home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ QRZ! Ham Radio 4 / QRZ Ham Radio Callsign Database - Volume 4.iso / digests / antenna / 940201.txt < prev    next >
Internet Message Format  |  1994-11-13  |  19KB

  1. Date: Mon, 27 Jun 94 04:30:19 PDT
  2. From: Ham-Ant Mailing List and Newsgroup <ham-ant@ucsd.edu>
  3. Errors-To: Ham-Ant-Errors@UCSD.Edu
  4. Reply-To: Ham-Ant@UCSD.Edu
  5. Precedence: Bulk
  6. Subject: Ham-Ant Digest V94 #201
  7. To: Ham-Ant
  8.  
  9.  
  10. Ham-Ant Digest              Mon, 27 Jun 94       Volume 94 : Issue  201
  11.  
  12. Today's Topics:
  13.                         4 square phased array
  14.                           Dipole impedance?
  15.                   Quadfiliar helix for GPS (2 msgs)
  16.                         simple SSB receiving 
  17.             Thick Ethernet cable in place of RG cables ???
  18.  
  19. Send Replies or notes for publication to: <Ham-Ant@UCSD.Edu>
  20. Send subscription requests to: <Ham-Ant-REQUEST@UCSD.Edu>
  21. Problems you can't solve otherwise to brian@ucsd.edu.
  22.  
  23. Archives of past issues of the Ham-Ant Digest are available 
  24. (by FTP only) from UCSD.Edu in directory "mailarchives/ham-ant".
  25.  
  26. We trust that readers are intelligent enough to realize that all text
  27. herein consists of personal comments and does not represent the official
  28. policies or positions of any party.  Your mileage may vary.  So there.
  29. ----------------------------------------------------------------------
  30.  
  31. Date: 26 Jun 1994 13:37:05 -0400
  32. From: newstf01.cr1.aol.com!search01.news.aol.com!not-for-mail@uunet.uu.net
  33. Subject: 4 square phased array
  34. To: ham-ant@ucsd.edu
  35.  
  36. I would like to set up a "4 square" 40 MHz phased array of 4 folded
  37. dipoles each 1/2 wavelength from the other and 1/4 wavelength above
  38. ground.  This should give me a broadside 50 x 50 deg beam pointing
  39. straight up.  But i need the beam to be pointing 40 deg from the
  40. horzion in elevation. I intend to use 300 ohm TV lead.
  41.                         /                 /  
  42.                        /                 /            I am using
  43. Kraus' book 
  44.                  ant. 1          ant. 2           "Antennas", and the
  45. ARRL
  46.                                                        Antenna
  47. Handbook.  I have
  48.                                                        very little
  49. experience in this
  50.                    /                  /                area. I have
  51. the following
  52.                   /                  /                 questions.
  53.              ant. 3             ant. 4
  54.  
  55.    1)  Do I phase the group of 4 by phasing ant. 1 & ant. 2, then    
  56.             similarly phase ant. 3 & ant. 4?
  57.  
  58.     2) If the earth acts as a reflector or ground plane,  is it
  59. physically                connected to the dipoles?
  60.  
  61.     3) How do I attach the leads from the antannas? Can I parallel 
  62.  them and use  baluns to match the receiver line?
  63.  
  64. I'll apreciate any comment.
  65.  
  66. Thanks
  67. Ray
  68.  
  69. ------------------------------
  70.  
  71. Date: Sun, 26 Jun 1994 13:29:55 GMT
  72. From: ihnp4.ucsd.edu!swrinde!gatech!kd4nc!ke4zv!gary@network.ucsd.edu
  73. Subject: Dipole impedance?
  74. To: ham-ant@ucsd.edu
  75.  
  76. In article <2ue991$48@hippo.shef.ac.uk> ph922806@silver.shef.ac.uk (A Armitage) writes:
  77. >I've built several home designed, low power (approx 0.5Watts) short wave 
  78. >radio transmitters. At the moment I'm operating from a home made dipole 
  79. >aerial mounted horizontaly with a full span of about 20 meters. To feed
  80. >the dipole I'm using 50 Ohm co-axial cable (not the best thing) but what
  81. >I'd really like to know is how do I adjust the dipole length to match the
  82. >impedances correctely. If anyone knows or has any equations relating
  83. >dipole length to impedance I'd be greatfull. Thanks
  84.  
  85. It's not quite that simple. A dipole has it's lowest impedance when
  86. cut to resonance. The reactive part of the impedance rises either side
  87. of resonance. The resistive part of the impedance varies in a more
  88. complex way, with radiation resistance at a particular frequency generally 
  89. decreasing as gross physical length is reduced.  Loss resistance, which 
  90. appears as part of the terminal impedance, varies with several factors 
  91. including conductor diameter and the conductance of the material. Loss 
  92. resistance also is proportional to the proximity of partially conductive 
  93. objects, including the Earth.
  94.  
  95. In any event, you want maximum radiation from the antenna, and that's
  96. roughly proportional to the amount of current you can push through the
  97. radiation resistance of the antenna, so you need to minimize the reactive 
  98. component of the antenna's terminal impedance. And to minimize the amount
  99. of power wasted as heat you need to minimize loss resistance. You minimize 
  100. reactance by cutting the antenna to resonant length for the frequency in 
  101. use. Whatever impedance is left is radiation resistance (and loss resistance), 
  102. and that's what you've got to match to the transmitter, whatever value it 
  103. may have for a particular antenna. That's why you use matching networks. 
  104. These are ideally impedance transformers composed of pure reactances that 
  105. consume no power themselves. Typical networks are of the L or Pi configuration,
  106. though conventional RF transformers work well for balanced feeds. Any good 
  107. antenna book will have the equations for designing proper matching networks.
  108.  
  109. Loss resistance needs to be minimized, but in the real world it can
  110. never be completely eliminated. The best we can do is try to maintain
  111. the highest ratio possible of radiation resistance to loss resistance.
  112. That's because power is proportional to I^2*R, we want current high for
  113. maximum radiation, and we want losses low for highest efficiency.
  114. There are two avenues to attacking that problem. First we can try to
  115. make the radiation resistance as high as possible. That generally means
  116. making the antenna bigger (up to natural resonant length, physically 
  117. small electrically loaded antennas will have a lower radiation resistance). 
  118. Second, we can attempt to minimize loss resistances. Conductor resistance 
  119. is part of that, so we should use as large a diameter, and as high a 
  120. conductivity material, as possible for the antenna element. And we should 
  121. locate the antenna as far as possible from lossy partially conducting 
  122. objects, most notably the Earth. (For verticals that must work against
  123. a groundplane, we should attempt to improve the conductivity of the
  124. groundplane as much as possible.)
  125.  
  126. A horizontal 20 meter dipole has a free space radiation resistance of
  127. about 70-75 ohms at resonance. A horizontal dipole mounted low over
  128. the Earth will have a lower impedance due to mutual coupling with the
  129. Earth. At a half wavelength height, it'll have a terminal impedance
  130. of about 50 ohms, and part of that will be series loss resistance due
  131. to the imperfect conductivity of the antenna and the Earth. At lower
  132. heights, things become complex as the Earth coupling increases and
  133. near field effects dominate.
  134.  
  135. Just pruning antenna length for lowest VSWR reading *should* put the
  136. antenna at resonance in most instances, but typically it will *not* 
  137. achieve  a perfect 1:1 match. IE the ideal terminal impedance, consisting 
  138. only of radiation resistance (and series loss resistance), may not occur 
  139. at the characteristic impedance of the feedline. 
  140.  
  141. A common example of this sort of thing is a mobile whip antenna. Ideally,
  142. if it's a full physical 1/4-wave over an ideal groundplane, it'll have a 
  143. 37.5 ohm terminal impedance. That won't give a 1:1 SWR with 50 ohm cable. 
  144. Adjusting antenna length in an attempt to get a 1:1 reading will require 
  145. taking the antenna off resonance, and will add a reactive component that 
  146. makes the antenna harder to drive efficiently. The better approach is to 
  147. use a matching network to transform the 50 ohm characteristic impedance 
  148. of the cable to the 37.5 ohm impedance of the resonant length antenna.
  149.  
  150. (Making the antenna reactive by pruning it off resonance just limits
  151. the amount of current that can flow through the radiation resistance
  152. of the antenna since the reactance is in series with the radiation
  153. resistance. Ideally this doesn't matter since reactances are lossless
  154. and the transmitter output impedance can be raised to continue to drive
  155. the same current through the radiation resistance as in the resonant
  156. case. In the real world, that's often impractical, and the higher
  157. terminal voltage required can lead to arc overs and corona losses.)
  158.  
  159. In the real world, especially with physically shortened antennas, the
  160. radiation resistance may be much lower, on the order of 2 to 5 ohms.
  161. And the loss resistance may be quite high, on the order of 30-40 ohms.
  162. So when you get 1:1 SWR, you almost certainly aren't getting maximum
  163. performance from the antenna. Most of your power is being consumed
  164. in the loss resistance rather than in the desired radiation resistance.
  165.  
  166. Loss resistance has another effect. With high loss resistance the antenna 
  167. Q will be low and the SWR bandwidth will be broad. This is another sure
  168. indication that your antenna isn't efficient. An efficient antenna should
  169. have a relatively narrow SWR bandwidth. (For the purposes of this discussion,
  170. we'll define SWR bandwidth as the bandwidth between the 2:1 SWR points.)
  171. This is of particular interest to users of HF mobile antennas. A typical
  172. 8 foot coil loaded stick that has a SWR bandwidth of more than 20 kHz on
  173. 75 meters is almost certainly very inefficient.
  174.  
  175. Gary
  176. -- 
  177. Gary Coffman KE4ZV          |    You make it,     | gatech!wa4mei!ke4zv!gary
  178. Destructive Testing Systems |    we break it.     | uunet!rsiatl!ke4zv!gary
  179. 534 Shannon Way             |    Guaranteed!      | emory!kd4nc!ke4zv!gary 
  180. Lawrenceville, GA 30244     |                     | 
  181.  
  182. ------------------------------
  183.  
  184. Date: Sun, 26 Jun 1994 13:37:14 GMT
  185. From: ihnp4.ucsd.edu!swrinde!gatech!kd4nc!ke4zv!gary@network.ucsd.edu
  186. Subject: Quadfiliar helix for GPS
  187. To: ham-ant@ucsd.edu
  188.  
  189. In article <Crwqps.88r@twisto.eng.hou.compaq.com> susan@pokey.eng.hou.compaq.com (Susan Scott) writes:
  190. >Just got onto this forum, so please excuse if this is a repeat question.
  191. >Has anybody tried to build an external antenna for a GPS?  In one of these
  192. >radio posts, someone mentioned that the quadrafiliar helix antenna was
  193. >what I needed and that the description could be found in old ARRL Antenna
  194. >Handbooks.  Well, I got the book, but the information is too general for
  195. >a novice like me to translate into an actual antenna.  Has anyone tried it?
  196. >Any suggestions?  ALthough I paid a lot for  the GPS, I hate to have to spend
  197. >the extra couple of hundred they want jst for 20' of coax and this antenna!
  198. >Thanks.
  199.  
  200. Most GPS remote antennas are more than just an antenna. They almost
  201. always include at least a preamp, and in some cases a complete down
  202. converter assembly. That's because the small flexible coaxes used
  203. have too great a loss at GPS frequencies to be overcome by just antenna
  204. gain alone. That's why the antennas are expensive, they actually duplicate
  205. circuitry in the receiver remotely at the antenna. Constructing such 
  206. circuitry at home is a rather advanced amateur technique. Unless you're
  207. experienced at microwave construction, it's probably best to pay the
  208. money for the factory remote antenna.
  209.  
  210. Gary
  211. -- 
  212. Gary Coffman KE4ZV          |    You make it,     | gatech!wa4mei!ke4zv!gary
  213. Destructive Testing Systems |    we break it.     | uunet!rsiatl!ke4zv!gary
  214. 534 Shannon Way             |    Guaranteed!      | emory!kd4nc!ke4zv!gary 
  215. Lawrenceville, GA 30244     |                     | 
  216.  
  217. ------------------------------
  218.  
  219. Date: 27 Jun 1994 01:08:57 GMT
  220. From: ihnp4.ucsd.edu!swrinde!howland.reston.ans.net!spool.mu.edu!bloom-beacon.mit.edu!senator-bedfellow.mit.edu!news.mit.edu!monta@network.ucsd.edu
  221. Subject: Quadfiliar helix for GPS
  222. To: ham-ant@ucsd.edu
  223.  
  224. susan@pokey.eng.hou.compaq.com (Susan Scott) writes:
  225.  
  226. > Just got onto this forum, so please excuse if this is a repeat question.
  227. > Has anybody tried to build an external antenna for a GPS?  In one of these
  228. > radio posts, someone mentioned that the quadrafiliar helix antenna was
  229. > what I needed and that the description could be found in old ARRL Antenna
  230. > Handbooks.  Well, I got the book, but the information is too general for
  231. > a novice like me to translate into an actual antenna.  Has anyone tried it?
  232. > Any suggestions?  ALthough I paid a lot for  the GPS, I hate to have to spend
  233. > the extra couple of hundred they want jst for 20' of coax and this antenna!
  234. > Thanks.
  235.  
  236. There's a nice description of a homebrew GPS system in the
  237. proceedings of ARRL's 9th Computer Networking Conference.  It's
  238. a data only system, but I've learned much from examining the
  239. design.
  240.  
  241. The author describes a quadrifilar made with semirigid coax, along
  242. with a preamp, downconverter, and receiver.  More recent preamp
  243. designs will have lower noise; you'll have to balance this with
  244. antenna noise temperature, since the quadrifilar will see a good deal
  245. of warm earth and therefore won't be terribly low-noise itself.
  246.  
  247. I have seen descriptions of crossed-dipole GPS antennas with a coaxial
  248. scalar horn to control illumination.  If you're dealing with a fixed
  249. installation that needs high performance, this might be the way to go,
  250. though they would be more difficult to reproduce.  For current
  251. information on GPS receiver hardware, you might check out the
  252. magazine _GPS World_.
  253.  
  254. Peter Monta   monta@image.mit.edu
  255. MIT Advanced Television Research Program
  256.  
  257. ------------------------------
  258.  
  259. Date: Mon, 27 Jun 1994 04:42:04 GMT
  260. From: ihnp4.ucsd.edu!usc!howland.reston.ans.net!europa.eng.gtefsd.com!newsxfer.itd.umich.edu!zip.eecs.umich.edu!umn.edu!kksys.com!edgar!tdkt!rohrwerk@network.ucsd.edu
  261. Subject: simple SSB receiving 
  262. To: ham-ant@ucsd.edu
  263.  
  264. In article <2shr81$br8@mail.fwi.uva.nl> agterkam@fwi.uva.nl (Dirk-Jan
  265. Agterkamp (I89)) writes:
  266. >Currently I'm
  267. >planning to build a receiver, who doesn't. However, my intension is NOT
  268. >to use Xtal filters and NOT
  269. >to use a large number of OPAMPS to create sharp lowpass 
  270. >filters. My plan is to use a phasing method instead. 
  271.  
  272. >Thanks in advance, Dirk.  e-mail: agterkam@fwi.uva.nl
  273.  
  274. You should check out January 1993 QST, "High-Performance Single-Signal Direct
  275. Conversion Receivers."  It is a very elegant implementation of the "phasing"
  276. approach for a receiver.  In March, he details a companion phasing SSB exciter.
  277.  
  278. Bye for now,
  279. John K0JD
  280.  
  281.  -> Alice4Mac 2.3 E QWK Eval:05Mar94 
  282.                                                                                         
  283.  
  284. ------------------------------
  285.  
  286. Date: Mon, 27 Jun 1994 02:22:23 GMT
  287. From: ihnp4.ucsd.edu!library.ucla.edu!csulb.edu!csus.edu!netcom.com!wa2ise@network.ucsd.edu
  288. Subject: Thick Ethernet cable in place of RG cables ???
  289. To: ham-ant@ucsd.edu
  290.  
  291. I've used thick Ethernet cable for a 2 meter antenna feed, and it worked
  292. fine.  Looked up the specs in a Beldon catalog, it's similar to RG8U,
  293. 50 ohm coax.  Talked with someone at Beldon and he said they tested
  294. it to several gigahertz, and it acts like any other coax, i.e, nothing
  295. wierd happens in the VHF and UHF range.
  296.  
  297. ------------------------------
  298.  
  299. Date: 25 Jun 1994 23:04:58 +0300
  300. From: ihnp4.ucsd.edu!usc!howland.reston.ans.net!EU.net!chsun!imp.ch!news.funet.fi!news.cs.tut.fi!news.cc.tut.fi!proffa.cc.tut.fi!not-for-mail@network.ucsd.edu
  301. To: ham-ant@ucsd.edu
  302.  
  303. References <2uh1bh$lb4@news.u.washington.edu>, <S>, <jtara.485.2E0C5B34@cts.com>hsu
  304. Subject : Re: A Question on Yagi's.
  305.  
  306.  
  307. Jon Tara (jtara@cts.com) wrote:
  308.  
  309. > In article <2uh1bh$lb4@news.u.washington.edu> 
  310.              popllama@u.washington.edu (Alec Muzzy) writes:
  311.  
  312. > >Ok, so I have come to the conclusion that a Yagi is the more or less best
  313. > >design for a specific frequency when pulling in a distant station.  So here's
  314. > >my question on a Yagi.  I need one tuned for 89.9FM.  What would the lengths
  315.  
  316.  
  317.  
  318. > Go to a store that sells ham radio equipment and pick up a book on VHF 
  319. > antennas. (I beleive that the ARRL publishes such a book - I have one 
  320. > somewhere.)
  321.  
  322. Look for an antenna for 144 MHz and scale all dimensions (including tube
  323. diameter) to 89.9 MHz by multiplying each dimension by 144/89.9 ( = 1.6).
  324. If the original antenna was designed for the middle of the 2 m band 
  325. (146 MHz), multiply by 146/89.9 ( = 1.62).
  326.  
  327. > There is no "optimum" number - each reflector 
  328. > successivly narrows the beam width, increasing the gain. 22 elements is a 
  329. > popular "large" number of elements, but you can have more.
  330.  
  331. 22 elements require a boom length of 7 wavelengths or about 21 m and it
  332. has a gain of about 18 dB.
  333.  
  334. >You're probably better off just buying a commerical FM antenna, which will be 
  335. >typically cut for the center of the band. A better one will have adjustable 
  336. >elements, which you can tune to the specific frequency, though for reception 
  337. >it won't make a heck of a lot of difference over the bandwidth of the FM band. 
  338.  
  339. The FM broadcast band is 20 MHz wide or a relative bandwidth of 20 % !!
  340. If the antenna is designed for that bandwidth, it will not have as much 
  341. gain as an antenna which is cut for a specific frequency.
  342.  
  343. > There are many other antenna designs that would be suitable, however. For 
  344. > example, since FM signals are polarized in both directions (horizontal and 
  345. > vertical) a circularly-polarized antenna may give you better performance, 
  346. > since it will pick up BOTH components of the wave. 
  347.  
  348. Are the FM transmitters really circularly polarized ? I have only heard
  349. of circular polarized TV-transmitter tests in urban areas to reduce ghosts.
  350. Assuming that a specific FM-transmitter is either horisontally or 
  351. vertically polarized, find out what your transmitter is using and 
  352. orientate your antenna acordingly. There is no point of using circular
  353. polarisation if you want to receive a single station.
  354.  
  355. You can get circular polarisation with crossed yagies and the polarisation
  356. can be reversed (right hand or left hand circular polarized) by a relay.
  357.  
  358. > Oh, a couple more comments on circularly-polarized antennas. 
  359. > There are various types of these, but the one I am thinking looks 
  360. > a lot like a Yagi, but consists of loops rather than poles. 
  361.  
  362. It is called a loop yagi and it is not circularily polarized.
  363.  
  364. > It somewhat like a "quad" antenna, which is composed of square loops, 
  365. > (and I beleive is also circularly polarized). 
  366.  
  367. It is not circularily polarized. If it is fed at the bottom of the loop
  368. or quad, it is horisontally polarized and if fed from the side it is 
  369. vertically polarized.
  370.  
  371. > There also are some bizarre antennas that consist of a single spiral, but 
  372. > again (like the coat-hanger technique) most easily done at higher frequencies 
  373. > than this.
  374.  
  375. It is a helical antenna and it is truly circularly polarized. 
  376. There are separate antennas for right hand and right hand circular 
  377. polarisation. The diameter of the spiral is about 1 m for the FM 
  378. broadcast band.
  379.  
  380.  
  381. --------------------------------------------------------------------
  382. Phone   : +358-31-213 3657                                 
  383. X.400   : G=Paul S=Keinanen O=Kotiposti A=ELISA C=FI 
  384. Internet: Paul.Keinanen@Telebox.Mailnet.fi
  385. Telex   : 58-100 1825 (ATTN: Keinanen Paul)            
  386. Mail    : Hameenpuisto 42 A 26
  387.           FIN-33200 TAMPERE
  388.           FINLAND
  389.  
  390. ------------------------------
  391.  
  392. End of Ham-Ant Digest V94 #201
  393. ******************************
  394.