Com'é fatto e come funziona un rosmetro?
Inviato: 10 febbraio 2007, 12:11Il riflettometro, o rosmetro, è uno strumento il cui scopo è quello di misurare il rapporto di onde stazionarie in una linea di trasmissione, che è definito come il rapporto tra il massimo ed il minimo delle tensioni presenti lungo la linea stessa.
Il riflettometro, o rosmetro, è uno strumento il cui scopo è quello di misurare il rapporto di onde stazionarie in una linea di trasmissione, che è definito come il rapporto tra il massimo ed il minimo delle tensioni presenti lungo la linea stessa.
Per comprendere il funzionamento di questo strumento, il cui schema di principio è riportato nella figura a lato, dobbiamo innanzitutto ricordare che in una linea di trasmissione chiusa su un carico disadattato, si genera un'onda riflessa di ampiezza tale da bilanciare esattamente le tensioni e le correnti nella linea e nel carico.
Figura 1: Schema di principio di un riflettometro a componenti discreti.
L'onda riflessa è costituita da una tensione ed una corrente come quella incidente, ma che rispetto a quest'ultima si propagano nel verso opposto. Quindi le tensioni dell'onda incidente e riflessa si sommano in ogni punto della linea, mentre le correnti, che hanno verso opposto, si sottraggono. Ne segue che la tensione misurata in un punto della linea è proporzionale alla somma delle onde incidente e riflessa, mentre la corrente è proporzionale alla loro differenza.
Il funzionamento dello strumento può quindi essere spiegato come segue: il partitore costituito da R e C preleva una certa frazione della tensione di linea, la cui entità  può essere regolata variando il valore di R, che dev'essere comunque molto più piccola della reattanza presentata dalla capacità  C; a questa tensione viene sommata quella vista ai capi dell'induttore L, che è proporzionale alla corrente che percorre la linea secondo una costante data dalla mutua induzione tra la linea e l'induttore stesso, e quindi dal numero di spire, dal diametro dell'induttore, dalla distanza nonchè dall'eventuale presenza di un nucleo ferromagnetico.
Un'opportuna scelta delle costanti, ossia una regolazione della resistenza R, possono far sì che le proporzioni delle onde diretta ed inversa prelevate dalla linea siano uguali per il partitore e l'induttore; in questo caso, nella la somma di queste tensioni l'onda diretta verrà  letta due volte, mentre l'onda inversa si cancellerà  con se stessa, con il risultato che si potrà  leggere la tensione della sola onda diretta. Invertendo invece tra loro i due estremi dell'induttore, la tensione su quest'ultimo verrà  sottratta a quella del partitore, con il risultato che stavolta si elideranno le tensioni relative all'onda diretta, mentre si rafforzeranno quelle relative all'onda inversa, che verrà  così misurata.
Un semplice voltmetro per alta frequenza, costituito da un diodo ed un microamperometro, più una piccola capacità  di livellamento ed una resistenza regolabile (per la regolazione della sensibilità  ), permette quindi di leggere le tensioni diretta ed inversa e, dal loro rapporto, di calcolare il ros. In pratica, il microamperometro utilizzato viene di solito dotato di una scala pretarata in ros, così da evitare di dover eseguire materialmente i calcoli, rendendo più comodo l'uso dello strumento.
La principale precauzione da prendere nella realizzazione è quella di schermare accuratamente il voltmetro dal resto dello strumento, per evitare che la radiofrequenza, presente in quantità  elevata al suo interno, possa influenzare la lettura. La sensibilità  del rosmetro, cioè la potenza minima necessaria per poter eseguire una misura, dipende dalla sensibilità  del voltmetro impiegato cioè, in ultima analisi, da quella del microamperometro impiegato.
La taratura del rosmetro si effettua in maniera molto semplice, chiudendone l'uscita su un carico di terminazione, cioè dotato esattamente dell'impedenza caratteristica della linea, e regolando la resistenza R fino a che la lettura dell'onda riflessa sia esattamente zero: questa condizione garantisce il bilanciamento delle costanti di proporzionalità  e quindi la correttezza della lettura. Va notato che il valore di R dipende dall'impedenza caratteristica della linea, in quanto essa determina il rapporto tra le tensioni e le correnti delle onde diretta ed inversa; perciò lo strumento va ritarato ogni volta che l'impedenza caratteristica viene variata.
La misura del ros si effettua invece senza più agire sulla resistenza R; se la scala è pretarata in ros, si agisce nel seguente modo: si posiziona lo strumento nella lettura dell'onda diretta, e si regola la sensibilità  fino a portare l'indice a fondo scala; quindi si passa in posizione 'onda riflessa' e si legge direttamente sulla scala il valore del ros. In questo modo si aggira, anche se non completamente, il problema della scarsa linearità  e precisione del voltmetro impiegato.
I limiti principali di questo strumento sono dati dalle approssimazioni adottate nel progetto:
se la frequenza è troppo alta, la reattanza del condensatore si abbassa e quindi la taratura non è più valida; per questo, nei banchi di misura di laboratorio, la resistenza di taratura R è regolabile, mentre negli strumenti commerciali di solito è fissa.
se la tensione è troppo bassa, la linearità  della scala è molto scadente, a causa della tensione di soglia del diodo rivelatore; impiegando diodi Schottky o meglio ancora Back-diode (una variante del diodo Tunnel) la situazione migliora, ma non viene mai risolta completamente.
la lunghezza d'onda minima deve comunque essere molto grande rispetto alle dimensioni dell'induttore, altrimenti la tensione non si misura più 'in un punto solo', ma se ne fa una media, il che riduce ulteriormente la precisione.
alle frequenze più basse la sensibilità  cade rapidamente.
Per semplificarne la costruzione e quindi renderne più affidabile la produzione in serie, spesso il rosmetro viene realizzato sostituendo alla capacità  ed all'induttanza un singolo tratto di conduttore parallelo ad uno dei conduttori della linea (di solito, il conduttore centrale di un coassiale), così come illustrato nella figura 2 (a lato). In questo caso, sia la capacità  che l'induttanza mutua sono quelle del conduttore verso la linea, mentre la resistenza variabile R viene sostituita da un resistore fisso; in alcuni modelli, vengono impiegati due o più resistori commutabili, in modo da poter impiegare lo strumento per linee con impedenze caratteristiche diverse.
Figura 2: Schema di principio di un riflettometro a costanti distribuite.
I principi di funzionamento restano comunque gli stessi già  illustrati, mentre la precisione dello strumento è necessariamente minore, in quanto non è suscettibile di taratura; per contro, se ne ottiene una discreta stabilità  nelle prestazioni ed una notevole robustezza meccanica, che ne fanno uno strumento maneggevole, economico e di semplice uso.
Esistono infine numerose varianti di questo strumento: le versioni professionali sono di solito costruite in due parti, separando il tratto interno della linea di trasmissione dal circuito di lettura, che viene racchiuso in un contenitore sigillato ('testina'); in questo modo si riesce a realizzare circuiti di misura per varie bande di frequenze e varie potenze, ottenendone una precisione ed un'affidabilità  della misura molto superiori. Alcune versioni amatoriali sono invece dotate di un doppio circuito di misura, e permettono quindi di leggere contemporaneamente l'onda diretta e quella riflessa; a causa della inevitabili differenze tra i due circuiti di misura, questi strumenti sono necessariamente meno precisi di quelli con singolo circuito, ma risultano di comodo impiego quando la precisione della misura non sia essenziale (nel caso dei radioamatori, vale a dire in quasi tutti i casi pratici).
i3HEV, op. Mario
Articolo tratto da: http://www.radioamatori.biz
Il riflettometro, o rosmetro, è uno strumento il cui scopo è quello di misurare il rapporto di onde stazionarie in una linea di trasmissione, che è definito come il rapporto tra il massimo ed il minimo delle tensioni presenti lungo la linea stessa.
Per comprendere il funzionamento di questo strumento, il cui schema di principio è riportato nella figura a lato, dobbiamo innanzitutto ricordare che in una linea di trasmissione chiusa su un carico disadattato, si genera un'onda riflessa di ampiezza tale da bilanciare esattamente le tensioni e le correnti nella linea e nel carico.
Figura 1: Schema di principio di un riflettometro a componenti discreti.
L'onda riflessa è costituita da una tensione ed una corrente come quella incidente, ma che rispetto a quest'ultima si propagano nel verso opposto. Quindi le tensioni dell'onda incidente e riflessa si sommano in ogni punto della linea, mentre le correnti, che hanno verso opposto, si sottraggono. Ne segue che la tensione misurata in un punto della linea è proporzionale alla somma delle onde incidente e riflessa, mentre la corrente è proporzionale alla loro differenza.
Il funzionamento dello strumento può quindi essere spiegato come segue: il partitore costituito da R e C preleva una certa frazione della tensione di linea, la cui entità  può essere regolata variando il valore di R, che dev'essere comunque molto più piccola della reattanza presentata dalla capacità  C; a questa tensione viene sommata quella vista ai capi dell'induttore L, che è proporzionale alla corrente che percorre la linea secondo una costante data dalla mutua induzione tra la linea e l'induttore stesso, e quindi dal numero di spire, dal diametro dell'induttore, dalla distanza nonchè dall'eventuale presenza di un nucleo ferromagnetico.
Un'opportuna scelta delle costanti, ossia una regolazione della resistenza R, possono far sì che le proporzioni delle onde diretta ed inversa prelevate dalla linea siano uguali per il partitore e l'induttore; in questo caso, nella la somma di queste tensioni l'onda diretta verrà  letta due volte, mentre l'onda inversa si cancellerà  con se stessa, con il risultato che si potrà  leggere la tensione della sola onda diretta. Invertendo invece tra loro i due estremi dell'induttore, la tensione su quest'ultimo verrà  sottratta a quella del partitore, con il risultato che stavolta si elideranno le tensioni relative all'onda diretta, mentre si rafforzeranno quelle relative all'onda inversa, che verrà  così misurata.
Un semplice voltmetro per alta frequenza, costituito da un diodo ed un microamperometro, più una piccola capacità  di livellamento ed una resistenza regolabile (per la regolazione della sensibilità  ), permette quindi di leggere le tensioni diretta ed inversa e, dal loro rapporto, di calcolare il ros. In pratica, il microamperometro utilizzato viene di solito dotato di una scala pretarata in ros, così da evitare di dover eseguire materialmente i calcoli, rendendo più comodo l'uso dello strumento.
La principale precauzione da prendere nella realizzazione è quella di schermare accuratamente il voltmetro dal resto dello strumento, per evitare che la radiofrequenza, presente in quantità  elevata al suo interno, possa influenzare la lettura. La sensibilità  del rosmetro, cioè la potenza minima necessaria per poter eseguire una misura, dipende dalla sensibilità  del voltmetro impiegato cioè, in ultima analisi, da quella del microamperometro impiegato.
La taratura del rosmetro si effettua in maniera molto semplice, chiudendone l'uscita su un carico di terminazione, cioè dotato esattamente dell'impedenza caratteristica della linea, e regolando la resistenza R fino a che la lettura dell'onda riflessa sia esattamente zero: questa condizione garantisce il bilanciamento delle costanti di proporzionalità  e quindi la correttezza della lettura. Va notato che il valore di R dipende dall'impedenza caratteristica della linea, in quanto essa determina il rapporto tra le tensioni e le correnti delle onde diretta ed inversa; perciò lo strumento va ritarato ogni volta che l'impedenza caratteristica viene variata.
La misura del ros si effettua invece senza più agire sulla resistenza R; se la scala è pretarata in ros, si agisce nel seguente modo: si posiziona lo strumento nella lettura dell'onda diretta, e si regola la sensibilità  fino a portare l'indice a fondo scala; quindi si passa in posizione 'onda riflessa' e si legge direttamente sulla scala il valore del ros. In questo modo si aggira, anche se non completamente, il problema della scarsa linearità  e precisione del voltmetro impiegato.
I limiti principali di questo strumento sono dati dalle approssimazioni adottate nel progetto:
se la frequenza è troppo alta, la reattanza del condensatore si abbassa e quindi la taratura non è più valida; per questo, nei banchi di misura di laboratorio, la resistenza di taratura R è regolabile, mentre negli strumenti commerciali di solito è fissa.
se la tensione è troppo bassa, la linearità  della scala è molto scadente, a causa della tensione di soglia del diodo rivelatore; impiegando diodi Schottky o meglio ancora Back-diode (una variante del diodo Tunnel) la situazione migliora, ma non viene mai risolta completamente.
la lunghezza d'onda minima deve comunque essere molto grande rispetto alle dimensioni dell'induttore, altrimenti la tensione non si misura più 'in un punto solo', ma se ne fa una media, il che riduce ulteriormente la precisione.
alle frequenze più basse la sensibilità  cade rapidamente.
Per semplificarne la costruzione e quindi renderne più affidabile la produzione in serie, spesso il rosmetro viene realizzato sostituendo alla capacità  ed all'induttanza un singolo tratto di conduttore parallelo ad uno dei conduttori della linea (di solito, il conduttore centrale di un coassiale), così come illustrato nella figura 2 (a lato). In questo caso, sia la capacità  che l'induttanza mutua sono quelle del conduttore verso la linea, mentre la resistenza variabile R viene sostituita da un resistore fisso; in alcuni modelli, vengono impiegati due o più resistori commutabili, in modo da poter impiegare lo strumento per linee con impedenze caratteristiche diverse.
Figura 2: Schema di principio di un riflettometro a costanti distribuite.
I principi di funzionamento restano comunque gli stessi già  illustrati, mentre la precisione dello strumento è necessariamente minore, in quanto non è suscettibile di taratura; per contro, se ne ottiene una discreta stabilità  nelle prestazioni ed una notevole robustezza meccanica, che ne fanno uno strumento maneggevole, economico e di semplice uso.
Esistono infine numerose varianti di questo strumento: le versioni professionali sono di solito costruite in due parti, separando il tratto interno della linea di trasmissione dal circuito di lettura, che viene racchiuso in un contenitore sigillato ('testina'); in questo modo si riesce a realizzare circuiti di misura per varie bande di frequenze e varie potenze, ottenendone una precisione ed un'affidabilità  della misura molto superiori. Alcune versioni amatoriali sono invece dotate di un doppio circuito di misura, e permettono quindi di leggere contemporaneamente l'onda diretta e quella riflessa; a causa della inevitabili differenze tra i due circuiti di misura, questi strumenti sono necessariamente meno precisi di quelli con singolo circuito, ma risultano di comodo impiego quando la precisione della misura non sia essenziale (nel caso dei radioamatori, vale a dire in quasi tutti i casi pratici).
i3HEV, op. Mario
Articolo tratto da: http://www.radioamatori.biz