Receptor VLF

[puriu]

Se pune intrebarea: ce semnal avem la bornele unei antene VLF intr-un camp electromagnetic cu E = 1mV/m?

Sunt necesare cateva calcule. Antena se caracterizeaza printr-o inaltime efectiva he. Tensiunea la bornele sale este U = E • he. La antenele electrice, inaltimea efectiva depinde foarte mult de geometria acestora si nu se poate calcula pentru orice geometrie. La antenele magnetice se foloseste o formula simpla:  he = 2π•N•A•μe / λ  in care N este numarul de spire, A este aria unei spire, μe este permeabilitatea efectiva a miezului bobinei (raportul intre inductantele bobinei cu si fara miez), iar λ este lungimea de unda la care se calculeaza he. Toate dimensiunile sunt in metri.

Vom compara doua antene magnetice concrete, bine facute, un cadru patrat cu latura de 0,5 m cu 50 de spire si cu μ_e = 1 (nu are miez) si o antena pe bara de ferita cu 2000 spire, A = 1 cm² si μ_e = 50, ambele la λ = 15 km.

Rezultatul calculelor este: he = 75 mm (U = 75 μV) pentru cadru, respectiv he = 4 mm (U = 4 μV) pentru ferita. Daca bobinele nu sunt acordate, cadrul ofera un semnal mult mai mare la borne.

Daca bobinele sunt acordate pe frecventa de receptie, semnalul la borne este amplificat de Q ori. Cadrul are la λ = 15 km Q = 5, iar ferita are Q = 120. Rezulta pentru cadru valoarea U = 375 μV, iar pentru ferita U = 480 μV. In cazul feritei acordate, semnalul este mai mare decat in cazul cadrului.

[puriu]

La un cadru, Q = 5 la λ = 15 km este mare si mai greu de obtinut. La bobine, Q = 2π•f•L/R. R se poate masura in c.c. (la frecvente joase), iar L se poate calcula http://electronbunker.ca/eb/InductanceCalcRc.html .

[sesebe]

La ‎30‎.‎06‎.‎2018 la 10:29, puriu a spus:

Tocmai l-am comunicat. Captura de mai sus am facut-o eu, cred, acum doi ani. Am folosit un cadru marisor, acordat, cu Q mare. Semnalul l-am luat de pe o priza 1/20 pe cadru, la impedanta placii de sunet, de 2 kiloohmi. Statiile ce emit CW (SAQ) au spectrul "ac". Cele ce emit FSK au spectrul mai lat. Zgomotul placii este mai mare sub 20 kHz si mai mic pana la 48 kHz, sub un microvolt.

   

 

Placile de sunet au filtre pe intrare limitind banda disponibila la intrarea in ADC la putin mai mult de banda audio. Rar ai sa gasesti placi de sunet cu banda la fintrele de intrare mai mare de 20-22Khz. Este necesara aceasta filtrare pt a lucra corect si cu sample rate de 44.1Khz - 48Khz. Pt banda a filtrelor mai mare ar trefui filtre comutate si eu nu am vazut inca asa ceva implementat "factory defold" pe placi de sunet.

[sesebe]

Indiferent de samplingul maxim pe care-l are placa, daca nu are filtre comutate atunci filtrarea trebuie sa asigure conditiile unei achizitii corecte si la 44.1Khz - 48Khz si deci conform teoremei lui Nyquist ca as nu avem aliasing filtrele taie cum am spus mai sus, putin mai sus de capatul benzii audio.

Acesta este si motivul zgomotului mic peste 21-22Khz, motivul pt care zgomotul incepe sa scada de pe la 19Khh si este mai mic in tot restul benzii de pina in 48Khz. In imaginea de mai sus samplig-ul placii a fost de cel putin 96Khz.

[sesebe]

1.Îți cumperi o placa mai ieftina pt ca multe pot 192ksampling.

2.defrisezi totul pina la întrarea în ADC-uri. 

3.iti faci propriul tău frontend pt ADC-uri cu filtrarile și gain-urile pe care le vrei tu. 

4.ar fi de preferat sa fie una externa pt un acces ușor și rapid la componente și puncte de măsură și pt ca este mult mai universala - merge și pe desktop dar și pe laptop. 

[puriu]

Mai intai ar trebui verificat cu un generator (versatester, etc.) daca placa are atenuare intre 17 si 30 kHz si cat e de mare. Daca atenuarea este sub 10 dB, se tine cont de ea si se lasa placa in pace. Peste 30 kHz nu mai conteaza.

[puriu]

M-am gandit sa studiez o antena VLF asemanatoare cu cea FSL, dar cu miez tubular metalic (sa-i zicem MSL). Cum tola din fier-siliciu are pierderi peste 1 kHz, m-am gandit la permalloy, un aliaj cu permeabilitate foarte mare si pierderi mici in VLF. Aveam pe undeva tole de 0,1 mm (recuperate dintr-un transformator special) si multa banda de 8x0,05 mm. Intr-o antena FSL cu bare plate din ferita am inlocuit ferita cu tole I din permalloy de aceeasi lungime. Fara miez, inductanta bobinei e de 3,5 ori mai mica. Cu trei straturi de permalloy de cate 0,1 mm (in total 0,3 mm) am obtinut aceeasi inductanta ca si cu ferita si acelasi semnal receptional la 20 kHz. Cu un singur strat, inductanta e mai mica cu 20%. Mai multe straturi nu maresc sensibil inductanta. Miezul trebuie sa fie mai aproape de bobina, iar bobina sa fie centrata si mai scurta decat miezul. Acest aliaj capata proprietati magnetice deosebite numai dupa un tratament termic special si le pierde daca este lovit, deformat sau are tensiuni mecanice.

Cred ca metoda poate fi aplicata si la antenele cadru. Cu o crestere neglijabila de greutate si de cost, he, L si Q ale unui cadru pot fi marite de cateva ori.

Pentru frecvente mai joase se poate folosi si fier-siliciul, cu tole laminate pe directia fluxului magnetic si in strat mai gros de 1 - 2 mm.

 

[Vizitator]

3 hours ago, puriu said:

[...] m-am gandit la permalloy, un aliaj cu permeabilitate foarte mare si pierderi mici in VLF. [...] Acest aliaj capata proprietati magnetice deosebite numai dupa un tratament termic special si le pierde daca este lovit, deformat sau are tensiuni mecanice.

[...]

 

Nu stiu de ce, insa eu stiam ca problema mentionata o are de fapt mumetalul si nu permalloy-ul...

In speta, produsele si obiectele din mumetal in forma lor finala (si nu materialul in sine inainte de prelucrare) sunt cele carora la final li se aplica un tratament termic cu efect major in caracteristicile lor magnetice... si tot acestea erau si cele sensibile la socuri mecanice, ba chiar am vazut ecrane din mumetal de uz industrial avand pe ele etichete de avertizare in acest sens (e adevarat, erau din anii '70-'80).

Despre permalloy nu stiam... mai ales ca de exemplu transformatoare cu miezuri din permaloy s-au utilizat pe vremuri inclusiv in modemuri (cel putin pe vremea cand un modem insemna ceva pentru buzunar...) si s-au si comercializat transformatoare si capete magnetice cu miez din permalloy, si nu-mi amintesc de vreo avertizare in acest sens...

[puriu]

Din istoria "desecretizata" a receptiei VLF:  http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a459635.pdf .

[puriu]

Cine a avut rabdare sa citeasca raportul a aflat ca antena VLF de submarin (omnidirectionala) avea doua cadre acordate ortogonale, chinuite pentru a incapea intr-o carcasa hidrodinamica. Miezul magnetic, placi groase de 2 cm dintr-o ferita cu permeabilitate 475, are interiorul plin cu material nemagnetic (bachelita) si mareste de 2 - 4 ori sensibilitatea antenei. Este un fel de antena FSL.

O antena mica si performanta cu doua cadre ortogonale este: http://www.vlf.it/feletti2/idealloop.html .

[gica70]

Iaca muream si nu stiam multe..(si cate-or mai fi). Multumesc tuturor pentru multele informatii interesante.

 

Editat Iulie 23, 2018 de gica70

[VAX]

Parca n-as crede ca utilizarea de miezuri din materiale conductoare este solutia corecta pentru antenele magnetice, din cauza pierderilor prin curenti turbionari. Tot feritele sunt cele mai bune. Eventual sa se forteze amplificarea cu amplificatoare cu factor de zgomot de ordinul 1dB. Nu ma intereseaza in mod deosebit domeniul VLF si nici traficul, sunt pasionat de tehnica (constructii, reglaje, etc). Astept sa se puna la punct statiile de emisie-receptie cu unde gravitationale. Gravitatia nu poate sa fie ecranata, patrunde in orice mediu. 

[gica70]

"Astept sa se puna la punct statiile de emisie-receptie cu unde gravitationale" Este o gluma sau...

[VAX]

Nu glumesc, chiar ma gandeam sa experimentez un sistem de transmitere de date prin intermediul gravitatiei. De exemplu cu doua rezonatoare cu XT. Unul este pus sa oscileze (zeci sau sute de KHZ) si este cu rol de emitator, iar al doilea este traductorul de receptie. Centrul de masa al cuartului emitator este stationar, daca se considera ca XT-ul este sistem mecanic izolat. Dar asupra cuartului de la receptie se exercita o forta (extrem de mica) care in principiu este capabila sa produca mici oscilatii la rezonanta, sesizabile. Este evident ca la receptie se utilizeaza amplificator cu JFET la intrare, cu zomot cat mai redus. Cele doua montaje se introduc in incinte cu peretii din cupru (grosime de zeci de mm), care sa ecraneze complet campul electromagnetic. Se poate face o gaura de ordinul 0,1mm in peretele cu rol de ecran, prin care sa se trimita (sau receptioneze) semnalul (respectiv comenzile) cu o fibra optica. Eventual, pentru punerea in evidenta a posibilitatii de transmitere de semnal prin camp gravitational, se poate folosi detectia coerenta, ca la lock-in amplifier. Din cauza benzii de trecere de ordinul hertzilor (sau mai putin), se poate transmite numai semnal telegrafic, cu viteza melcului. 

S-a incercat sa se puna in evidenta undele gravitationale, dar cu sisteme nerezonante si in regim de impuls (explozia unei supernove, la miliarde de ani-lumina departare). Folosirea rezonantei amplifica de milioane de ori semnalul receptionat. Chiar daca masele utilizate sunt mici, interactia gravitationala dintre ele se poate pune in evidenta.

Daca cineva este dispus sa coopereze la o astfel de incercare, eu sunt de acord. Sa faca partea mecanica (ecranajul), care pe mine ma depaseste. Si sa contribuie cu niste cuarturi (f si 2f). 

[gica70]

Sper sa nu fie o chestie ca aia cu masinile de cusut Singer!