BIRD 4110-185 Operation Manual

Thruline rf wattmeter

Advertisement

Quick Links

THRULINE RF WATTMETER
4110-185
Operation Manual
©Copyright 2017
by Bird Technologies, Inc.
Instruction Book Part Number 920-4110-185 Rev. A
Thruline
® is a registered trademark
of Bird Electronic Corporation

Advertisement

Table of Contents
loading
Need help?

Need help?

Do you have a question about the 4110-185 and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Summary of Contents for BIRD 4110-185

  • Page 1 THRULINE RF WATTMETER 4110-185 Operation Manual ©Copyright 2017 by Bird Technologies, Inc. Instruction Book Part Number 920-4110-185 Rev. A Thruline ® is a registered trademark of Bird Electronic Corporation...
  • Page 2: Safety Precautions

    Safety Precautions The following are general safety precautions that are not necessarily related to  any specific part or procedure, and do not necessarily appear elsewhere in this  publication. These precautions must be thoroughly understood and apply to all  phases of operation and maintenance. WARNING Keep Away From Live Circuits Operating Personnel must at all times observe general safety precautions. Do  not replace components or make adjustments to the inside of the test  equipment with the high voltage supply turned on. To avoid casualties, always  remove power. WARNING Shock Hazard Do not attempt to remove the RF transmission line while RF power is present. WARNING Do Not Service Or Adjust Alone Under no circumstances should any person reach into an enclosure for the  purpose of service or adjustment of equipment except in the presence of  someone who is capable of rendering aid. WARNING Safety Earth Ground An uninterruptible earth safety ground must be supplied from the main  power source to test instruments. Grounding one conductor of a two  conductor power cable is not sufficient protection. Serious injury or death can  occur if this grounding is not properly supplied. WARNING Resuscitation Personnel working with or near high voltages should be familiar with modern  methods of resuscitation. WARNING Remove Power Observe general safety precautions. Do not open the instrument with the  power applied.
  • Page 3: Safety Symbols

    Safety Precautions Safety Symbols WARNING Warning notes call attention to a procedure, which if not correctly performed,  could result in personal injury. CAUTION Caution notes call attention to a procedure, which if not correctly performed,  could result in damage to the instrument. The caution symbol appears on the equipment indicating there is  important information in the instruction manual regarding that  particular area Note: Calls attention to supplemental information. Warning Statements The following safety warnings appear in the text where there is danger to  operating and maintenance personnel, and are repeated here for emphasis. WARNING Never attempt to connect or disconnect RF equipment from a transmission  line while RF power is applied. Leaking RF energy is a potential health hazard. Refer to page 10.
  • Page 4: Caution Statements

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Caution Statements The following equipment cautions appear in the text whenever the equipment is  in danger of damage, and are repeated here for emphasis. CAUTION Though the test set is ruggedly constructed, rough handling or severe impact  could damage the meter. Use reasonable care when handling the unit. Refer to page 10. CAUTION Do not attempt to remove the RF center conductor. This will damage the line section. Refer to page 15...
  • Page 5: Safety Statements

    Safety Precautions Safety Statements USAGE ANY USE OF THIS INSTRUMENT IN A MANNER NOT SPECIFIED BY THE MANUFACTURER MAY IMPAIR THE INSTRUMENT’S SAFETY PROTECTION. EL USO DE ESTE INSTRUMENTO DE MANERA NO ESPECIFICADA POR EL FABRICANTE, PUEDE ANULAR LA PROTECCIÓN DE SEGURIDAD DEL INSTRUMENTO.
  • Page 6 Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter SERVICE SERVICING INSTRUCTIONS ARE FOR USE BY SERVICE - TRAINED PERSONNEL ONLY. TO AVOID DANGEROUS ELECTRIC SHOCK, DO NOT PERFORM ANY SERVICING UNLESS QUALIFIED TO DO SO. SERVICIO LAS INSTRUCCIONES DE SERVICIO SON PARA USO EXCLUSIVO DEL PERSONAL DE SERVICIO CAPACITADO. PARA EVITAR EL PELIGRO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS, NO REALICE NINGÚN...
  • Page 7: About This Manual

    About This Manual About This Manual This manual provides operation and maintenance instructions for the following  models: 4110‐185 Thruline Wattmeter Changes to this Manual We have made every effort to ensure this manual is accurate. If you discover any  errors, or if you have suggestions for improving this manual, please send your  comments to our Solon, Ohio factory. This manual may be periodically updated.  When inquiring about updates to this manual refer to the part number and  revision on the title page. Chapter Layout Introduction — Describes the features of the 4110‐185 Wattmeter, lists  equipment supplied and optional equipment, and provides power‐up  instructions. Theory of Operation — Describes how the Wattmeter works and VSWR  theory. Installation — This chapter provides information for on‐site requirements,  unpacking, inspection, and preparing the load for use. Operation — All instructions necessary to operate the equipment appears in  this chapter.  Maintenance — Lists routine maintenance tasks as well as troubleshooting for  common problems, and provides replacement procedures in the unlikely event ...
  • Page 8: Table Of Contents

    Table of Contents Safety Precautions ......... i Safety Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
  • Page 9 Table of Contents Replace Selection Switch   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19 Customer Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  20 Specifications  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21 Limited Warranty ......... 22...
  • Page 10: Chapter 1 Introduction

    Chapter 1 Introduction The 4110‐185 Wattmeter is a portable wattmeter that measures RF power and  load match in 50 ohm transmission lines. The line section is precision machined,  with two couplers sealed inside. The front of the meter has a dial power display and two switches. A clamping  screw on the back of the Wattmeter can be used to secure the unit to a  convenient handle near the transmitter. The Wattmeter is designed for rugged  field use on mobile, airborne, or pack‐carried transmitters and transceivers. A toggle switch on the front of the meter allows measurement of either 10 or  100 Watts full‐scale. There is a separate scale for each power range. A second  toggle switch is used to switch between forward and reflected power  measurements. Load match can then be easily calculated from these readings.  The unit is sensitive over a frequency range of 30 to 76 MHz. Items Supplied  Bird 4110‐185 RF Thruline Wattmeter  Operations Manual, P/N 920‐4110‐185...
  • Page 11: Chapter 2 Theory Of Operation

    Theory of Operation Traveling Wave Viewpoint The easiest way to visualize Thruline operation is from a traveling wave  viewpoint. In transmission lines the voltages, currents, standing waves, etc., on  any uniform line section result from the interaction of two traveling waves:  The forward wave (and its power) travels from the source to the load. It  has RF voltage E  and current I  in phase, with E  / I  = Z  The reflected wave (and its power) originates by reflection at the load  and travels from the load back to the source. It has an RF voltage E  and  current I  in phase, with E  / I  = Z Each wave is mathematically simple and has a constant power:  = Watts Forward = E  / Z  = I  Z  = E  I  = Watts Reflected = E  / Z  = I  Z  = E  I  is the characteristic impedance of a uniform line section. For useful lines it is  usually a pure resistance of 50 ohms. The RF circuit of Bird Thruline Wattmeters  is a length of uniform air line with Z  = 50.
  • Page 12: Coupling Circuit

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Coupling Circuit The coupling circuits that sample the traveling waves are in the line section  Assembly. The coupling circuitry and its relationship to the rest of the  Wattmeter is illustrated in  Figure 1 Figure 1 Schematic Diagram Current is produced in the coupling circuit by the traveling waves in the line  section. Both inductive and capacitive coupling contribute to this. The inductive  current flows in the direction of the traveling wave. The capacitive current is  independent of the direction of the traveling wave. Therefore, the inductive  current produced by one of the traveling waves will add in phase with the  corresponding capacitive current, while that produced by the wave traveling in  the opposite direction will subtract. The additive direction is assigned to the  forward wave. The electrical characteristics of the couplers are carefully adjusted so that, for  the reverse traveling wave, the inductive current will completely cancel the  capacitive current. The result is directivity greater than 25 dB. Thus, the couplers  are sensitive at either of the settings, but to only one of the two traveling waves.  Measurements are also independent of position along the transmission line. Like similar diode devices, Bird Thruline Wattmeters indicate the carrier  component of amplitude modulation, with very little response to side band  components added by modulation.
  • Page 13: Load Power

    Theory of Operation Load Power For loads with a VSWR of 1.2 or less, the power dissipated in a load (W ) is  equivalent (with less than one percent error) to the forward power (W ). When  appreciable power is reflected, as with an antenna, it is necessary to use the  exact load power which is given by:  = Watts into Load = W  ‐ W Good load resistors, such as Bird Termaline loads, will give negligible reflected  power. Standing Wave vs. Traveling Wave Viewpoint As mentioned previously, the Thruline Wattmeter reacts to forward and reverse  traveling waves to measure power in a transmission line. The standing wave  viewpoint, also widely used, is highly developed both in theory and in practice.  This viewpoint can be traced to the early use of slotted transmission lines. The slotted line measures the standing wave ratio by mechanically positioning a  voltage detector at peaks and nulls along a length of line section. Its drawbacks  are that it is too long, too expensive for good accuracy, not portable, and too  slow. These problems grow rapidly as the measurement frequency drops below  1000 MHz. The Thruline Wattmeter, however, is fast, convenient, and accurate. It provides  the same information as a slotted line with the exception of the phase angle of  the reflection coefficient (distance, load to minimum).
  • Page 14 Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter vs.  The simple relationships: can be used to convert between the standing wave ratio () and the reflected/ forward power ratio (), which can be directly read from the Thruline  Wattmeter. The relationship between  and  is graphed in    Figure 2 on page 6 and  Figure 3 on page 7 Note: Attenuation, measured in dB, can be derived from the   power ratio by the equation N  = 10 log  .  VSWR scales and their attendant controls for setting the reference point have  been intentionally omitted from this unit. Experience using the Thruline  Wattmeter for transmitter tune‐up, antenna matching, etc. will show that the  power ratio measurement is as useful in practice as the standing wave ratio.  A trial is suggested, forget about VSWR for a few days and think in terms of    = W  / W . The two meter readings, W  and W , give a useful, approximate  picture of the results without bothering to calculate the power ratio exactly.  Consider that, for an antenna matching problem, the main objective usually is to  minimize W . Anything done experimentally to this end will be seen when the  switch is turned to the reflected power position.
  • Page 15 Theory of Operation Figure 2 Percent Reflected Power vs. VSWR (1.0 to 1.3)
  • Page 16 Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Figure 3 Percent Reflected Power vs. VSWR (1.0 to 8.0)
  • Page 17: Transmitter Monitoring

    Theory of Operation Transmitter Monitoring The Thruline Wattmeter can be used for the continuous monitoring of  transmitter output or reflected power, for instance in checking intermittent  antenna or line faults. Component Testing Thruline Wattmeters are very helpful in component testing, and may be  employed in several ways: 1. Insertion VSWR or  may be measured by placing the component between  the wattmeter and a good load resistor. 2. Attenuation (power lost by heat in a line) as well as insertion VSWR or   may be measured by inserting the unknown line between two Thruline  Wattmeters, or between a Thruline Wattmeter and a Termaline absorption  wattmeter. Note: Very small attenuations require allowance for normal  instrument errors. Make sure to note exact readings, or their differ‐ ence, on the initial equality check and correct for this. To correct for  this without any calculations, connect the watt‐meters directly,  with no line between them, and zero them. 3. Line loss using open circuit calibration: The high directivity of couplers can  be exploited in line loss measurements, because of the equality of forward  and reflected power with the load connector open or short circuited. In this  state the forward and reflected waves have equal power, so that  = 100%  and . Open circuit testing is preferred to short circuit, because a high  quality open is easier to create than a high quality short. To measure  insertion loss, use a high quality open to check forward and reverse power  equality, then connect an open, unknown line to the wattmeter. The  measured  is the attenuation for two passes along the line (down and  back). This can then be compared with published data for line type and  length (remember to halve N  or double the line length to account for the  measurement technique).  This measurement should be supplemented by either time domain  reflectometry or DC continuity and leakage checks, since the attenuation  measurement alone cannot account for faults such as open or short circuits ...
  • Page 18: Impedance Mismatch

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Impedance Mismatch There may be cases where it is necessary to use the Wattmeter with a non‐50  ohm transmission line. If the reflected power is less than 10% and the frequency  is below 200 MHz, the resulting mismatch will not be too serious. At higher test  frequencies and/or higher reflected power levels, the load impedance will  change when the wattmeter is removed from the circuit.  When the line and load impedances are known, the system's VSWR is the ratio  of the two. Always divide the larger impedance by the smaller, since VSWR must  always be greater than 1. As an example, consider using a wattmeter to tune a 70 ohm line. If the load  impedance is also 70 ohms, the wattmeter will measure a VSWR of 70/50 = 1.4. However, if you remove the wattmeter, the VSWR will actually be 1.0. Similarly,  if the load impedance is 35.7 ohms, the VSWR will be 50/35.7 = 1.4 with the  wattmeter and 70/35.7 = 2.0 without it. Caution must therefore be used, since  both good and bad matches can have the same measured VSWR. In this case,  the correct impedance can be determined by slightly changing the load  impedance. When the load impedance is near 70 ohms, a Wattmeter will read  increasing VSWR as the load impedance is increased. Note: When working with non‐50 ohm lines, it is especially  important to calculate the load power by subtracting the reflected  power from the forward power.
  • Page 19: Chapter 3 Installation

    Chapter 3 Installation This chapter provides information for on‐site requirements, unpacking,  inspection, and preparing the load for use. Unpacking and Inspection 1. Carefully inspect shipping container for signs of damage.   If the shipping container is damaged, do not unpack the unit.  Immediately notify the shipping carrier and Bird Technologies.  If the shipping container is not damaged, unpack the unit. Save  shipping materials for repackaging. 2. Inspect unit for visual signs of damage.  Note: If there is damage, immediately notify the shipping carrier  and Bird Technologies. Mounting WARNING Never attempt to connect or disconnect RF equipment from a transmission  line while RF power is applied. Leaking RF energy is a potential health hazard. CAUTION Though the test set is ruggedly constructed, rough handling or severe impact  could damage the meter. Use reasonable care when handling the unit. 1. Clamp the meter to the transmitter handle or other convenient post so that  the cable can reach the antenna output jack. See  Figure 4 on page 11 2. Connect the transmitter to the top of the Wattmeter. 3. Connect the antenna/load to the bottom of the Wattmeter.
  • Page 20 Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Figure 4 Wattmeter Clamp Installation...
  • Page 21: Chapter 4 Operation

    Chapter 4 Operation Once the Bird 4110‐185 Wattmeter is set up, you are ready to take  measurements: 1. Set the wattmeter to read forward power by flipping the direction toggle  2. Turn on the RF source. 3. Read the meter. If the power is less than 10 W hold down the power toggle  to switch to the low power (0 ‐ 10 W) scale. The toggle will automatically  return to high power when released. 4. Flip the direction toggle down to read the reflected power in the same way. 5. Subtract the reflected power from the forward power to determine the  power dissipated in the load. Note: When substantial power is reflected, for example in most  antennas, this subtraction is necessary to obtain the actual radi‐ ated or dissipated power value. If the load is a good termination,  the reflected power will be negligible and the forward power will  be basically equal to the dissipated power. Figure 5 Wattmeter Operation Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) For your convenience, a set of VSWR conversion nomographs is included in this  manual. With these charts, VSWR may be determined from the forward and  reflected power readings. Find the intersection of the forward and reflected  power measurements. The slanted line passing closest to this point indicates the  VSWR.
  • Page 22 Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Figure 6 VSWR Conversion Graph (Reflected Power 0.2 to 20.0)
  • Page 23 Operation Figure 7 VSWR Conversion Graph, (Reflected Power 0.01 to 1.00)
  • Page 24: Chapter 5 Maintenance

    Chapter 5 Maintenance The rugged and simple design of the Bird 4110‐185 Wattmeter means that it  requires minimal routine maintenance. Cleaning If any of the contacts or line connectors are dirty, clean them with a cotton swab  dipped in contact cleaner or isopropyl alcohol. CAUTION Do not attempt to remove the RF center conductor. This will damage the line section. If the RF line section seems dirty, do not loosen any connections. Clean  accessible components as described above and use dry, clean air to blow out the  interior. The outside of the meter housing can be cleaned with a soft cloth dampened  with a mild detergent solution. Do not wipe the meter glass with a dry cloth, or a  static charge could develop that would cause an erroneous meter indication. Troubleshooting The following table contains troubleshooting information for problems that can  occur during normal operation. Find the problem on the table, review possible  causes, and perform the corrective action listed. This manual can not list all  malfunctions that may occur, or all corrective actions. If a problem is not listed  or not corrected by the listed actions, contact the nearest Bird Service Center for  assistance.
  • Page 25 Maintenance Problem Possible Cause Corrective Action No RF power Check RF source and cables Direction or power scale  Check switch settings No meter reading switch in wrong position Meter burned out or  Return wattmeter for service damaged Faulty transmission line  Intermittent or  Inspect line or antenna inconsistent meter  reading Sticky or defective meter Return wattmeter for service Read scale matching the  Reading wrong scale power switch setting Foreign material in line  Clean connectors (See  section or in RF  "Cleaning" on page 15) High VSWR or  connector reflected power Open or shorted  Inspect line transmission line Bad load or poor  Inspect load, antenna, and  connectors connectors...
  • Page 26: Repair And Replacement

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Repair and Replacement Replace Wattmeter Connectors This procedure covers the removal and installation of the wattmeter input and  output connectors. Remove 1. Remove four screws (1) securing defective connector (2) to wattmeter (3). 2. Remove defective connector (2) from wattmeter (3) by pulling straight out. Install 1. Align pin on new connector (2) with receptacle in wattmeter (3), push  connector (2) into wattmeter (3). 2. Secure connector (2) to wattmeter (3) with four screws (1). Figure 8 RF Connector Replacement...
  • Page 27: Replace Meter

    Maintenance Replace Meter This procedure covers the removal and installation of the meter. Remove 1. Remove four screws (7) securing meter housing (2). Figure 9 Meter Replacement 2. Detach red lead (6) from meter positive terminal and black lead (5) from  meter negative terminal by removing attaching hardware. 3. Remove four nuts (3) and lock washers (4) securing meter (1) to meter  housing (2). 4. Remove meter (1) from meter housing (2). Install 1. Position meter (1) into meter housing (2). 2. Secure the meter (1) with four lock washers (4) and nuts (3). 3. Attach red lead (6) to meter positive terminal and black lead (5) to meter  negative terminal using attaching hardware. 4. Secure meter housing (2) using four screws (7).
  • Page 28: Replace Selection Switch

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Replace Selection Switch This procedure covers the removal and installation of either of the wattmeter  selection switches. Remove 1. Remove four screws (2) securing meter housing (1). Figure 10 Selector Switch Replacement 2. Remove switch retaining nut (3). 3. Unsolder leads from switch being replaced. Install 1. Solder leads to the switch terminals according to diagram. Figure 11 Wattmeter Wiring Diagram...
  • Page 29: Customer Service

    Maintenance 2. Position switch into meter housing (1). 3. Secure switch in place using retaining nut (3). 4. Secure meter housing (1) using four screws (2). Customer Service Any maintenance or service procedure beyond the scope of those in this chapter  should be referred to a qualified service center. If the unit needs to be returned for any reason, request an Return Material  Authorization (RMA) through the Bird Technologies website. All instruments  returned must be shipped prepaid and to the attention of the RMA number. Bird Service Center 30303 Aurora Road Cleveland (Solon), Ohio 44139‐2794 Fax: (440) 248‐5426 E‐mail: bsc@birdrf.com For the location of the Sales Office nearest you, visit our Web site at: http://www.birdrf.com...
  • Page 30: Specifications

    Bird 4110‐185 Thruline Wattmeter Specifications Frequency Range  30 ‐ 76 MHz RF Power 100 W max. 10 W max. Impedance 50 ohms (Nominal) VSWR 1.1 max. Insertion Loss  0.5 dB max. Accuracy 25° C (77° F) ± 5% of full scale ‐20° to +60° C (‐4° to +140° F) ± 15% of full scale Bird “SQC” BNC Female with  Connectors protective shield 4.2”L x 2”W x 4.8”H Dimensions, Nominal (106.7 x 50.8 x 121.6 mm) Weight, Nominal  1.25 lbs Finish  Fine Textured Black Powder Coat...
  • Page 31: Limited Warranty

    Limited Warranty All products manufactured by Seller are warranted to be free from defects in  material and workmanship for a period of one (1) year, unless otherwise  specified, from date of shipment and to conform to applicable specifications,  drawings, blueprints and/or samples. Seller’s sole obligation under these  warranties shall be to issue credit, repair or replace any item or part thereof  which is proved to be other than as warranted; no allowance shall be made for  any labor charges of Buyer for replacement of parts, adjustment or repairs, or  any other work, unless such charges are authorized in advance by Seller. If Seller’s products are claimed to be defective in material or workmanship or  not to conform to specifications, drawings, blueprints and/or samples, Seller  shall, upon prompt notice thereof, either examine the products where they are  located or issue shipping instructions for return to Seller (transportation‐charges  prepaid by Buyer). In the event any of our products are proved to be other than  as warranted, transportation costs (cheapest way) to and from Seller’s plant, will  be borne by Seller and reimbursement or credit will be made for amounts so  expended by Buyer. Every such claim for breach of these warranties shall be  deemed to be waived by Buyer unless made in writing within ten (10) days from  the date of discovery of the defect. The above warranties shall not extend to any products or parts thereof which  have been subjected to any misuse or neglect, damaged by accident, rendered  defective by reason of improper installation or by the performance of repairs or  alterations outside of our plant, and shall not apply to any goods or parts  thereof furnished by Buyer or acquired from others at Buyer’s request and/or to  Buyer’s specifications. Routine (regularly required) calibration is not covered  under this limited warranty. In addition, Seller’s warranties do not extend to the  failure of tubes, transistors, fuses and batteries, or to other equipment and parts  manufactured by others except to the extent of the original manufacturer’s  warranty to Seller. The obligations under the foregoing warranties are limited to the precise terms  thereof. These warranties provide exclusive remedies, expressly in lieu of all other  remedies including claims for special or consequential damages. SELLER NEITHER  MAKES NOR ASSUMES ANY OTHER WARRANTY WHATSOEVER, WHETHER EXPRESS,  STATUTORY, OR IMPLIED, INCLUDING WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND  FITNESS, AND NO PERSON IS AUTHORIZED TO ASSUME FOR SELLER ANY  OBLIGATION OR LIABILITY NOT STRICTLY IN ACCORDANCE WITH THE FOREGOING.

Table of Contents