home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Antennas / Antennas_CD-ROM_Walnut_Creek_September_1996.iso / articles / instrums / legends.txt < prev    next >
Text File  |  1996-06-30  |  9KB  |  191 lines

  1. ANTENNA MEASUREMENTS
  2. R.P.Haviland, W4MB
  3.  
  4. LEGENDS FOR FIGURES
  5.  
  6.  
  7.  
  8. Fig. 1. Use of Lamp Bulbs as Ammeters
  9.     a) Use as wide band RF ammeter. Estimate current by
  10. brightness. Or place a second bulb with known current from a
  11. battery, rheostat and ammeter as close as possible, adjusting
  12. current for equal brightness. The RMS RF current is the same as
  13. the ammeter reading. 
  14.     b) Two bulbs separated by 1/4 wavelength make a SWR
  15. indicator. Equal brightness is 1:1 SWR unless line length is
  16. accidently such as to give a false equality. If the relative
  17. brightness changes on moving the 1/8 wave section to the
  18. transmitter end, the new relative brightness is the correct
  19. indication.
  20.  
  21. Fig. 2. Neon Bulb Indicators
  22.     A small neon bulb is a useful indicator of the presence of
  23. RF. Sensitivity can be increased by forming the leads into dipole
  24. form. Or:
  25.     a) Bias the bulb with a small DC current from a battery, to
  26. just above the striking voltage.
  27.     b) Use a higher adjustable voltage to measure the difference
  28. between the striking voltage with RF present and absent. This is
  29. equal to the peak RF voltage across the terminals.
  30.  
  31. Fig. 3. Diode Voltmeters
  32.     a) Germanium diode RF voltmeter for low voltage
  33. measurements. A 1N914 silicon diode will withstand higher
  34. voltages, with a small loss in sensitivity.
  35.     b) A vacuum tube diode voltmeter for high voltage RF
  36. measurements. Also useful in transmitter development. Use
  37. appropriate safety precautions.
  38.  
  39. Fig. 4. RF Ammeters
  40.     a) Hot Wire ammeter, measuring the current by amount of
  41. elongation of a wire heated by the current. Liable to damage by
  42. shock, or by too high current.
  43.     b) Thermocouple ammeter, which produces a small DC current
  44. by measuring the temperature of a wire heated by RF with a
  45. minature two-metal thermocouple. Liable to damage by excessive
  46. current. Very good as a calibration standard.
  47.     c) Transformer ammeter, measuring the voltage induced in the
  48. secondary by the current in the one-turn primary winding. Now the
  49. most popular RF ammeter.
  50.  
  51. Fig. 5. Elements of aa Signal Generator
  52.     Essential elements of a RF signal generator, producing a
  53. voltage of known level at a known frequency. Frequency accuracy
  54. depends on the oscillator calibration accuracy, and on drift. An
  55. external digital meter is necessary for precise work. Amplitude
  56. accuracy depends on the accuracy of the RF voltmeter, and on the
  57. attenuator. A good design provides both the pre- and post-
  58. attenuator outputs, typically 1.0 and zero to 0.1 volt. Frequency
  59. swept generators use a low frequency form of FM modulation,
  60. linear vs time, or sine wave, both typically syncronized to the
  61. power line frequency. Power line filtering or the double
  62. shielding of the oscillator as in the best designs is not shown.
  63.  
  64. Fig. 6. Transmitter Power Reducer
  65.     Values for a power attenuator, to reduce transmitter levels
  66. for antenna measurements. Designed for 10 watts input, this can
  67. be constructed for 1 or 0.1 watt output to a matched load. The
  68. unit can be mounted with the resistors in oil, or they can be in
  69. a performated metal case for good air circulation. Intended for
  70. use with in input RF wattmeter: a voltmeter as in Fig. 3a can be
  71. included.
  72.  
  73. Fig. 7. Simple Signal Generator
  74.     Single IC signal generator for rf work, values for 14 MHz
  75. being shown. The coil must have good Q, and an all xtal design is
  76. easier. The output may be increased by replacing the 3 parallel
  77. open collector inverters with a high voltage type, the 50 ohm
  78. resistor being fed from 12-25 volts.
  79.  
  80. Fig. 8. Diode Noise Generator
  81.     Elements of a noise generator using the noise produced by a
  82. reverse biased diode. The circuit assumes a DC current path
  83. through the external circuit. If not present, a resistor equal to
  84. the the line impedance may be shunted across the output
  85. terminals. Intended for relative measurement, but the noise
  86. output can be calibrated by comparison to the signal from a good
  87. RF signal generator. Precision diode types are occasionally found
  88. at hamfest tables.
  89.  
  90. Fig. 9. Balanced Line SWR Indicator
  91.     a) This post WWII open wire line indicator shows low SWR
  92. when the bulb towards the transmitter is bright as compared to
  93. the one towards the load. Dimension shown and bulb types suitable
  94. for a transmittter of 50-100 watts output. Sensitivity is
  95. adjusted by the spacing from the main line.
  96.     b) Coax version of a).
  97.  
  98. Fig. 10. SWR measuring Instruments
  99.     a) Transmission line directional coupler, an extension of
  100. Fig. 9. Sensitivity is much higher, due to use of the diode
  101. detector. A typical unit made for the CB band is usable for the
  102. low power range from about 0.1 to 10 watts.
  103.     b) Coupler/ indicator which separates the magnetic and
  104. electric field coupling to the line. Careful construction is
  105. neded to eliminate the effects of stray coupling, see the ARRL or
  106. other handbooks for design details. 
  107.  
  108.   
  109. Fig. 11. Series Elements for SWR to R,X Measurement
  110.     Series or parallel resistance and/or reactance can be used
  111. to give R and X measurement from 2 or 3 SWR values. Use a
  112. rectangular or Smith chart, or computer program, for calculation.
  113. Typical values for 14 MHz are shown at a) resistor, b) capacitor,
  114. c) inductor. For the parallel equivalents, use the relation Xp *
  115. Xs=Zo * Zo.
  116.  
  117. Fig. 12. Elements of Impedance Measurements
  118.     a) Basic measuring setup, of signal generator, bridge and
  119. detector. A wide band detector is often used with a single-
  120. frequency generator, but a narrow band detector (receiver) must
  121. be used if the signal source is wide band, such as a noise
  122. generator or a swept frequency oscillator.
  123.     b) Basic four arm  bridge, usually designed for equality of
  124. the upper and lower arms. The standard arms may be a center
  125. tapped transformer, or two resistors, or may be more complex. The
  126. series adjustable arm type is good for dioles below resonance, as
  127. shown for the series RC unknown element. Parallel arms may also
  128. be used, as in the GR RF bridge and some noise bridges.
  129.     c) Transmission line bridge. the resistive component of the
  130. unknown is determined by adjusting the relative capacitive and
  131. inductive coupling to the line ends, and the reactive component
  132. by the fractional wavelength departure from line center at
  133. balance. This is the principle of the HP RF bridge. Other design
  134. are found in the literature.
  135.  
  136. Fig. 13. Transmission Lines for Measurement
  137.     a) Top view of a slotted or trough transmission line,
  138. usually designed for a Zo of 50 ohms. A probe moves along the
  139. open top of the line to give the voltage variation along the
  140. line, which gives the SWR. The position of the voltage minimum
  141. gives the second measurement needed to calculate R and X.
  142.     b) Cross section of a trough line. The probe end is usually
  143. smaller than the conductor diameter. Such lines can be built with
  144. 1 by 3 inch extruded aluminum, or can be sheet metal folded
  145. around a 2 by 4 for forming. The equation gives the conductor
  146. diameter and position for the design impedance. A 6 foot length
  147. is good for 144 MHz and above.
  148.     c) Elements of a Lecher wire system, which may be  designed
  149. for 270, 300, 450 and 600 ohm impedance. If room is available,
  150. useful at HF, for measurement, or for check of the SWR accuracy
  151. of another instrument.
  152.  
  153. Fig. 14. Basic Field Strength Meter
  154.     The essential elements of a field strength meter measuring
  155. the electric field. A magnetic field measurement type omits the
  156. pickup whip, and enlarges the coil into a small loop, or a
  157. ferrite "loop-stick". Low sensitivity types omit the tuned
  158. circuit, but become sensitive to stray fields. An amplifier may
  159. be added to increase sensitivity. See handbooks for design
  160. details.
  161.  
  162. Fig. 15. Dipper Modifications
  163.     a) Addition of a pickup loop for magnetic coupling to a
  164. digital frequency meter. The loop should be permanently mounted,
  165. together with its associated cable, after determining that the
  166. pickup level is adequate for the meter in use. The dipper is now
  167. a precision resonance indicator.
  168.     b) Addition of a coupling capacitor to permit capacitive
  169. coupling to a resonant circuit, for example an antenna. The coil
  170. connection can be one or two turns of the lead around the coil
  171. pin, but an internal connection to a tip jack is better. Should
  172. be connected to a high voltage point. In an antenna this is the
  173. element end. In a trap antenna, it is the inside end of the trap
  174. resonant on the band being investigated. Traps are best checked
  175. when separated from the rest of the element. A shallow dip is
  176. reason to suspect a poor trap. This is an alternate to a) for the
  177. frequency meter.
  178.     c) Coil shape to increase magnetic coupling to a linear
  179. circuit, such as an antenna element. Several turns are needed for
  180. the lower frquencies. Large coils tend to damage the coil
  181. receptacle, so mechanical support should be added for these. A
  182. pair of hooks can be built into this, to hold the dipper at a
  183. constant position to the element. Coupling should be to a high
  184. current point. In dipoles and trap dipoles, this is the element
  185. center. Using this with a) allows determination of the exact
  186. resonant frequency of the element, especially important in
  187. parasitic beams. The assembly is very useful in checking for
  188. tower, guy and boom resonances. It is also useful in TVI
  189. elimination, for searching for unwanted resonances in the
  190. transmitter and TV antenna, and as an interfering signal source. 
  191.