A medição de potência de RF

É muito bom ver que a montagem caseira de equipamentos para radioamadores ressurgiu em plena carga após um pico registrado a anos atrás com os clubes de CW e a operação QRP.

E todo mundo que monta QRP quer saber qual a potência que o seu QRP está desenvolvendo. Consultando a WEB surgirão dúvidas pois existem informações que confundem muito o radioamador.

Um pouco de história

Como sou autodidata , não sou um expert em engenharia e tudo que sei foi lendo em livros, consultando a WEB, com amigos e experimentalmente. E sempre que calculo algo quero ver na pratica se está correto.

E não foi diferente nas medições de potência, onde encontramos vários medidores de potência (power meter), carga fantasma (dummy load) e pontas de RF (RF probes). Os cálculos de potência divergiam, basicamente havia duas fórmulas, onde uma dava o dobro de valor que a outra ! - Qual estava correta ?

As duas potências de um transmissor CW

Para um TX CW temos duas potências importantes :

Potência de entrada

É a energia gasta para o amplificador de potência (PA) funcionar e para se medir ela devemos conectar um amperímetro (multímetro na escala de mA DC) na linha de alimentação positiva com um capacitor de 10nF em paralelo, para medirmos a corrente que passa pelo circuito (corrente de coletor Ic)

Esquema de um PA comum

A potência de entrada é dada pela formula derivada da lei de Ohm :

P = V * I onde a potência é igual o produto da tensão (Volts) pela corrente (Amperes).

No nosso caso :

P entr = Vcc * Ic

Onde Vcc é a tensão de alimentação em Volts (normalmente 12 ou 13,8 V)

Ic é a corrente do coletor - medida anteriormente em Amperes

Exemplo

Vcc = 12 V

Ic = 100 mA = 0,1A

A potência de entrada será :

P entr = 12 * 0,1 = 1,2 W

Potência de saída

Para medirmos a potência de saída de uma forma simples e feita em casa, utilizamos uma carga resistiva da impedância da antena (50 Ohms) e uma ponta de RF.

A carga resistiva (carga fantasma) é geralmente montada com a associação de resistores em paralelo (de carvão ou metal filme) não indutivos, com um poder de dissipação maior que a potência a ser medida.

Ela é normalmente conectada na saída de antena .

A potência do nosso transmissor vai ser dissipada em calor e muito pouco será irradiada, nesta descarga aparecerá uma tensão de RF, devido a corrente que passa pela carga e será proporcionalmente maior ou menor em função da corrente.

Para medirmos a tensão presente no resistor de carga, utilizamos uma ponta de RF simples, constituída de um capacitor para isolar qualquer tensão continua , um diodo de sinal (germânio ou silicio) , um capacitor para armazenar as tensões de pico e uma saída para um medidor de tensão continua externo.

Esquema de uma ponta de RF

Como podemos observar, com esta ponta de RF mediremos o sinal senoidal da RF (semi-ciclo positivo) ou a tensão de pico Vp, que tem uma relação definida com tensão efetiva, conhecida como RMS . Em termos matemáticos :

Vrms = Vp / Raiz quadrada (2)

Para calcularmos a potência utilizamos a formula :

P = V * V / R ( derivada de P = V * I e de I= V / R)

Como medimos o valor de pico com a nossa ponta de RF + o voltímetro , nossa formula para a Potência RMS será dada por :

Prms = (Vrms * Vrms)/ R = (Vrms)^2 /R

Ainda

Prms = ( Vp / raiz quadrada 2) ^ 2 / R = (Vp)^2 / 2 / R = (Vp)^2 / 2 * R

Assim para uma carga de 50 Ohms teremos

Prms = ( Vp ) ^2 / 100

Teoricamente a voltagem medida é um pouco menor devido a queda de tensão que ocorre no diodo retificador, que tem uma tensão de junção de 0,7V (silício) .

Assim devemos adicionar a nossa formula que ficará :

Prms = ( Vp + 0,7 )^2 / 100

Onde Vp é a tensão em Volts, obtida na medição da tensão em uma carga de 50 Ohms com a ajuda da ponta de RF e um voltímetro.

Rendimento

O rendimento da etapa final é dado pela formula :

R = P saída / P entr

Este valor é geralmente de 0,6 ou seja 60% em casos especiais é possível se obter um rendimento de 90% .

Conclusão

Assim concluímos que não é possível obter uma potência de saída maior que a potência de entrada e passamos a utilizar as formulas aqui descritas.