Medindo potência de RF sem wattímetro

      Bom pessoal, vou comentar hoje sobre um método indireto de medição de potência, útil para se medir potência em RF e microondas.
      Vamos tratar aqui sobre medição em impedância de 50Ω, que para transmissores é a mais utilizada, a exatidão do método, com as ferramentas que eu disponho não é das maiores, em parte devido à exatidão do termômetro em si, mas é suficiente para manutenção, por exemplo.
      Mas porquê se usar um método de medição de potência indireto? Não é muito mais simples se medir a tensão na carga resistiva e calcular a potência deste modo?
     O problema é o fato de que multímetros não respondem à frequências mais altas que algumas dezenas de kHz, ou em caso de multímetros sem medição true-rms, nem é possível se medir para frequências superiores a 1kHz, verifique no manual do seu para conferir!
     Para medir a potência, o método discutido aqui mede a potência não sob a forma elétrica, onde se mede tensão na carga, mas sim medindo o aumento de temperatura sob o resistor, tal como neste instrumento da HP, de construção muito mais elaborada que este teste:
    A vantagem de se medir por temperatura é sem dúvida a largura de banda onde pode ser medida a potência, como no medidor acima, que opera de 0Hz a 12,4GHz, instrumento da década de 1950.
     Mais instrumentos históricos e, documentos muito interessantes, como o catálogo de microondas de 1961, dessa empresa podem ser vistos em:

     A medição começa em obter uma carga de 50Ω que ao mesmo tempo não seja indutiva, isto é, não pode ser um resistor de fio enrolado, por exemplo. Na minha carga optei por usar alguns resistores smd de 300Ω em paralelo. 
   Na frequência em que fiz a medição, elementos do resistor real como sua indutância, mesmo sendo pequena não aumentam muito a SWR da carga, mas em frequências mais altas, isto será um problema.       
   Mesmo o resistor sendo do tipo não indutivo, o que não se verifica, já que este tipo de resistor, assim como qualquer condutor tem alguma indutância, que para estas frequências deve ser modelada e a impedância casada apropriadamente.
       Para frequências de até algumas centenas de MHz, aconselho a se colocar os resistores o mais próximo possível, além de se calcular os tamanhos corretos da linha de transmissão que leva a potência do conector para a carga.
       A figura acima foi tirada após a segunda etapa de testes, já que, como se pode ver não há cabo coaxial na ligação, como deveria ser feito ao se conectar a fonte de potência de RF ao sistema.
      O procedimento pode ser resumido nos seguintes passos:
     1-Alimente a carga com um cabo coaxial, e tomando todos os cuidados para que uma SWR alta não diminua muito sua potência refratada na carga.
     2-Fixe o dispositivo de medição de temperatura, como um termopar antes de se ligar o transmissor, em meu caso o termômetro é de infravermelho, logo este passo não foi necessário.
     3-Ligue o transmissor e, aguarde no mínimo 10 minutos para que a transferência de calor ocorra sob regime permanente
    4-Meça a temperatura no resistor, e repita mais algumas vezes afim de verificar se ela está constante

     Após anotada a temperatura, é necessário alimentar a mesma carga, sob o mesmo local e sob igual temperatura ambiente com uma fonte de corrente regulável, tal como no exemplo abaixo:

   O circuito acima atua cedendo potência de até 2,3W na carga, na segunda parte da medição, os passos são os seguintes:
   1-Retire a carga do transmissor e conecte-a à fonte de corrente regulável
   2-Antes de ligar a fonte, ajuste o potenciômetro para +12V
   3-Coloque o multímetro na escala de corrente adequada
   4-Aumente a corrente em passos de, por exemplo 50mA e medindo a temperatura a cada três minutos
   5-Localize uma temperatura próxima da medida anteriormente e vá refinando
   6-No refinamento espere tempos maiores, de 5 minutos entre medições, para se garantir a medida em regime permanente
   7-Anote a corrente final
    Após tudo isso, a potência dissipada pelo transmissor e pela fonte de corrente será a mesma, variando apenas em erros de medida e diferenças na temperatura ambiente.
    A potência RMS é P=I².50 [W]
    Para fazer um experimento, onde a diferença de temperatura seja alta, é recomendado que não se use, por exemplo um resistor de 10W para se medir 100mW, já que isto faria com que o incremento de temperatura em relação à ambiente seja mínimo, aumentando o erro em relação ao do termômetro.
    Outra boa prática é usar um potenciômetro multi voltas, além de descartar medidas muito distantes da média das outras.
    O método apresentado já é bem conhecido, e outros podem ser encontrados no seguinte informativo da HP:

   Por enquanto é só, comentem!!!

3 comentários:

Alexandre Souza - PU1BZZ disse...

Pior que a HP usa isso ATE HOJE, pasme ;oO

Arao H. F. disse...

Pois é, resistência próxima de ser não reativa é fácil de construir e responde igual numa faixa de frequências muito ampla. Como fazer isolantes térmicos e medir temperatura com alta exatidão também são coisas conhecidas e "fáceis" de fazer, então o negócio vai continuar assim por um bom tempo até inventarem algo mais simples e tão bom quanto isso.

Benedito Inacio inacio disse...

Muito bom

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