Ho un cavo semirigido con diametro di circa 4 mm e l’idea di farci una antenna collineare per i 868MHz. Il problema è che non ne conosco le caratteristiche, in particolare il fattore di velocità.

Il fattore di velocità può essere misurato conoscendo la lunghezza elettrica del cavo che è in rapporto alla lunghezza fisica attraverso il fattore di velocita (f_v): f_v=l_f/l_e <1, dove l_e è la misura elettrica e l_f la misura fisica del cavo che è condizionata dalla costante dielettrica del isolante del cavo.

In sostanza, nel vuoto e in aria, la velocità di propagazione del segnale è quello della luce, nel cavo è minore v_e = c * f_vdove v_e è la velocità di propagazione nel cavo e c la velocità della luce 3*10⁸ m/s. Questo fa "vedere" al generatore un cavo più lungo della lunghezza fisica.

Non resta che misurare la lunghezza elettrica del cavo. Ci sono almeno due modi con due diversi strumenti:

1. un TDR (Time Domain Reflectometer);
2. un VNA (Vector Network Analyzer).

Ci sono anche altri modi, ad esempio attraverso l’uso di un grid-dip meter, ma fermiamoci ai primi due.

Entrambi gli strumenti citati, se professionali costano cifre importanti, ma è noto che i radioamatori hanno soluzioni pratiche e economiche.

Per realizzare un TDR basta un generatore di impulsi e un oscilloscopio. Un buon progetto, semplice, è disponibile su TDR. Si collega il cavo al generatore di impulsi e si misura, sull’oscilloscopio, il tempo che impiega l’impulso per percorrere il cavo ed essere riflesso alla estremità aperta o in corto circuito, se il cavo è chiuso su un carico di valore pari alla impedenza del cavo, non si hanno riflessioni, e non si fanno misure. Il problema è che per misurare tempi ragionevoli (per l’oscilloscopio spesso in uso) occorre un cavo un po’ lungo. Il mio è di 90 cm, troppo corto.

L’idea è di utilizzare un NanoVNA. Era nel mio cassetto da diversi mesi, ma per impegni vari è rimasto fermo. Il NanoVNA è versatile, un buon strumento per le pratiche hobbistiche e costa poche decine di euro. Devo ringraziare IW2FND, che me lo ha fatto avere.

Per misurare la lunghezza elettrica si può collegare il cavo alla porta CH0 del NanoVNA, ed eseguire una misura di fase. Alla frequenza alla quale il cavo risulta lungo lamda quarti, aperto ad un estremo, il cavo è visto come un corto circuito al generatore e la fase subisce una brusca variazione.

La frequenza (f_m), di variazione di fase, è agevolmente leggibile con un marker.

Si calcola la lunghezza d’onda l=c/f_m

Nel mio caso f_m=59,4MHz, quindi l=300/59,4= 5,050 m (ho diviso c e frequenza per 1.000.000, il risultato è in metri). l/4 = 5,050/4=1,26, questa è la lunghezza elettrica del mio cavo, che devo paragonare con la vera lunghezza fisica, nel mio caso 0,9 m.

f_v=0,9/1,26=0,712.

Il cambio di fase del segnale riflesso dal cavo si presenta ogni frazione dispari di l/4, quindi a ¼, ¾, 5/4 ecc.

La situazione è evidente nella figura seguente.

Si può anche usare il diagramma di Smith. La frequenza cercata è quella a resistenza 0 (marker 2), il punto sulla circonferenza esterna che incrocia l’asse orizzontale delle resistenze. Come in figura.

Se si desidera avere l’impedenza del cavo, il modo più semplice è collegare all’estremo aperto del cavo un potenziometro, in genere 100 ohm vanno bene.

Guardando il diagramma di Smith, si ruota il potenziometro fino a che la curva si raccoglie tutta intorno al centro. La resistenza è visualizzata sul display e può essere misurata con in tester collegato al potenziometro, finita la misura.

L’uso di un VNA per misure precise richiede, in genere una calibrazione e la determinazione dei piani di riferimento, tanto più importante quanto più alte sono le frequenze in gioco. La calibrazione è semplice, ma in questo caso, di misura di fase (non di ampiezza) non è determinante. Anche i piani di riferimento non sono critici, a 60 MHz millimetro più millimetro meno (o centimetro) poco cambia.

La misura può iniziare anche scandendo tutta l’ampiezza di frequenza disponibile su NanoVNA (da 50 KHz a 900 MHz), poi individuato il primo cambio di fase è bene usare tale frequenza come frequenza centrale con uno spandi 5-10 MHz, la valutazione della frequenza di cambio fase sarà più precisa.