Ραδιοερασιτέχνης

Πέμπτη 10 Νοεμβρίου 2011

Return Loss Bridge for the Radio Amateur

Overview

A return loss bridge is a wideband resistive bridge network which can be used to verify the impedance of coaxial cables, antennas, tuning stubs, filters, etc.  It works by comparing an "unknown" impedance to a "known" impedance, which is usually 50 ohms in radio work.  A DC voltage signal is generated which corresponds to the level of impedance mismatch between the "known" and "unknown" impedances.  Generally, the higher the DC voltage output, the worst the impedance mismatch is.  Return loss bridges are ideal for checking antenna systems as they are simple to build and have a very large RF bandwidth.  The version documented here should be accurate from below 1 MHz to over 500 MHz.  The common Standing Wave Ratio (SWR) meter which is normally used to verify an antenna system has a very narrow RF bandwidth, usually only accurately covering 50 MHz or so at a time.
From a Texscan RCB-3 Manual:

Return loss (reflection coefficient) bridges are broadband RF comparators.  These devices develop a DC potential with respect to ground which is proportional to the degree of unbalance in the arms of the bridge circuit.  The bridges provide DC isolation to prevent undesired loading of the circuitry by associated test equipment.
This particular return loss bridge will be based around an Analog Devices AD8307 logarithmic amplifier.  It is designed to work from DC to over 500 MHz, and has a resolution of 92 dB.  The AD8307 is a perfect choice for this project, as the AD8307's +INPUT and -INPUT differential inputs will do the majority of the work for us.  The RF input will be split between these two ports using a simple resistive divider network, and any "unbalance" in the divider (when compared to 50 ohms) will be detected, amplified, and output by the AD8307.  The AD8307 will output a DC voltage level between around 200 millivolts and 1.5 volts.  This signal is then fed to a common PM-128 LCD voltage meter.  The PM-128 is a very common display which is both low-cost (under $10) and easily available from places like JDR Microdevices (www.jdr.com).  The PM-128 LCD meter will need to be slightly modified to display a maximum of 2 volts.  In its stock configuration, it can only display up to 200 millivolts.  The modification involves adding two divider resistors, R_A and R_B.  Resistor R_A should be changed to 300 kohms and resistor R_B should be changed to 2.7 megaohms.  Try to use 1% metal-film resistors if you can.  Also, the PM-128 LCD meter requires a separate 9 volt battery power supply, as the PM-128 needs to be isolated from the voltage source it is monitoring.  A Dual-Pole, Dual-Throw (DPDT) power switch will be used to turn both the LCD meter and the return loss bridge on and off.

Operation

You'll need a tuneable RF signal generator and several common attenuator pads to operate the return loss bridge.  For this FM radio example, we'll use a Broadcast Warehouse PLL+ 1 watt exciter as the signal source and a commercial 60 dB attenuator.  The 60 dB of attenuation may seem like alot, knocking the 1 watt (+30 dBm) exciter RF signal down to a measly -30 dBm.  But remember, the AD8307 logarithmic amplifier is a very sensitive device.  Going overboard on attenuation (to a point) won't hurt the final readings.  In fact, you'll want the final RF input signal to the return loss bridge to be under 1 milliwatt (0 dBm).  The return loss bridge has an additional internal 10 dB of attenuation.
Operating the return loss bridge will go something like this:

Turn on the power to the return loss bridge.  Note the baseline reading on the LCD meter.  It should be reading around 230.  Ignore any decimal points for these readings.

Connect the RF signal source, tuned to the desired frequency for the antenna to be evaluated, to the RF Input jack of the return loss bridge.  Be sure it is well attenuated to under 1 milliwatt (0 dBm).

Leave the Unknown Impedance jack open.

Note the LCD meter reading.  This will be your worst-case impedance mismatch value.

Connect a pure resistive 50 ohm load to the Unknown Impedance jack.

Note the LCD meter reading.  This will be your best-case impedance match value.

Remove the 50 ohm load from the Unknown Impedance jack and connect your antenna using a short length of low-loss coaxial cable.  Be sure your antenna is isolated from any metal objects and from the RF signal source.

Note the LCD meter reading.  You'll want to then tune the antenna until this value is near that of the best-case impedance match value.  It will never be perfect, so don't spend all day doing it.

You may want to make up a set of 75 ohm, 100 ohm, 150 ohm, and 300 ohm resistive loads using standard 1/4 watt carbon-film resistors and some old RF connectors.  If you connect these to the Unknown Impedance jack during the tune-up phase, you can then get a baseline reading of SWR ratios 1.5:1, 2:1, 3:1, and 6:1, respectively.  Try to get your antenna's final SWR value below a ratio of 3:1.
Refer the The ARRL Handbook for Radio Amateurs for more detailed information on tuning and testing radio antennas.

Pictures

Rear view of a stock PM-128 LCD digital voltage meter.  R_A is open and R_B is a wire jumper.  The decimal place pads (P1, P2, P3) on the right are all open.

Rear view of a modified PM-128 LCD digital voltage meter, as used in this project.  Resistor R_A is changed to 300 kohms and resistor R_B is changed to 2.7 megaohms.  Several series surface-mount resistors where used to make the 2.7 megaohm resistor.  Also, the potentiometer was removed and replaced with a 165 ohm resistor and the large, blue 0.22 µF capacitor was replaced with two surface-mount 0.1 µF capacitors in parallel.  Leave the decimal place pads open.

Internal overview.  It's built into an old California Amplifier MMDS downconverter case.  The middle N-connector is the RF Input and the top N-connector is the Unknown Impedance (antenna) connection.  The two batteries power the return loss bridge circuit and the PM-128 meter.

Close up view of the RF Input (bottom), the input 10 dB attenuator pad, the resistive bridge made up of 1% tolerance 49.9 ohm resistors, and the AD8307 logarithmic amplifier.  The 78L05 voltage regulator and filter capacitors are to the left.  Be sure your PC board is constructed with a good RF ground plane.

Outside case overview.  Baseline reading on the meter.  Yes, it is upside down.  So?

Test setup.  The RF signal source is a Broadcast Warehouse PLL+ 1 watt exciter running through a single 60 dB attenuator.  Several different value resistive loads are shown on the right.

Test setup, baseline reading.  The Unknown Impedance jack is left open and there is no RF signal input.

Test setup, worst-case reading.  The 100 MHz RF signal source is now operating and the Unknown Impedance jack is left open.

Test setup, best-case reading.  The Unknown Impedance jack is connected to a pure resistive 50 ohm load.

Test setup, 1.5:1 SWR reading.  The Unknown Impedance jack is connected to a pure resistive 75 ohm load.

Test setup, 2:1 SWR reading.  The Unknown Impedance jack is connected to a pure resistive 100 ohm load.

Test setup, 6:1 SWR reading.  The Unknown Impedance jack is connected to a pure resistive 300 ohm load.

Test setup, with a "rubber ducky" antenna of unknown value connected.  Note how the meter reading is worse than the worst-case reading.  This is because the return loss bridge is only meant to determine a resistive impedance mismatch.  In real life, antennas will have resistive, capacitive, and inductive impedance mismatches.  You'll need one of those fancy MFJ antenna analyzers to measure those values.

Η ιστορία του Guglielmo Marconi

Ο Guglielmo Marconi έστειλε το πρώτο ασύρματο μήνυμα πριν από 100 και πλέον έτη. Αυτή η στιγμή μας εμπνέει ακόμα και σήμερα, επειδή πιστοποιεί ότι η ο άνθρωπος αξιοποιώντας κατάλληλα την τεχνολογία μπορεί να κάνει καταπληκτικά πράγματα.

1874 Γέννηση του Guglielmo Marconi Ο Guglielmo Marconi γεννήθηκε στη Μπολόνια της Ιταλίας στις 25 Απριλίου του 1874 δεύτερος γιος ενός πλούσιου Ιταλού γαιοκτήμονα και μιας Ιρλανδής μητέρας.

1894-96 Ο πρώτος Πομπός – Πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας Ένα χρόνο πριν από την πρώτη μετάδοσή του, ο Marconi, σε ηλικία 20 ετών, ξεκίνησε τη μελέτη των εργασιών του Heinrich Hertz (1857-1894). Ο Marconi άρχισε τα πειράματά του με εφαρμογή των ερτζιανών κυμάτων στη μετάδοση και τη λήψη των σημάτων από απόσταση, χωρίς καλώδια, προς τα τέλη του 1894 στη βίλα Griffone at Pontecchio στη Μπολόνια της Ιταλίας που ήταν και το πατρικό του σπίτι. Βελτίωσε σημαντικά την απόδοση των συσκευών του Hertz . Η απόσταση για τη μετάδοση και την λήψη των σημάτων αυξήθηκε σταδιακά, μεταξύ δύο δωματίων, περισσότερο από το μήκος ενός διαδρόμου του σπιτιού, και έπειτα στους εξωτερικούς χώρους.
Στις αρχές του καλοκαιριού του 1895, πέτυχε εκπομπή σημάτων σε απόσταση περίπου 2 χλμ. Παρόλο που ενδιάμεσα στα σημεία λήψης και εκπομπής μεσολαβούσε ένας λόφος. Η επιτυχία υποδείχθηκε άμεσα με τον κυματισμό ενός μαντηλιού αλλά ήταν τόσο μεγάλη η ικανοποίηση του και για να το γιορτάσει πυροβόλησε στον αέρα με ένα όπλο.

Το Πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας
Τον Ιανουάριο του 1896 ο νεαρός Marconi δημιούργησε μία εφεύρεση ώστε να πάρει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και για το λόγο αυτό το Φεβρουάριο ταξίδεψε στη Μεγάλη Βρετανία. Κάτω από την καθοδήγηση του ξαδέλφου του Henry Jameson Davis, κατέγραψε και οριοθέτησε την τελική προδιαγραφή του για το παγκόσμιο πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα σύστημα της τηλεγραφίας που χρησιμοποιούσε τα ερτζιανά κύματα. Έτσι στις 2 Ιουνίου του 1896 απέκτησε το υπ΄ αριθμόν 12039 Βρετανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας
Τον Ιούλιο του ίδιου έτους πραγματοποίησε επίδειξη της εφεύρεσής του στο Ταχυδρομείο. Αυτή η ιστορική επίδειξη έγινε στην περιοχή Three Mile Hill του Salisbury Plain στις 2 Σεπτεμβρίου, με καλεσμένους αξιωματούχους από Γενικό Ταχυδρομείο τον Στρατό και το πολεμικό ναυτικό. Πολλές ακόμα εφευρέσεις ακολούθησαν το 1879. Ο Marconi επέστρεψε στο Salisbury Plain και ξεπέρασε την απόσταση των 7 μιλίων (11.2 χλμ.). Επίσης κατάφερε να επικοινωνήσει κατά μήκος του Bristol Channel. Αυτές οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με κακές καιρικές συνθήκες με αποτέλεσμα οι πρώτες επαφές να αποτύχουν. Την τέταρτη όμως ημέρα των δοκιμών με την κεραία σε 300 πόδια (92m) και τη χρησιμοποίηση ενός spark coil 20 ιντσών (0.5m), ένα νέο ρεκόρ των 8.7 μιλίων (14μ.) επετεύχθη. Ένα από τα μηνύματα με κώδικα Morse που εστάλη ήταν η φράση ‘let it be so' (άστο έτσι). Στο νησί του Wight στις δυτικές ακτές της Αγγλίας, ο Marconi πραγματοποίησε πολλά πειράματα. Το 1897 σήκωσε μία κεραία και εγκατέστησε τον εξοπλισμό του στο ξενοδοχείο Royal Needlesκ και κατάφερε αρχικά να επικοινωνήσει με δύο ferry boats και μετά με σταθμό που ήταν εγκατεστημένος
στο κέντρο του νησιού στο Madeira House στην περιοχή Bournemouth.

Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας

Νο 12039

Γράμμα του Marconi στον πατέρα του
τον Μάρτιο του 1896

1897 Ίδρυση για πρώτη φορά παγκοσμίως εταιρείας Ασύρματης Τηλεγραφίας     (Wireless Telegraph & Signal Company)Το 1897 ο Marconi κατοχύρωσε την εταιρεία του με την ονομασία `Wireless Telegraph and Signal Company`. Premises were needed for the new organisation. Ο Marconi αποφάσισε να την εγκαταστήσει σε τοποθεσία που να είναι κοντά στο Λονδίνο αλλά και εύκολα προσβάσιμη με τρένο. Το Chelmsford ήταν η ιδανική τοποθεσία. Το Δεκέμβριο του 1898, το πρώτο εργοστάσιο ασυρμάτων έγινε γεγονός
χρησιμοποιώντας τις εγκαταστάσεις ενός παλιού εργοστασίου επεξεργασίας μεταξιού στη Hall Street. Το κτίριο αυτό υπάρχει ακόμα και σήμερα.
Η εταιρεία Wireless Telegraph and Signal Company άλλαξε ονομασία πολλές φορές σε:
·        1900 Marconi's Wireless Telegraph Company
·        1963 Marconi Company Limited
·        1987 GEC-Marconi Limited
·        1998 Marconi Electronic Systems Limited
·        1999 Marconi plc
Η εταιρεία Marconi’s Wireless Telegraph Company εξαγοράστηκε το 1946 από την εταιρεία English Electric. Το 1968 η εταιρεία English Electric συγχωνεύτηκε με την εταιρεία General Electric Company (GEC). Το 1999 η εταιρεία GEC μετονομάτηκε σε Marconi plc.

1899-1912 Σώζοντας ζωές Η πρώτη φροντίδα του Marconi ήταν να μπορέσει να αναπτύξει επικοινωνίες μεταξύ αυτών που μετακινούνταν μέσω θάλασσας. Η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκε ασύρματη επικοινωνία για να σωθούν ζωές ήταν το 1899 όταν ένα ασύρματο μήνυμα ελήφθη από το φαρόπλοιο East Goodwin – που είχε εφοδιαστεί με ασύρματες συσκευές Marconi. Εκπέμφθηκε από το φορτηγό πλοίο R.F. Matthews, και αφορούσε αίτημα για παροχή βοήθειας σε σωστική λέμβο.
Τον Ιανουάριο του 1909, πάνω από 1,700 άνθρωποι διασώθηκαν στη θάλασσα όταν το πλοίο S.S. Republic συγκρούστηκε με το Ιταλικό φορτηγό, το Florida σε συνθήκες πυκνής ομίχλης κοντά στις ανατολικές ακτές των Ηνωμένων πολιτειών. Για δύο ημέρες ο Jack Binns, που ήταν ο ασυρματιστής του πλοίου Republic, σε συνθήκες απόλυτου ψύχους έκπεμψε περισσότερα από 200 σήματα για να υποβοηθήσει το έργο των σωστικών συνεργείων. Οι ευχαριστίες των διασωθέντων για τον ασυρματιστή ήταν τεράστιες. Ο ασυρματιστής Jack Binns βραβεύτηκε για τις υπηρεσίες του με ειδικό μετάλλιο, αλλά και με χρυσό ρολόι που απένειμε ο ίδιος ο Marconi ως βράβευση.
Όταν ο Τιτανικός συγκρούστηκε με παγόβουνο στις 14/15 Απριλίου 1912, οι ζωές που χάθηκαν ήταν τραγικά πολλές, αλλά οι επιζώντες χρωστούν τη ζωή τους στις επίμονες κλήσεις του ασυρματιστή του πλοίου που έγιναν χάριν του ασυρμάτου Μarconi που ήταν εγκατεστημένος στο πλοίο. Ο Herbert Samuel, τότε Υπουργός Ταχυδρομείων ανέφερε ότι, ‘Όλοι όσοι σώθηκαν από το ναυάγιο του Τιτανικού, σώθηκαν από έναν άνθρωπο, τον κο Marconi και …. Την καταπληκτική εφεύρεσή του.'

1900 Η διάσημη ευρεσιτεχνία ‘7777’ Η διάσημη ευρεσιτεχνία ‘7777’ επιδόθηκε στις 26 Απριλίου του 1900, και αφορούσε ένα σύστημα συντονισμού κεραιών σε διαφορετικά μήκη ώστε να επιτυγχάνεται η πολλαπλή επιλογή συχνοτήτων. Οπότε οι σταθμοί πλέον είχαν τη δυνατότητα συντονισμού σε συγκεκριμένη συχνότητα.
Κατά τη διάρκεια του 1900 επίσης είδε να αλλάζει το όνομα της εταιρείας σε Marconi's Wireless Telegraph Company.
Τέλος η εταιρεία The Marconi International Marine Communication Company Ltd. Ιδρύθηκε στις 25 Απριλίου για να αναλάβει τις ναυτιλιακές εργασίες της επιχείρησης.

1901 Η πρώτη Υπερατλαντική εκπομπή Το 1901 ο Marconi κατάφερε να επικοινωνήσει σε απόσταση 198 μιλίων μεταξύ των περιοχών Isle of Wight και Lizard στο Cornwall. Αυτή ήταν η προκαταρτική δοκιμαστική εκπομπή για τη μαραθώνια προσπάθειά του για υπερατλαντική επικοινωνία. Ήταν ένα τεράστιο ρίσκο (στοίχημα) τόσο για την επιστημονική, όσο και για την επιχειρηματική καταξίωση του ίδιου του Marconi αλλά και της νεοϊδρυθείσας εταιρείας του. Για το συγκεκριμένο πείραμα επιλέχθηκε η περιοχή Poldhu στη Cornwall ως σημείο εκπομπής του βρετανικού σταθμού και το Cape Cod ως η τοποθεσία για τον Αμερικάνικο σταθμό.
Στις 12 Δεκεμβρίου μία ανεμοθύελλα, δυσκόλεψαν τον Marconi και τους βοηθούς του να σηκώσουν την κεραία τους με τον αετό αλλά στις 12.30, 1.10 και 2.20, κατάφερε να καταγράψει τις τρείς τελείες του γράμματος ‘Σ’ που εκπεμπόταν από την άλλη πλευρά του ατλαντικού.Η εποχή των επικοινωνιών μεγάλης απόστασης είχε ξεκινήσει.
1920-22 Πρώτη ασύρματη (ραδιοφωνική) εκπομπή για το κοινό (BBC Formed) Μία ακόμα σημαντική εφαρμογή που πραγματοποιήθηκε με την τεχνολογία της ασύρματης επικοινωνίας ήταν η γέννηση της ραδιοφωνίας. Στις 15 Ιουνίου του 1920, η πρώτη βρετανική ραδιοφωνική εκπομπή έλαβε χώρα. Ένα τραγούδι διάσημου τότε καλλιτέχνη εκπέμφθηκε, χρησιμοποιώντας έναν πομπό ραδιοτηλεφωνίας Marconi 15 kW από την περιοχή Chelmsford. Η εκπομπή αυτή, ακούστηκε από πολλές χώρες.
Στα 1921, η εταιρεία εκλήθη, να εκπέμψει το πρώτο κανονικό πρόγραμμα ψυχαγωγίας κοινού, από έναν σταθμό χαμηλής ισχύς τοποθετημένο κοντά στο Chelmsford και αργότερα από τον πρώτο ραδιοφωνικό σταθμό στην έδρα της Marconi .
Από τότε πολλές μη εξουσιοδοτημένες (πειρατικές) εκπομπές καταγράφονταν, οπότε για να νοικοκυρευτούν τα πράγματα ιδρύθηκε το πρώτο ραδιοφωνικό συμβούλιο, εποπτικός οργανισμός, όπου απο 1922 ενέκρινε τις άδειες των ραδιοφωνικών σταθμών και ονομάστηκε British Broadcasting Company, όπου αργότερα έγινε η γνωστή σε όλους μας British Broadcasting Corporation (BBC).
Ο Marconi δεν ενδιαφερόταν αρχικά για την τηλεόραση. Τελικά όμως η εταιρεία του στην Αγγλία, ασχολήθηκε σοβαρά με το γεγονός και το 1934 συγχωνεύτηκε με την εταιρεία EMI Ltd σε μία νέα εταιρεία με την ονομασία The Marconi-EMI Television Co. Ltd. Που ήταν και υπεύθυνη πλέον για όλους τους τύπους των εκπομπών. Το σύστημα τηλεόρασης που δημιούργησε η εταιρεία The Marconi-EMI υιοθετήθηκε το 1936 από το BBC για τις τηλεοπτικές του υπηρεσίες – τις πρώτες παγκοσμίως.

1932 Πρώτο τηλεφωνικό μικροκυματικό link O Marconi επιστρέφοντας στη μελέτη των short wavelengths το 1932, προσωπικά επέβλεψε την εγκατάσταση του πρώτου μικροκυματικού τηλεφωνικού link στο Βατικανό σε σύνδεση με την εξοχική κατοικία του Πάππα, στο Castel Gandolfo.
1937 Ο θάνατος του Marconi & η γέννηση του Βρετανικού Radar εναέριου ελέγχου.
Ο Marconi μετακόμησε στη Ρώμη το 935, αποφασισμένος να μην ξαναφύγει ποτέ από την Ιταλία. Πέθανε τις πρωινές ώρες της 20ης Ιουλίου του 1937 σε ηλά να στείλουν το μήνυμα ότι όλα ήταν βουβά, όπως την πριν Marconi εποχή.
Ο Marconi είχε εξομοιώσει την αρχή της τυφλής πλοήγησης στις αρχές του 1930 και το 1935 ο Sir Robert Watson-Watt ξεκίνησε πειράματα σε radar στις ακτές του Suffolk. Το 1937 η εταιρεία πήρε εντολές από την κυβέρνηση για δημιουργία εκπομπών τύπου CH (Chain Home) οπότε δημιουργήθηκε και το πρώτο δίκτυο radar εναέριου ελέγχου.

Επαναλήπτες

ΝΕΟ ΟΝΟΜΑ	ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΟΝΟΜΑ	ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ Mhz	SHIFT Khz

RV48	R0	145.600	-600
RV50	R1	145.625	-600
RV52	R2	145.650	-600
RV54	R3	145.675	-600
RV56	R4	145.700	-600
RV58	R5	145.725	-600
RV60	R6	145.750	-600
RV62	R7	145.775	-600
RV46	R-1	145.575	-600

RU368	RU0	434.600	-1600
RU370	RU1	434.625	-1600
RU372	RU2	434.650	-1600
RU374	RU3	434.675	-1600
RU376	RU4	434.700	-1600
RU378	RU5	434.725	-1600
RU380	RU6	434.750	-1600
RU382	RU7	434.775	-1600
RU384	RU8	434.800	-1600