home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Ham Radio / Ham Radio CD-ROM (Emerald Software) (1995).ISO / tech / smitty / smitty.doc < prev   
Text File  |  1988-02-14  |  13KB  |  299 lines

  1. SMITTY.DOC -- Page 1
  2.  
  3.  
  4.           SMITTY Documentation -- Transmission-Line Calculations
  5.               By Jerry Hall, K1TD     Rev. 3.01, February 1988
  6.  
  7.          SMITTY is a unique program for doing transmission line
  8.     calculations, as you would do them on a Smith Chart.  But no knowledge
  9.     of a Smith Chart is required to use the program.  SMITTY lets you
  10.     calculate input or terminating impedances, as most other Smith Chart
  11.     programs do.  In addition, SMITTY lets you calculate line Zo,
  12.     electrical length, attenuation and velocity factor from measurements
  13.     with open- and short-circuit terminations.  SMITTY also allows you to
  14.     design stub matches and series section matches, make admittance-
  15.     impedance conversions, series-parallel conversions, and SWR
  16.     calculations.
  17.  
  18.          SMITTY.COM is written in Turbo Pascal and compiled for the IBM PC
  19.     and compatibles.  It uses no graphics, nor is a math coprocessor
  20.     required.  Three files make up the complete program, SMITTY.COM (the
  21.     program file), SMITTY.DOC (this file), and SMITTY.DEF.  SMITTY.DEF
  22.     contains values defining the number of decimal digits SMITTY.COM
  23.     displays during calculations.  More about this file later.
  24.  
  25.          SMITTY.COM and the accompanying files are offered as copyrighted
  26.     software, but permission is hereby granted to copy the program and pass
  27.     it along to others at no personal gain.  Be sure to include all three
  28.     files.
  29.  
  30.  
  31.                                REGISTRATION
  32.  
  33.          No registration fee for SMITTY is requested or expected.  I wrote
  34.     this program to satisfy my own needs, but I am pleased to share it with
  35.     any other user who finds it to be of value.
  36.  
  37.          If you find the program useful, I do request that you register
  38.     your copy.  Just send me your name and mailing address, and mention
  39.     what version of SMITTY you are using.  Registered users will be advised
  40.     of any later program releases.
  41.  
  42.  
  43.                             GENERAL INFORMATION
  44.  
  45.          There are no restrictions in SMITTY for data that is practical.
  46.     For example, you may use 0 + j0 for an impedance value (a short
  47.     circuit) or 1/4-wavelength for a line length, etc.  (HINT: Should you
  48.     wish to specify an open-circuit termination, use 1E+09 + j0.)  However,
  49.     impractical data such as zero for a frequency or for a line impedance
  50.     may create divide by zero errors, causing the program to abort.
  51.  
  52.          SMITTY is menu driven.  All menu options are selected merely by
  53.     pressing a letter key; upper or lower case is accepted.  The letter-key
  54.     selections are itemized in the menu, as well as being highlighted in
  55.     the menu description of the function.  From the main menu, the screen
  56.     will clear and the opening screen for the selection you've made will be
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.     SMITTY.DOC -- Page 2
  68.  
  69.  
  70.     displayed.  Some menu items cover two procedures, such as converting an
  71.     impedance to an admittance, or vice versa.  At the opening screen of
  72.     these procedures you'll be prompted for which calculation you wish to
  73.     perform.  Again, and throughout the program, responses to all prompts
  74.     other than for data entry are made by pressing a single key.
  75.  
  76.          During program execution you'll be queried with prompts for
  77.     various program options.  One example is taking line attenuation into
  78.     account, with a Y or N response expected.  Default options are shown
  79.     for each of these prompts, an N in this case.  The default may be
  80.     selected by pressing the ENTER key (as well as by pressing the letter
  81.     key for the default).  Pressing any other keys (in this case, anything
  82.     but Y, N, or ENTER) does nothing.
  83.  
  84.          In some procedures you will be asked to enter reactance or
  85.     susceptance values at the keyboard.  Be sure to enter negative values
  86.     for capacitive reactance and for inductive susceptance.
  87.  
  88.          You may exit the program gracefully from the main menu by pressing
  89.     Q (quit).  You may also abort the program at any time by pressing Ctrl-
  90.     C.
  91.  
  92.  
  93.                               SMITTY FEATURES
  94.  
  95.          Probably the most common use of the Smith Chart is to determine
  96.     the load impedance on a transmission line based on a known input
  97.     impedance, and vice versa.  SMITTY does indeed support such
  98.     calculations.  These may be made with actual R + jX values or with
  99.     normalized values.  A similar calculation is to determine the load
  100.     admittance, G + jB, based on a known input admittance, or vice versa.
  101.     SMITTY supports these calculations as well.  The choice to work with
  102.     impedance or admittance data is made after you select "toward load" or
  103.     "toward generator" at the main menu.  Once you've made that choice, say
  104.     for impedance, you will continue to work with impedance values until
  105.     you return to the main menu.
  106.  
  107.  
  108.     Frequency Correction
  109.  
  110.          During the execution of some procedures, Smitty requires reactance
  111.     data in ohms.  The data to be entered at the keyboard may be the result
  112.     of impedance bridge measurements.  Many bridges, such as a General
  113.     Radio 1606-A, give a reactance dial reading that must be divided by the
  114.     measurement frequency in megahertz to get the ohmic reactance value. In
  115.     these procedures you may enter the dial values from such a bridge, and
  116.     allow the program to make the frequency correction. A message similar
  117.     to the beginning lines of this paragraph will first be displayed, and
  118.     after the data is entered you'll be prompted about correcting
  119.     reactances for frequency.  Unless you enter bridge dial readings,
  120.     you'll want to choose the default response, N(o).
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.     SMITTY.DOC -- Page 3
  134.  
  135.  
  136.     Line Length and Attenuation
  137.  
  138.          In SMITTY there are several options for entering line lengths.
  139.     You may enter electrical lengths directly as either degrees, radians,
  140.     or wavelengths.  Or you may enter a physical line length in feet and
  141.     SMITTY will calculate and display the electrical length.  In this case,
  142.     additional data SMITTY requires for the calculation are the velocity
  143.     factor of the line and the frequency.  Velocity factors are always
  144.     entered as a decimal fraction, and frequencies in megahertz.  (These
  145.     are clearly indicated at the data prompts.)
  146.  
  147.          Various options also exist for taking line attenuation into
  148.     account during calculations.  You may indicate a lossless line (no
  149.     attenuation), or you may enter attenuation either in decibels or
  150.     nepers.
  151.  
  152.  
  153.     Other Capabilities of SMITTY
  154.  
  155.          SMITTY lets you calculate line Zo, electrical length, attenuation
  156.     and velocity factor from measurements with open- and short-circuit
  157.     terminations.  The basis for this procedure is contained in Chapter 28
  158.     of The ARRL Antenna Book, 15th Edition, 1988.  If you are not familiar
  159.     with this technique and want to try the program feature, use these data
  160.     values.  These values are the results of actual measurements on a
  161.     length of foam-dielectric cable.
  162.  
  163.               Open-circuit readings:  85 + j1280/freq
  164.               Short-circuit readings:  4.8 - j80/freq
  165.               Frequency: 7.14 MHz
  166.               Line length: 100 feet
  167.  
  168.          SMITTY allows you to design stub matches.  You may specify a line
  169.     impedance for the stub that is different from the main transmission
  170.     line.  Note that for some loads, such as 40 +/- j20 with a 50-ohm line,
  171.     one of the two possible solutions occurs with the stub placed 0.0
  172.     wavelength from the load.  This is not a program error, but is a valid
  173.     solution meaning to shunt the load itself with a matching stub.  Such a
  174.     situation exists any time the normalized conductance of the load is 1.0
  175.     siemen.  Determining stub positions is an iterative procedure, and
  176.     calculations for some loads take more time than for others . . .
  177.     typically one second or less for most loads.  Calculations taking the
  178.     longest, up to a few seconds, are for cases when the unmatched load
  179.     creates a high SWR on the main line.
  180.  
  181.          You may also design series section matches with SMITTY.  Details
  182.     for this match are contained in the chapter on matching the line to the
  183.     load in any recent edition of The ARRL Antenna Book.  This form of
  184.     matching is not widely used, but is more efficient than a stub match.
  185.     A 1/4-wavelength transformer is a special case of the series section
  186.     match.  Just as the 1/4-wavelength section of line having an
  187.     intermediate impedance can match two unlike impedances, a series
  188.     section of the proper length and almost any impedance, at the proper
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.     SMITTY.DOC -- Page 4
  200.  
  201.  
  202.     position in the main line, can match two unlike impedances.  The
  203.     advantage of the series section is that it may be a standard type of
  204.     line, and the load may contain reactance as well as resistance.
  205.  
  206.          As presently written, no provisions are made in SMITTY for taking
  207.     line losses into account for stub matching or for series section
  208.     matching.  I have investigated this and find it does make a slight
  209.     difference in the outcome of calculations when line attenuation is
  210.     considered.  A later version of the program may include this
  211.     capability.
  212.  
  213.          With SMITTY, admittances may be calculated from impedances, and
  214.     vice versa.  Similarly, series equivalent impedances may be converted
  215.     to parallel equivalents, and vice versa.  These are direct conversion
  216.     processes, with no data required for line length, attenuation, etc.  If
  217.     the data you enter is normalized, the results will be normalized, and
  218.     if the data you enter is unnormalized, the results will be
  219.     unnormalized.  (Never mind that these procedures may ask if the data is
  220.     normalized; your response is used only to determine how many decimal
  221.     places to display.)
  222.  
  223.          SMITTY also lets you calculate standing wave ratios or SWR values.
  224.     This is a simple procedure that can be done on a 4-function calculator.
  225.     But I find that doing it quickly in the computer often beats digging
  226.     out the equation (which I can never seem to remember), and then doing a
  227.     couple of dozen keystrokes on a calculator.
  228.  
  229.  
  230.                                 SMITTY.DEF
  231.  
  232.          SMITTY.DEF is an ASCII text file containing values that define how
  233.     many decimal places SMITTY displays during program calculations.  You
  234.     can change these values to meet your requirements (any value in the
  235.     range from 0 to 9) with EDLIN.COM or your favorite word processor.  The
  236.     results are rounded (not truncated) to the number of digits displayed.
  237.     Just be sure to treat SMITTY.DEF as an ASCII text file, and do not
  238.     change the order in which the values appear.  The values included in
  239.     SMITTY.DEF as originally distributed are as follows.
  240.  
  241.               Resistance and reactance -- 3
  242.               Resistance and reactance, normalized -- 5
  243.               Conductance and susceptance -- 6
  244.               Degrees -- 3
  245.               Wavelengths -- 5
  246.               Decibels (attenuation) -- 2
  247.               Standing wave ratio (SWR) -- 3
  248.               Feet (line lengths) -- 2
  249.               Velocity factor -- 2
  250.               Voltage reflection coefficient -- 4
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.     SMITTY.DOC -- Page 5
  266.  
  267.  
  268.                               PROGRAM ERRORS
  269.  
  270.          Although I think the program is completely debugged, it is
  271.     possible that undetected errors exist.  Please let me know if you
  272.     experience a problem.  But do not confuse program errors with data
  273.     input errors.  As mentioned earlier, impractical data will create
  274.     divide by zero errors.  The program will abort and a message such as
  275.     this one will be displayed:
  276.  
  277.     Run-time error 02, PC=50E7
  278.  
  279.     The 02 run-time error code signifies a divide by zero error.
  280.  
  281.          If you run into an actual program error causing it to abort,
  282.     please immediately jot down from the screen display the exact entries
  283.     you made for data and the complete error code line.  (Or better yet,
  284.     immediately do a print-screen operation to a printer.)  Do this before
  285.     you clear the screen or start SMITTY again.  Send me this information,
  286.     and I'll get back to you.
  287.  
  288.          During initial development of the program I carefully checked the
  289.     results of all procedures against those from manual Smith Chart
  290.     calculations, or against manual calculations if the Smith Chart was not
  291.     required.  I believe you will not encounter calculation errors.
  292.  
  293.          I hope you find SMITTY to be a useful tool for solving your
  294.     transmission-line problems.  I'd appreciate comments and suggestions
  295.     for program improvements.  With many thanks,
  296.  
  297.       Jerry Hall, K1TD, 181 Brimfield Rd., Wethersfield, CT 06109
  298.         February 14, 1988
  299.