Većina današnjih komunikacijskih radio prijemnika i scannera nije u stanju ići ispod frekvencije 100 kHz, pa ipak to ne znači da se zato tamo ništa ne nalazi. Naprotiv, svijet ispod 100 kHz je jako zanimljiv i bogat. Dakako, valja odmah napomenuti da je radio prijemnik onoliko dobar koliko dobru antenu imamo na njemu, odnosno da mi zapravo slušamo ono što sluša naša antena. Stoga možda nema niti smisla raditi komunikacijski prijamnik 'za široke mase ljudi' koji je u stanju ići ispod 100 kHz, kada na njemu ionako neće biti prikopčana adekvatna antena. Ako nema adekvatne antene, nema niti signala. Prva stvar koju većina ljudi radi kada nema signala jest da krive radio prijemnik. No to je potpuno pogrešan pristup. Probajte uključiti vaš FM radio prijemnik, odaberite omiljenu stanicu i zatim iskopčajte antenu. Signal istoga trenutka nestaje, odnosno pada na jako nisku razinu kvalitete (ovo ne važi za prijemnike sa ugrađenom antenom). Dali ćemo zbog toga kriviti naš prijemnik? Ne. Stoga potpuno razumijemo razloge zbog kojih proizvođači uglavnom ne rade komunikacijske prijemnike i scannere koji su u stanju ići ispod 100 kHz, jer frekvencije ispod 100 kHz traže specijalne antenske sustave. Razlikujemo četri metode hvatanja radiovalova ispod 100 kHz:
Komunikacijski prijemnik Selektivnost jest spsobnost razdvajanja jedne stanice od ostalih. Obzirom da snage nekih postaja mogu biti i miljun puta veće od drugih (susjednih!), čak i ako nismo odabrali njihovu frekvenciju one se unatoč tome mogu 'probiti' i demodulirati. Rezultat je takav da uz ono što želimo slušati u pozadini čujemo i tu drugu demoduliranu postaju. Stoga je selektivnost prijemnika najvažnija stvar, a određuje ju kvaliteta filtera. Neki filteri mogu koštati i po 500$ po komadu (!) pa stoga netreba čuditi što neki od prijemnika imaju tako visoke cijene. Sa druge strane slektivnost nekog jeftinog prijemnika možemo povećati ugradnjom jednog ili više filtera koje smo sami napravili i koje prema potrebi uključujemo. Npr. ako nas muči neka lokalna stanica koja nam se stalno demodulira, napraviti ćemo filter koji će blokirati njeno frekventno područje. Osjetljivost prijemnika jest vrijednost koja nam pokazuje koliko slabe signale je naš prijemnik u stanju uhvatiti. Ako se želimo ozbiljnije baviti hvatanjem slabih i egzotičnih signala, tada bi prijemnik u području 100 kHz trebao biti u stanju hvatati signale reda veličine 1 uV.
Druga prednost upconvertera jest u činjenici da
smo signal podignuli na 4MHz i udaljili ga od 'mrtvog kraja' našeg
prijemnika. Naime, skoro svi prijemnici koji idu nisko u frekvenciji
(npr do 30 kHz), na tom području zbog samog dizajna komponenata
i filtera postaju zapravo izuzetno loši i 'gluhi'. Na primjer spomenuti
TenTec RX320 je na 100 kHz doslovno 'gluh'. No kada mu zamijenimo
jedan dio ulaznog filtera, uređaj odjednom postane odličan na 100
kHz i hvata skroz do 10 kHz uz nevjerovatno kvalitetne rezultate.
Primjerice, Icom PCR-1000 je doslovno 'gluh' ispod 50 kHz, a koliko
je poznato slična modifikacija kod njega nije moguća. Dakako, puno
elegantnije rješenje od modifikacije uređaja jest nabava upconvertera.
Naime, modifikacijom TenTeca RX320 smo preopteretili ulazni krug
uređaja na nekim višim frekvencijama gdje može doći do 'proboja'
tj. demodulacije jakih LW postaja.
Dakle u većini slučajeva (čast izuzecima) važi pravilo da ako imamo neki uređaj koji ide do npr 30 kHz, puno bolji rezultat slušanja na 30 kHz ćemo postići ako tih 30 kHz premjestimo na 4 MHz gdje naš uređaj 'diše punim plućima'. Upravo to premještanje vrši upconverter.
Magnetski VLF prijemnik
Ukoliko posjedujemo uređaj sa ulazom visokog pojačanja npr. mikrofonski ulaz, tada nam se sustav može sastojati samo od loop antene spojene na uređaj, naprimjer minidisk. Jer u oba slučaja radi se o pojačanju audio signala. Prednost magnetskog prijemnika u odnosu na električki jest puno veća osjetljivost i mogućnost hvatanja slabih signala koje električki prijemnik ne bi uhvatio. Druga prednost jest da okretanjem antene možemo anulirati smetnje, obzirom da je loop usmjerena vrsta antene. To znači da tamo kamo je okrenemo ona hvata, a 90 stupnjeva od tog pravca ne hvata. Dok električki prijemnik zbog omnidirekcionalne vertikalne antene hvata iz svih smjerova (ono što želimo i ono što ne želimo čuti). Nedostatak magnetskog sustava prijemnika jest njegova težina i portabilnost koje praktički nema. Podrazumijeva se da imamo vozilo, ukoliko ne živimo negdje na selu gdje je razina 50Hz zagađenja mala, pa antenu možemo postaviti u vrtu pored kuće. Magnetski prijemnik hvata isključivo magnetsku komponentu EM vala koja je okomita na električnu. Električki VLF prijemnik Tipičan VLF prijemnik sastoji se od omnidirekcionalne antene spojene na FET tranzistor visoke impedancije koji signal pojačava i šalje preko pojasno-propusnog filtera na audio pojačalo. Visoka impedancija FET-a jest potrebna kako bismo pokupili sav signal sa antene koja kao što je rečeno, zbog nedovoljne duljine ima izrazito visoku impedanciju. Naša antena je visoka svega 2m, pa zbog toga pri 1kHz ima impedanciju nekoliko mega ohma. Osnovno pravilo prijenosa energije u elektrotehnici kaže da izlaz i ulaz moraju imati istu impedanciju ako želimo da sva energija sa izlaza dospije na neki ulaz. U protivnom energija se vraća nazad - otprilike kao što se dio energine vode odbija nazad (i stvara tlak) kada iz cijevi promjera 1m preko ventila spojimo cijev promjera 5cm. U elektrotehnici obje 'cijevi' moraju biti 1m ako želimo svu 'vodu' punom snagom prenjeti od točke A do točke B. Stoga se kao jedino rješenje nameće izrada prijemnika sa ulazom visoke impedancije, a upravo to nam omogućuje FET tranzistor. Impedanciju određujemo postavljanjem otpornika između FET-ovog Gate-a i zemlje - koliku vrijednost ima otpornik, toliku ulaznu impedanciju ima naš uređaj. FET zatim prima signale, pojačava ih i šalje na pojasno filtriranje gdje će se odstraniti frekvencije više od 20 kHz kako ne bi došlo do proboja neke AM postaje. Ovo je dosta bitna činjenica jer AM postaja ima toliku snagu da joj ni najmanje ne smeta što mi radimo sa antenom visoke impedancije - sa tako velikim gubicima. Ne kaže se bezveze u šali da je za sljušanje neke AM stanice dovoljna jedna dioda, komad žice i slušalice. Stoga ako sami konstruiramo prijamnik, filter nikako nesmijemo zaobići. Obzirom da se radi o pojasno propusnom (BPF), on će također otkloniti i dio 50 Hz smetnji koje dolaze iz gradske mreže. Za konstrukciju takvog filtera potreban nam je barem jedan induktivitet veličine 150 mH. Obzirom da takve induktivitete nije lako za naći u našim krajevima, ovo je dio procesa na kojemu mnogi odustanu ili ga preskoće pa se kasnije čude zašto uređaj ne radi.
Prednost električkog VLF prijemnika jest njegova portabilnost. Neko od njih, poput odličnog WR-3 stanu u ruku i manji su od walkmana, a sastoje se od jednostavnih elektroničkih komponenti koje se mogu naći u gotovo svakoj elektroničkoj prodavaonici. Izuzetak su induktiviteti i FET-ovi koje nije lagano naći. Zbog jednostavnosti, moguće su i dodatne modifikacije za vlastite potrebe. Osim odličnog WR-3 prijemnika koji košta 100$, postoji još i VLF-3 prijemnik koji je konstruirala NASA koji je u gradskom (zagađenom području) čak i nešto bolji od WR-3, mada baš i ne stane u jednu ruku, košta 80$ i lakše ga je nabaviti iz naših krajeva. Osim njih tu su i BBB-4 koji, kada mu dodamo sve modifikacije, predstavlja izrazito kvalitetan prijemnik što se tiće čistoće zvuka. A nedavno je konstruiran i Floating Receiver kojega je izradio Renato Romero i koji predstavlja definitivno stepenicu više što se tiće suzbijanja 50 Hz smetnji, te uz to posjeduje definitivno najveću osjetljivost od svih navedenih VLF prijemnika električkog polja.
Tipičan izgled elektro-magnetskog spektra od 0 do 100 kHz Na slikama ispod možemo vidjeti kako izgleda spektar na ovim frekvencijama. Počinjemo sa slikom od 0 do 100 Hz koju smo morali posebno nacrtati jer njen sadržaj ne bi bilo moguće predočiti na slici 0 do 100 kHz.
Na samom dnu 0 Hz imamo DC, odnosno istosmjernu struju (direct current). To nas previše ne zanima. Sljedeće što dolazi jest na 7.8 Hz, a to je Schumannova rezonanca. Prirodna pojava čija osnovna frekvencija je otprilike jednaka osnovnoj frekvenciji šuplje sfere čiji unutarnji rub je površina Zemlje, a vanjski rub je ionosfera. Osnovna frekvencija je ravna vremenu potrebnom da elektromagnetsko zračenje obiđe tu sferu. Ako uzmemo brzinu EM vala da iznosi 300 000 km/s, a opseg Zemlje iznosi 40 000 km, prema računici 300000km/sec dijelimo sa 40000 km i dobivamo 7.5 1/sec, odnosno frekvenciju od 7.5 Hz (pošto je jedan Hz = 1/sec). Valja znati da frekvencija Schumannove rezonance nije konstantna već varira ovisno o Sunčevoj aktivnosti i 11 godišnjem Sunčevom ciklusu. Tako da izmjerena i proračunata vrijednost ne moraju biti jednake, kao i u ovom slučaju. Schumannove rezonance također su prisutne, ali sve slabijeg intenziteta na 14 Hz, 20 Hz, 26 Hz i sl. sve do 40 Hz. Kvalitetniji ELF prijemnik svakako bi trebao detektirati prve tri rezonancije. Sljedeće što vidimo na slici jest 50 Hz. Definitivno najzloglasnija i nažalost najjača stvar ovdje koja nam zbog svoje jakosti onemogućuje slušanje ostalih stvari, a zajedno sa svojim harmonicima proteže se do 1 kHz. Radi se o distribuciji električne struje, koja kako znamo ima frekvenciju 50 Hz i gdje god ima civilizacije i električnih vodova (podzemnih ili nadzemnih) tu ćemo hvatati i ovaj signal. Iz tog razloga u gradu gdje je 50 Hz signal jak, slušanje svih pojava i signala od 0 do 10 kHz jest nemoguće! Sve što se nalazi na ovoj slici opisano, ukoliko živite u gradu, zaboravite da ćete uhvatiti sa svojim prijemnikom. Na 76 Hz u području SLF-a (super low frequency) nalazi se signal Američke Mornarice namijenjen podmornicama. Zbog izrazito niske frekvencije (uskog signalnog pojasa, tj. kanala) nemoguće je slati čitave poruke, već se šalju jednostavni signali koji najčešće znače 'izroni', 'pričekaj' i sl. Tek kada podmornica izroni, primiti će poruku putem satelita. Razlog zbog kojeg se ovi signali šalju na ovako niskoj frekvenciji jest u tome što signali SLF-a zbog svoje izrazito velike valne dužine mogu prodirati čak i u more (!). Podsjetimo se, što je frekvencija niža to je valna duljina veća. Na 82 Hz imamo signal Ruske Mornarice, namijenjen svojim podmornicama. Isti princip rada i razlozi kao i kod Američke Mornarice. Na 85 Hz nalazi se signal koji generira monitor vašeg od PC-a (vertiklana frekvencija osvježivanja ekrana). Večina ljudi ima podešen refresh rate upravo na 85 Hz. Čast vlasnicima trinitron-a koji uživaju na 100 i više Hz. :-) Na 100 Hz nalazi se prvi harmonik zloglasne distribucije električne energije. Snagom skoro jednak signalu na 50 Hz. Pojava harmonika posljedica je distordiranog sinusnog signala. Kada bismo naime u električnoj mreži imali savršeni sinusni signal, tada bi postojao samo jedan signal, onaj na 50 Hz i to bi bilo odlično. No nažalost, distordirani signal će davati i harmonike koji predstavljaju umnožak osnovne frekvencije sa 2,3,4 itd. koji će dati rezultate 100,150,200 Hz itd. Ovi harmonici nažalost prisutni su do 1 kHz i izrazite su jakosti, a iznad toga polako gube snagu i lagano nestaju do 10 kHz. Izvan naseljenih mjesta, razina ovih smetnji pada, tako da hvatanje prirodnih signala poput Whistlera postaje moguće. Sada prelazimo na sljedeći sliku (ispod). Na dnu slike označeno je područje audio frekvencija. Zato što su to audio frekvencije to ne znači da ih možemo čuti ušima, jer to što prikazujemo na slici su elektromagnetski valovi, a ne akustični koji predstavljaju vibracije molekula zraka.
Na dnu između 300 Hz i 7.5 kHz imamo najpoznatije područje prirodnih signala vezanih uz Zemljinu plazmu, a to su Whistleri. U nekim slučajevima Whistleri mogu ići i do 15 kHz, no većina ih je ipak u ovom opsegu. Sljedeći sivi kvadrat koji vidimo između 11 kHz i 14 khz predstavlja Alpha signale, Ruski sustav hiperbolične radio navigacije. Jako korisno za kalibraciju i isprobavanje VLF prijemnika. Na 15 kHz nalazi se signal koji potjeće od TV uređaja, a predstavlja frekvenciju horizontalnog otklona (line scan). U naseljenim mjestima ovaj signal je konstantno prisutan (jer uvjek netko gleda TV). Njegova točna frekvencija iznosi 15625 kHz za PAL standard kakav mi imamo. Crvenom bojom označene su razne vojne komunikacije (RTTY) modulirane i kriptirane tako da ih se ne može presretati ,tj. čitati njihov sadržaj. Na 60 kHz imamo sustav servisa točnog vremena (Rugby - UK). Sličan sustav možemo čuti na 77.5 khz koji se emitira iz Njemačke. Dovodom signala na računalo, te njegovim dekodiranjem, moguće je doznati točno vrijeme. Na samom vrhu pri 100 kHz imamo radionavigacijski sustav lokacije Loran-C. Zbog širine svojeg kanala, zauzima poprilično široko područje skroz do 90 kHz. Kada smo već ovdje spomenimo, mada ne spada u domenu ovog članka, da iznad 100 kHz ima još nekih zanimljivih signala, a zatim na 150 kHz dolazi LW (longwave radio) koji se proteže do 280 kHz, a sastoji se od emitiranja radijskog programa amplitudnom modulacijom (AM). Iznad njega od 285 - 530 kHz dolaze NDB-ovi (non directional beacon). Pilotima i svima ostalima koji lete na pravim avionima (ili onima u npr. Flight Simulatoru) ne treba puno objašnjavati što je to i kakva bi orijentacija zrakoplova bila bez njega. Nakon NDB-ova na 530 kHz počinje MW (medium wave radio) koji se proteže do 1620 kHz. Na njemu čak emitira i jedna hrvatska postaja, Hrvatski Radio na 1125 kHz sa odašiljača Deanovec (100 kW). Napomenimo da se između 285 i 325 kHz nalazi DGPS (Diferential Global Positioning System), nešto slično GPS-u koji se je pomalo nespretno ugurao u područje NDB-ova. DGPS daje zanimljiv zvonoliki zvuk, i ima karakterističan spektralni oblik.
Antenski sustavi Frekvencije ispod 100 kHz mogu se najlakše uhvatiti aktivnom antenom. Dakako, kvalitetno napravljenom! Ako uzmete nekakvu teleskop antenu i spojite ju na pojačalo, postavite u svojoj sobi i nadate se da ćete nešto uhvatiti, može se reći da gubite vrijeme. Sa druge strane moguće je napraviti i pasivni sitem, no tada se podrazumjeva da imamo zemljiše duljine barem 200m za našu longwire antenu. Najvažnije stvar antene jest da bude vani na otvorenom, postavljena što više je to moguće. Ako živite u zgradi, onda je logično da će stajati na krovu. Razlikujemo tri osnovne vrste antena za frekvencije ispod 100 kHz.
Longwire antena Magnetic loop antena Vertikalna aktivna antena Druga vrsta vertikalnih aktivnih antena su zapravo obične teleskop antene (whip) kakve se spajaju na radio uređaje. Važno je napomenuti da se pri niskim frekvencijama takva antena ne može spajati na običan radio uređaj jer bi pri npr. 10 kHz bila neupotrebljiva zbog izrazito visoke impedancije od barem nekoliko mega ohma (a uređaj jer predviđen za antenu od 50 ohma!). Razlog tome jest što je ta antena konstruirana za mnogo više frekvencije gdje će imati impedanciju 50 ohma. Znači potreban nam je sustav koji na ulazu ima visoku impedanciju. Na njega slobodno možemo prikopčati takvu teleskop antenu. Upravo to je VLF prijemnik električkog polja. Izrađuje se tako da ima ulaz visoke impedancije (od nekoliko mega ohma). Na njega zatim možemo najnormalnije spojiti takvu antenu, dužine 1 do 3m, a uređaj omogućuje prijem frekvencija u rasponu od 0 - 20 kHz. [Povratak na Svemir u UČIONICI] |