ademas me dan las mismas medidas, en el caso de 2:1 me da 1,6:1 y en el de 3:1 me da 2,3:1, para los 50 Ohm si me da 1:1.

las tensiones medidas con polimetro FLUKE en el puente son identicas conectado este al arduino que sin conectar y estables a portadora continua.

En otro post os las dejo.

73.

Pedro:

¿has probado con cargas de 100 ohmios (2:1) y 150 ohmios (3:1)?

Me imagino que has tirado de calculadora y los resultados coinciden con los que te da el Arduino...  Lo digo para ir descartando factores.

jon, ea2sn

Para estar seguro de que los cálculos de ROE son correctos, puedes añadir la siguiente función:

float CalcularROE(float voltiosDirecta, float voltiosReflejada) {   //Recibe los valores medidos en los terminales

    float factorP = voltiosReflejada / voltiosDirecta;               //Calcula la tensión reflejada partida por la directa

    return (1 + factorP) / (1 - factorP);                                                //Devuelve la ROE

}

El el loop, donde lee y muestra la ROE, el control condicional lo puedes sustituir por:

if (V_Dir > V_Ref) {

   float  ROE = CalcularROE(V_Dir, V_Ref);

   } else {

   ROE = 0;

}

No se si he cometido algún error de sintaxis puesto que no he probado el código, pero tiene que funcionar. La principal diferencia que afecta al cálculo de la ROE es 

Para tener en cuenta la diferencia de fase entre ambas ondas, es preciso escribir Γ como un número complejo. Por esa razón, Γ sigue las reglas especiales de la matemática compleja. Sin embargo, en la práctica, para simplificar se utiliza ρ, el módulo del número complejo Γ :

(Wikipedia),

Que, por otra parte es igual que ROE = (voltiosDirecta + voltiosReflejada) / (voltiosDirecta - voltiosReflejada), así que la lectura que te indica Arduino es la correcta.

Puedes sustituir la las dos líneas por  return (voltiosDirecta + voltiosReflejada) / (voltiosDirecta - voltiosReflejada);

Si quieres seguir el flujo del programa y los resultados puedes activas la salida del monitor serie, en la función setup(), inicial el puerto del monitor:

Serial.begin(9600);

delay(1000);

y en la función CalcularROE, añades las lineas:

Serial.print("Tensión directa: ");

Serial.println(voltiosDirecta);

Serial.print("Tension reflejada: ");

Serial.println(voltiosReflejada);

Serial.print("ROE: ·);

Serial.println((voltiosDirecta+voltiosReflejada) / (voltiosDirecta-voltiosReflejada));

delay(2000);

Estas líneas te sacará los datos al monitor.

Es mejor (más claro y con menos posibilidad de error) utilizar funciones externas para realizar los cálculos que es lo que hacen los profesionales cuando crean código y mucho más importante cuando el código lo van a utilizar terceros. Las funciones deben situarse en la cabecera del sketch y por principio de claridad el loop() debe manejar el flujo y los tiempos mientras el cálculo y las transacciones deben quedar en la cabecera. Por eso, si quieres probar la función, sitúala al final de las definiciones, debajo de la definición de variables "float V_Dir, V_Ref, V_Total, VCC, ROE = 0; y antes de la función void setup()

Si no te funciona es que tienes mal la lectura de las tensiones del puente.

Hola he hecho ya de todo, no he probado con 100 y 150, solo con 50, 25 y 16,6, son cargas especificas para RF y las compruebo antes con el VNA.

he probado con las formulas que indicas Enio,, asi fue mi primer codigo, luego probe ROE = (voltiosDirecta + voltiosReflejada) / (voltiosDirecta - voltiosReflejada) y sale lo mismo.

Os paso las lecturas del polimetro que como dije, hice con el puente conectado al arduino y sin conectar y  son identicas.

Carga de 50    Vr = 0 V           Vd = 2,996 v

Carga de 25    Vr = 0,545 V   Vd = 2,349 v

Carga de 16,6 Vr = 0,775 V    Vd = 1,945 v

El arduino opera bien y el puente es practicamente simetrico, si cambio la antena por el TX las diferencias son despreciables.

73

73.

En este punto, en mi opinión, debes centrarte en descartar causas. En primer lugar, quizá lo más fiable es el código y el propio código puede servirte para depurar los problemas, que casi siempre son algo tonto o algo que damos por supuesto y está herrado (con hache).

En primer lugar debes tener en cuenta que el propio IDE de Arduino tiene una excelente herramienta de depuración que es el monitor serie. Primero haría un seguimiento del proceso de medición y ROE. Inmediatamente de haber leído la tensión en la entrada analógica sacarla por el monitor para ver si es lógica. Una vez que hayas iniciado el monitor serie (en la función void setup()), puedes sacar la lectura digital de la tensión aplicada (para probar puedes utilizar una tensión de 3V de dos pilas AA), la tensión RAW medida tiene que ser un número entero igual a (5/1023)*tensiónAplicada. Hacer esta prueba en las dos entrada de directa y reflejada. Es difícil que el problema esté ahí, pero no pasa nada por comprobarlo. Sabes que la salida al monitor es: Serial.print("Texto") o Serial.println(valor) si quieres que cambie de línea (retorno de carro). Esto puedes utilizarlo para comprobar el valor que ha tomado una variable.

Lo inmediato es comprobar que el cálculo de la tensión con la salida RAW (la tensión definida en tramos digitales, sin procesar) que devuelve la función tensionRAW = analogRead(pinAnalogico) si se comporta correctamente y se trata con: voltios = tensionRAW * (5/1023), los voltios tienen que ser iguales a los que aplicas a la entrada. Si son iguales analizar el cálculo de ROE siempre monitorizando el valor de las variables.

Si compruebas que todo esto está bien, planteate que lo que está mal es lo que te indica el aparato de comparación.

Suerte.

Pedro:

la medida de potencia directa baja según aumenta la ROE, lo que da una indicación de que el transmisor se está "cagando".  No os liéis con el Arduino, que sabe operar muy bien. Si las tensiones medidas son incorrectas el valor de ROE resultante será incorrecto también. Así pues, es mejor centrarse en el puente detector. Y también hay que ver qué tipo de circuito se usa para convertir la RF en continua: si no se hace una corrección de la caída de tensión en el diodo detector, a menor tensión medida mayor es la influencia de dicha caída...

jon, ea2sn

Estoy de acuerdo con Jon. Un microprocesador es un trabajador rápido pero tonto, hace lo que mandan. Si los datos que le suministran son erróneas el resultado será erróneo. Y no, el sketch que utiliza Pedro no corrige la caída del tensión en el diodo.