Medidores de campo sencillos para radioaficionados
Los medidores de campo ("Field Strength Meter" en terminología inglesa) son equipamientos empleados para medir las señales transmitidas por transmisores de radio, por lo que tienen su aplicación en el ajuste de la potencia transmitida por emisores de radio, ajustes de antenas, etc..., siendo una herramienta muy útil para los radioaficionados y aficionados a la electrónica que estén interesados en el ámbito de los pequeños emisores de radio.
Medidor de campo
Los medidores de campo básicos constan básicamente de una antena captadora de señales de radio, opcionalmente (aunque no necesariamente) de un circuito de sintonía LC si se desea emplear el medidor para realizar ajustes en alguna banda de frecuencias concreta, un detector de las señales de radio captadas por la antena (típicamente un diodo de germanio), y un miliamperímetro que ponga de manifiesto la intensidad de la señal captada.
Este tipo de medidor básico es útil para utilizarlo a cortas distancias de la antena emisora y para trabajar con pequeños emisores de radio de baja potencia, a causa de la baja sensibilidad de este tipo de medidor. Para aumentar la sensibilidad del medidor, puede añadirse algún paso preamplificador de RF entre la antena y el diodo detector, algún amplificador de la corriente detectada por el diodo antes de aplicarla al miliamperímetro indicador de señal recibida, etc...
Fundamento de un medidor de campo
Es importante que el diodo detector sea un diodo apto para detectar altas frecuencias y que tenga un umbral de conducción bajo si queremos que el medidor sea lo más sensible posible, por lo que no se suelen emplear diodos de silicio (umbral de conducción de 0,5-0,7 Volts), sino diodos de germanio (umbral de conducción de 0,2-0,3 V). También son muy aptos los diodos schottky, ya que estos tienen un umbral de conducción que puede ser muy bajo a corrientes muy bajas (del orden de 0,1 Volt para corrientes del orden de 1 mA, umbral que aumenta al aumentar la corriente y la temperatura), e incluso hay modelos de diodos schottky que se pueden usar en frecuencias del orden de UHF y superiores. Básicamente los diodos empleados son tipos encapsulados en cristal y de baja potencia, y los que son aptos para operar a altas frecuencias suelen ser catalogados como diodos detectores de RF y diodos de conmutación de alta velocidad.
Como ejemplo de diodos de germanio se pueden emplear tipos europeos como los tipos OA90, OA91, OA95, AA114, AA116 o AA119, tipos americanos como el 1N34A o el 1N60P, u otros como los tipos SFD104, SFD106 y SFD107. Como ejemplos de diodos Schottky se pueden emplear el tipo BAT85 o el 1N5711. Y como diodos de silicio aptos para altas frecuencias (aunque recuérdese que tienen un umbral de conducción más alto y son por tanto detectores de RF menos sensibles) se pueden emplear tipos de alta velocidad de conmutación como el 1N914, 1N4148, 1N4448. De todas maneras, la elección del diodo a emplear dependerá de las frecuencias más altas a las que se pueda utilizar el medidor de campo (con los diodos indicados, se pueden llegar a emplear perfectamente hasta en frecuencias de VHF).
Por supuesto, al tratarse los medidores de campo de un equipamiento para altas frecuencias, se requiere una construcción acorde con las frecuencias a las que va a trabajar el aparato: Para frecuencias bajas (Onda corta e inferiores) no son necesarias consideraciones especiales en el cableado del circuito, mientras que a medida que subimos la frecuencia de operación, se requiere unas mayores consideraciones en la realización del circuito (al menos en la parte que maneja las señales de RF), en especial en frecuencias de VHF altas y UHF: Conexiones lo más cortas posible, blindajes de las etapas de alta frecuencia, etc..., las típicas que se suelen recomendar para el diseño y montaje de circuitos de altas frecuencias. Y en todo caso, se recomienda alojar todo el circuito del medidor de campo dentro de una caja metálica (la cual además puede actuar de contraantena o plano de masa de la antena, eficaz a frecuencias elevadas, mejorando la sensibilidad de la antena captora empleada).
El medidor de campo detectará las señales captadas recibidas por la antena, no importando que la señal esté modulada en AM, FM, banda lateral única, o no esté modulada. Se puede incluir adicionalmente al miliamperímetro un circuito amplificador de audio para la conexión de un casco auricular y así poder escuchar la modulación de la señal, aunque ello sólo será útil cuando la señal de radio captada esté modulada en AM.
En general, cualquier medidor de éstos es una sencilla herramienta que le permitirá comprobar empíricamente la potencia transmitida por su transmisor, y le permitirá ajustarlo a máxima potencia ajustando las distintas etapas del transmisor (dejando el medidor fijo en un sitio próximo a la antena del emisor, hay que realizar los ajustes mirando las variaciones en las lecturas de la aguja del indicador del aparato). También servirá para experimentar con distintas antenas.
Este tipo de aparato no proporciona medidas precisas y calibradas del valor de la intensidad de campo de RF radiado por una antena, sino medidas relativas momento a momento. Tampoco se asegura cuál es la respuesta en frecuencia de un medidor, tanto si es no sintonizado como si tiene algún tipo de sintonía. Sirve para dejarlo a cierta distancia de la antena emisora, y comprobar a cada momento cómo varía el campo radiado por ésta cuando actúa sobre ésta (ajustes de la antena), o cuando ajusta el equipo emisor (ajustes de potencia de transmisión).
Sencillo medidor de campo sin amplificación:
Medidores de Campo VHF - UHF
Circuito medidor de campo muy sencillo, y simple, y no es mas que un sencillo detector a diodos de la señal de RF que capta la antena (configurado como rectificador doblador de tensión). La señal rectificada es una corriente continua que es filtrada (allanada) por un pequeño condensador de 1 nf (1 KpF), y aplicada a un microamperímetro de aguja.
Tal como está diseñado, es un medidor de campo aperiódico, esto es, no está sintonizado a ninguna frecuencia en concreto, por lo que puede operar en un amplio margen de frecuencias. Si se desea emplear en bandas de VHF, para obtener la máxima sensibilidad (y una cierta selectividad), se recomienda que cada una de las dos varillas empleadas como antena estén ajustadas a un cuarto de onda a la frecuencia media de la banda de operación (75 cm en la banda de radiodifusión de FM, 50 cm para la banda de 2 metros). Ambas varillas se dispondrán extendidas, en línea (formando una antena dipolo) o en V (dipolo en V).
Empleando como diodos detectores diodos de germanio OA95 o equivalentes (AA119), el medidor puede trabajar bien en bandas de VHF. Usando diodos Schottky BAT85 o equivalentes (1N5711), el medidor puede operar a frecuencias más altas (UHF).
Este sencillo instrumento se puede utilizar para el ajuste de antenas de transmisión, para medir cualitativamente la potencia radiada por la antena y observar las variaciones de ésta cuando se realizan ajustes en la antena o ajustes en la potencia del transmisor.
Sencillo medidor de campo para VHF nº 1
Tal como está diseñado, este sencillo medidor de campo, que también es aperiódico (no sintonizado), está diseñado para frecuencias de VHF, más concretamente en la banda de 80-100 MHz (banda de radiodifusión en FM), aunque ello depende de la bobina L1.
La bobina L1 consta de 4 a 6 espiras de hilo de calibre 20 swg (0,9 - 1 mm de diámetro) arrolladas al aire y algo espaciadas, arrolladas sobre una forma plástica de unos 6-7 mm de diámetro, o algo similar. En su lugar puede utilizar alternativamente una bobina o inductor de valor 0,15 - 0,35 µH. Para bandas de VHF más altas (p.ej, en 140-150 MHz), realice L1 con 2-3 espiras.
Su sensibilidad es baja, y es útil para comprobar equipos y antenas de la banda de radiodifusión de FM próximos. Utilizando un pequeño miniemisor de FM alimentado con una pila de 9 volts, el medidor de campo llega a detectar su señal, moviendo la aguja del indicador, a una distancia de unos 60 cm). Con transmisores de FM de mayor potencia, que dan señales mucho más fuertes, el medidor de campo los detecta a distancias mucho mayores. El indicador utilizado es un microamperímetro de aguja con una sensibilidad de 250 µA a fondo de escala. Con microamperímetros de mayor sensibilidad, el medidor de campo será más sensible.
La señal de RF, tanto si está modulada como si no, es captada por la antena, detectada y convertida en tensión continua por el diodo de germanio (tipo OA91, OA95, 1N34, AA119, o equivalente), y filtrada por el condensador de 100 pF. La pequeña tensión continua es aplicada a la puerta de un transistor FET, polarizada por la resistencia de 3,3 Megohmios. El transistor FET está polarizado en corte gracias a la resistencia ajustable de 10 K, y las corrientes de RF detectadas, al ser aplicadas a la puerta del transistor FET, modifican su polarización y sacan de corte al transistor, por lo que circulará corriente por el FET que hará desviar la aguja del indicador.
El transistor FET empleado es un FET 2N3819, de propósito general. No es necesariamente un transistor FET para altas frecuencias, ya que se emplea como amplificador de tensiones continuas con alta impedancia de entrada. Como antena se emplea una pequeña antena telescópica que sobresalga de la caja metálica donde va contenido el circuito y la pila.
El ajustable de 10 K es utilizado para polarizar el FET a la polarización en corte, esto es, de manera que en ausencia de señales de RF próximas, ha de ajustarse de manera que el indicador del medidor quede a cero, en el punto en que el transistor FET casi comienza a conducir.
Sencillo medidor de campo para VHF nº 2
Similar al anterior, este medidor de campo para VHF es una variante de uno publicado en una antigua revista de 73 Radio Electronics. Se han cambiado algunos componentes respecto al original para mejorar su baja sensibilidad.
Como el anterior, su primera etapa actúa como receptor de cristal. Utiliza un diodo detector de germanio, como el 1N34 o el AA119 (este último más común en Europa). La banda de uso etá determinada por la bobina L, y en menor medida, por C (que no es más que un condensador de filtrado de la señal rectificada por el diodo). Para la banda de FM y VHF, para L arrolle una bobina de 5 mm de diámetro y 6-8 espiras de hilo esmaltado de 1 mm de diámetro. Puede variar la banda de frecuencias espaciando un poco más las espiras o apretándolas. C es mucho menos crítico. Un valor mínimo del orden de 100 pF es válido.
La segunda etapa está basada en el versátil transistor JFET 2N3819, actuando como amplificador de alta impedancia. Con el potenciómetro de 470 K puede regular la sensibilidad del circuito. El ajustable de 1 K es usado para ajustar a cero el miliamperímetro en ausencia de señales de RF próximas (equilibrando el puente de divisores de tensión formado por el FET, el ajustable de 1 K y las dos resistencias de 1,5 K). Como miliamperímetro puede emplear cualquier miliamperímetro de aguja de 50 mA o algo menos que usted pueda conseguir. Y añada un interruptor para cortar la alimentación de la pila cuando no emplee el medidor.
Sencillo medidor de campo de uso general nº 1
Sencillo medidor de campo extraído de freecircuitdiagram.com (y original de Meddium Wave Alliance), es un medidor de campo sintonizado y con amplificación de la corriente detectada por el diodo detector, requiriendo una baja tensión de alimentación (una simple pila de 1,5 voltios).
L1 debe ser elegida para la frecuencia a la que deba operar este medidor, y mediante el condensador variable C1 se ajusta finamente la frecuencia de sintonía del medidor de campo, ajustándolo a máxima desviación de la aguja del indicador analógico en presencia de las señales de RF del transmisor o antena que queremos ajustar.
Las señales captadas por la antena son sintonizadas por L1 y C1, detectadas por D1, filtradas por C2, y aplicadas a la base del transistor de germanio Q1, el cual entra en conducción si las señales detectadas son suficientemente fuertes para polarizar la unión base-emisor de Q1 para que éste entre en conducción (requiere 0,2-0,3 V de tensión detectada).
Debido a las muy débiles corrientes de fugas propias de los transistores de germanio, el indicador analógico puede indicar el paso de una cierta corriente a través del transistor en ausencia de señales de RF, por lo que se deberá ajustar el indicador analógico mediante el ajustable R1 exactamente a cero en ausencia de señales de RF.
Este diseño es muy antiguo, y los transistores originales empleados para Q1 son el 2N107 o el GE-2, tipos muy antiguos que hace bastante tiempo dejaron de fabricarse. No obstante, cualquier transistor PNP (a ser posible de germanio) deberá funcionar correctamente en este circuito. Puede emplearse para ello transistores de germanio europeos como los tipos AF139, AF239, AF267, AF367 o AF369, tipos modernos de germanio que aún se pueden encontrar, e incluso puede probarse con estos tipos más modernos eliminar el diodo detector D1 y el condensador C2, dejando que sea la unión base-emisor del transistor la que actúe como diodo detector, y el propio transistor como amplificador de la señal que él mismo detecta (los transistores indicados pueden operar hasta por encima de los 500 MHz).
Si se emplean transistores PNP de silicio, también funcionará, pero el medidor de campo será menos sensible, ya que se requieren señales de RF de mayor nivel para alcanzar la mayor polarización base-emisor del transistor PNP (0,6 voltios) para que empiece a conducir.
Lista de componentes
Q1 Transistor PNP de germanio, ver texto
R1 Potenciómetro 50 K
R1 1 K , 1/2 W
R2 1 K , 1/2 W
D1 1N34, OA95, AA119 ; (diodos de germanio)
J1 Jack para antena. La antena deberá estar aislada de la caja metálica
meter miliamperímetro, 1 mA de fondo de escala
Antena Antena telescópica o varilla metálica rígida, 30 a 50 cm de longitud.
L1, C1 Elegidos para ser resonantes a la frecuencia deseada, ver texto.
Sencillo medidor de campo de uso general nº 2
Otro sencillo medidor no sintonizado, extraído de freecircuitdiagram.com, emplea un único transistor, tipo MPSA18 o equivalente , como componente activo, para amplificar y detectar las señales de RF captadas por la antena, y ponerla de manifiesto a través de un miliamperímetro de aguja de 1 mA de fondo de escala.
A destacar la polarización del transistor MPSA18, cuya base está ligeramente polarizada gracias a la resistencia de 1 Megohmio a positivo de alimentación y al diodo de silicio 1N914, conectado a masa, y que al ser un diodo de silicio, limita la tensión de polarización en el punto de unión de ambos componentes a 0,6-0,7 Voltios (caída de tensión directa del diodo de silicio). La muy débil corriente que circula por la resistencia de 1 Megohmio hace que la tensión de polarización de la base del transistor lleve a éste al punto de casi conducción a través del choque de radiofrecuencia de 470 µH (que aísla los dos componentes anteriores de la radiofrecuencia captada por la antena), y el diodo schottky 1N5711, el cual, debido a la pequeña caída de tensión interna que introduce, hace que la tensión de polarización base-emisor del transistor sea inferior a 0,6 volts, pero no nula, por lo que adopta un valor intermedio, que deja al transistor polarizado casi al punto de iniciar la conducción (polarizado en corte). En estas condiciones, las señales recibidas por la antena no necesitan alcanzar una vez detectadas por el diodo schottky la tensión de 0,6 voltios base-emisor necesaria para polarizar en conducción el transistor y así actuar el indicador analógico de aguja.
El auténtico derector de RF es el diodo 1N5711 (un diodo schottky de alta velocidad para aplicaciones de VHF y UHF), y con la polarización indicada para la base del transistor MPSA18, este último se comporta como un amplificador de corrientes continuas de alta sensibilidad. Como equivalente de este transistor americano puede emplearse cualquier otro transistor NPN de alta ganancia en continua (equivalentes directos del MPSA18 son el BC349C y el 2N3904). Como antena puede emplear un trozo de alambre metálico rígido de 15-20 cm de longitud, o una antena telescópica.
Debido a la presencia del choque de RF de 470 µH, éste puede entrar en resonancia con el condensador ajustable de 20 pF del circuito de antena para señales de frecuencias bajas, por lo que este medidor de campo puede ser empleado como medidor de campo sintonizable en frecuencias de Onda Media y en la parte más baja de la Onda Corta. En este caso se ha de ajustar el condensador variable de 20 pF a máxima lectura del indicador analógico de aguja en presencia de señales de RF próximas, buscando así la resonancia del circuito de antena del medidor a estas señales. Ello será útil para ajustes de antenas y transmisores en la banda de radioaficionados de 160 metros (1,8 MHz), o los pequeños emisores en la parte alta de la Onda Media que en Norteamérica están autorizados legalmente su construcción y uso por parte de cualquier aficionado (con las restricciones legalmente establecidas para ello).
Mientras no hayan señales de RF próximas que puedan actuar el medidor de campo, el consumo de éste es despreciable (alrededor de los 10 µA, debido a la corriente de polarización que circula por la resistencia de 1 Megohmio), por lo que el autor no consideró necesario un interruptor para cortar la alimentación cuando no se emplee, aunque hay versiones posteriores de este circuito que incorporan un interruptor de alimentación. La alimentación empleada es proporcionada por una pila de 9 voltios.
Fernando EB3EMD
Noviembre 2009