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Di seguito tutti gli interventi pubblicati sul sito, in ordine cronologico.
Le VLF rappresentano un ottimo campo di sperimentazione per l’OM che non si limiti ad operare sulle bande HF. Dove le HF sono il regno di apparati commerciali piu o meno costosi , regno in cui il radioamatore si limita spesso, quando lo fa, alla costruzione di antenne piu’ o meno performanti, le VLF ( ed anche le microonde per essere onesti) sono il campo incontrastato della sperimentazione. Qui bisogna fare i conti con le caratteristiche peculiari delle frequenze in gioco, in primis l’enorme lunghezza d’onda, e con la mancanza pressoche’ assoluta di ricevitori e trasmettitori commerciali.
Per ricevere le VLF abbiamo bisogno di un sistema d’antenna efficace che, per ragioni pratiche, non puo’ essere minimamente confrontato con le lunghezze d’onda in gioco.Abbiamo bisogno anche di un buon ricevitore in grado di estrarre segnali di limitatissima larghezza di banda, anche pochi Hertz, in mezzo ad un marasma di segnali di origine naturale ed artificiale.
Per quanto riguarda l’antenna risulta conveniente rivolgersi a sistemi attivi sensibili al campo elettrico ( miniwhip, maxiwhip) oppure a quello magnetico (loop sintonizzati o aperiodici). Nel web, ed anche in questo sito, si trovano sistemi di antenna economici da autocostruire.
Per il ricevitore, difficilmente il nostro RX di stazione scende sotto i 100 KHz , e le prestazioni a queste basse frequenze lasciano sovente a desiderare.
Anche se la soluzione migliore, a mio avviso ed ad avviso di molti, e’ quella di impiegare la scheda audio del nostro PC e di utilizzare i numerosi e validissimi software di analisi spettrale reperibili in rete, convertire i segnali VLF in un segnale ricevibile e decodificabile dal nostro RX di stazione mantiene comunque una sua validita’, se non altro per setacciare e separare i vari segnali presenti in gamma mediante le piu’ o meno sofisticare caratteristiche ( filtri stretti CW ed SSB oppure capacita’ DSP) del medesimo.
La successiva elaborazione mediante analisi spettrale risulta a mio avviso comunque quasi indispensabile, pur limitandosi ad una larghezza di banda di circa 2-3 KHz tipica del canale audio dell’RX operante in SSB.
In commercio esistono pochi convertitori VLF ( per esempio il Palomar), ed in rete possono essere reperiti schemi di convertitori facenti uso di transistor, fet, mosfet, integrati dedicati, mixer a diodi in qualita’ di mescolatore di frequenza.
Ad ogni modo il principio di funzionamento e’ sempre schematizzabile come segue:
Questa figura rappresenta un tipico convertitore di frequenza dove il segnale proveniente dall'antenna e selezionato mediante il circuito accordato di ingresso viene mescolato atteaverso un dispositivo che chiamiamo genericamente mixer con un segnale proveniente da un oscillatore locale a freuenza variabile.All'uscita del mixer sono presenti : il segnale d'antenna, il segnale dell'oscillatore locale, la somma e la differenza del segnale d'antenna e di quello dell'oscillatore locale. Mantenendo la frequenza dell'oscillatore locale ad un valore fisso costantemente piu' basso (o piu' alto) di quello del segnale sintonizzato potremo facilmente separare, all'uscita del mixer il segnale differenza ( ad un valore fisso esempio 455 KHz) per amplificarlo mediante un circuito selettivo e quindi rivelarlo: abbiamo a che fare con quello che comunemente viene chiamato ricevitore a conversione di frequenza o supereterodina, cioe' con la totalita' dei ricevitori commerciali.
Bene, se applichiamo lo stesso pricipio utilizzando un oscillatore locale a frequenza fissa e sostituiamo la media frequenza con il nostro ricevitore di stazione sintonizzato sulla frequenza somma del segnale in ingresso al mixer e quello di oscillatore locale ( ... o sulla differenza, ma la somma risulta piu' pratica) abbiamo il seguente risultato:
Qui di seguito riporto lo schema elettrico del converter proposto, il circuito stampato e la disposizione dei componenti. L'insieme rappresenta la mia interpretazione "minimalista" dei principi riportati. Il circuito non fa uso di bobine da autocostruire, e' dotato di un ottimo filtro passa basso in ingresso, usa un mixer digitale costituito da un cmos facilmente reperibile, permette di convertire frequenze da pochi Hz a circa 70-80 KHz.
Analizziamo il circuito:
Il segnale d'antenna viene applicato al primario del trasformatore TR1, un normale trasformatore di isolamento audio 600:600 ohm. Perche'questa scelta? Semplice, questi trasformatorini, impiegati normalmente nelle interfacce di separazione per modi digitali, hanno una banda passante che si estende da pochissimi Hz a 60- 70 KHz (testato con generatore di segnali e oscilloscopio). Tutto cio' che e' superiore viene inesorabilmente bloccato. Un componente del genere e' di per se un ottimo filtro PB per la porzione di VLF di nostro interesse.
Il secondario del TR1 viene applicato al IC1, un cmos 4053N che contiene all' interno 3 switch X, Y e Z azionabili mandando a livello logico alto rispettivamente i piedini A,B e C. In condizioni di default, con gli ingressi A,B,C a livello logico basso, il secondario del TR1 e' collegato in modo che il terminale 4 vada sull'uscita Z ed il terminale 3 vada in parallelo sulle uscite X e Y. Mandando alti gli ingressi A,B,C il secondario del trasformatore viene invertito, per cui avremo il terminale 3 sull'uscita Z ed il terminale 4 in parallelo sulle uscite X e Y. Applicando il segnale generato da QG1 ( a 1, 2, 3 o 4 MHz) agli ingressi A,B e C otteniamo che il segnale presente al secondario di TR1 (virtualmente lo stesso presente sul primario salvo filtraggio) venga invertito di fase alla frequenza dell' oscillatore. L'uscita Z e' mantenuta a meta' tensione di alimentazione attaverso le resistenze R1 ed R2 ed a massa per l'alternata mediante C2 e C3. Al parallelo delle uscite X e Y sono presenti i segnali somma e differenza (ingresso + o - oscillatore locale) applicati al carico costituito da R3. Da qui il segnale potrebbe essere direttamente mandato all'ingresso dell'antenna dell'RX, ma, per recuperare le perdite dovute alla conversione, viene applicato attraverso C4 alla base del Q1 che lo restituisce amplificato all'uscita mediante il C5.
L'alimentazione del circuito (max 6 V) viene applicata ai morsetti x4-1 (positivo) e x4-2 (negativo) mentre al morsetto x4-3 e' presente la frequenza dell'oscillatore locale oppure, omettendo l'oscillatore locale dal circuito, e' possibile iniettare un segnale generato da un oscillatore esterno.
Componenti:
TR1= trasformatore di isolamento audio 600 600 ohm
QG1= oscillatore 4 MHz ( o inferiore, vedi testo)
IC1= 4053 (oppure 40HTC53 se utilizzato un oscillatore a frequenza maggiore di 4 MHz)
Q1= BC547
R1,R2,R3,R4= 10 Kohm
R5= 680 ohm
C1,C3,C4= 100 KpF poliestere
C5= 10KpF poliestere
C2= 10 microF 16 Vl
Di seguito la fotografia del prototipo montato:
Come utilizzare il converter:
Per utilizzare il converter bisogna applicare il sistema di antenna al primario di TR1 e l'uscita x2-1 al connettore di antenna dell'RX di stazione.
Selezionare USB oppure CW e sintonizzare a 4 Mhz.
Data alimentazione al circuito dovreste sentire un fishio nell'altoparlante del ricevitore dovuto ai residui a 4 MHz dell'oscillatore locale. Salendo in frequenza di 1 o 2 KHz il fischio dovrebbe scomparire .
A questo punto, se avete selezionato il modo CW dovreste sentire il battimento a 600 Hz ( oppure alla freuenza della nota CW che avete impostato nel vostro RX) e le ultime cifre della frequenza letta sul display ci daranno indicazione del reale segnale sintonizzato ( esempio se leggiamo 4001,50 avremo sintonizzato un segnale a 1,5 KHz).Se invece avremo impostato il modo USB sentiremo nell'altoparlante tutte le frequenze corrispondenti al valore letto piu' 2-3 KHz (esempio se leggiamo 4001,50 sentiremo da 1,5 KHz a 3,5- 4,5 KHz, in dipendenza della larghezza di banda del canale audio SSB del nostro ricevitore). La precisione della lettura dipende naturalmente dalla precisione dell'oscillatore locale, tenetene conto.
In ogni caso consiglio vivamente di utilizzare un programma di analisi spettrale sul vostro PC mandando l'audio dell'RX alla scheda audio mediante la normale interfaccia per modi digitali.
Di seguito riporto alcuni segnali captati con questo converter e l'antenna loop descritta in un altro articolo con relativo preamplificatore. Il programma utilizzato e' Spectran
Segnale bitonale a 31,14 KHz:
Segnale impulsivo a 15,69 KHz
Rumore elettrico a 57 KHz
Segnale MSK stazione militare (RDL):
Programma Spectrum Lab
Buona realizzazione, buon acolto.
73 de iw0dvv Mariano
Quando , l’11 settembre del 2001 negli USA, tre aerei scomparvero dagli schermi dei controllori di volo (air traffic controllers –ATC), ci si rese conto che, al contrario di quanto comunemente si creda, buona parte del traffico aereo non viene controllato mediante radar da terra. Cosa era successo? Erano stati spenti i cosidetti trasponder di bordo.
Essendo la copertura radar da terra non presente in buona parte dello spazio aereo, l’ATC si affida al cosidetto “radar secondario”.
Una stazione di terra trasmette una richiesta ad uno speciale ricevitore di bordo. Un trasmettitore invia un messaggio di risposta verso la stazione di terra. Utlizzando una antenna direttiva e calcolando i tempi di risposta, la stazione di terra puo’ predirre , come un vero radar, la distanza e la direzione di volo. Naturalmente questo funziona solo se a bordo del veivolo e’ presente il necessario hardware ( transponder) e se questo transponder e’ acceso.
Il radar secondario e’ molto piu’ economico di un vero radar ed inoltre il transponder puo’ inserire nel messaggio di risposta anche informazioni supplementari.
Da alcuni anni sono diventati di uso comune transponder di nuova generazione che supportano il cosidetto Mode-S. Questi transponder inviano molti piu’ dati rispetto ai vecchi modelli ( ADS-B data acronimo di Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) ed implementano una funzionalita’ chiamata “squitter” che permette la trasmissione continua di dati senza l’interrogazione da parte della stazione di terra.
ADS-B è una tecnica cooperativa di controllo del traffico aereo.
Cosa significa?
Un aeromobile dotato di un transponder Modo S, se collegato ad un dispositivo GPS, è in grado di calcolare la propria posizione e di trasmetterla periodicamente in modo che speciali ricevitori siano in grado di identificare la posizione del trasmittente. Le informazioni di posizione sono presenti in messaggi di tipo Mode S extended. Il messaggio trasmesso dal target è di tipo broadcast, in quanto il trasmettitore non è interessato a chi riceve il messaggio. La tecnologia è "automatic" in quanto il messaggio contenente le informazioni per la localizzazione del target viene spedito periodicamente senza l'intervento diretto di operatori né necessariamente è sollecitato dall'esterno. Inoltre, la tecnologia ADS-B si intende cooperativa in quanto, come in un radar secondario di sorveglianza si richiede una collaborazione attiva da parte dell aeromobile per l'effettiva individuazione dello stesso.
Le immagini sotto riportate chiariscono il concetto.
Circa l’80% dei veivoli nel mondo sono dotati di questi transponder e, visto che le informazioni sono trasmesse continuamente, possono essere facilmente ricevute anche da un utenza amatoriale.
Come ricevere i segnali.
L ‘ADS-B utilizza dei transponder sulla frequenza di 1090 MHz (entro la banda-L).
A queste frequenze i segnali radio seguono percorsi “ottici” all’interno dell’atmosfera e non sono soggetti a riflessione ionosferica. La ricezione e’ possibile quindi solo se non sono presenti ostacoli nel percorso ottico tra il trasmettitore ed il ricevitore. L’antenna ricevente dovrebbe essere posta in posizione elevata e senza ostacoli che ne disturbino la visuale.
Per i nostri primi esperimenti potremo comunque utilizzare anche antenne poste in prossimità di finestre, non pretendendo di captare i segnali di tutti gli aerei che ci passano sopra.
A causa della curvatura terrestre potremo ricevere segnali da aeromobili distanti in relazione alla loro altezza di volo. Il segnale di un aereo in volo a 30000 piedi ( 10 Km) potra’ per esempio essere ricevuto a 400 Km di distanza. Naturalmente questo significa impiegare antenne e ricevitore molto sensibili e ben configurati. Nelle nostre installazioni casalinghe potremo comunque arrivare senza difficolta’ a ricevere segnali da aerei distanti un centinaio di Km.
Cosa serve?
Per ricever questi segnali abbiamo bisogno di:
· una antenna adatta
· un ricevitore ADS-B
· un decoder ADS-B
· un PC equipaggiato del necessario software di visualizzazione
L’antenna, ovviamente, serve per captare i segali elettromagnetici relativi alla frequenza utile ed a trasferirli al ricevitore.
Il ricevitore seleziona, amplifica e demodula i segnali: il segnale in uscita, analogico, viene chiamato video-signal.
Il decoder estrae le informazioni contenute nel segnale analogico, le converte in segnali digitali, filtra i segnali utili estrapolandoli da quelli non utilizzabili, invia i dati al PC.
Il PC riceve i dati daldecoder e ne estrae le informazioni utili per la rappresentazione grafica del radar.
Per realizzare questa catena di ricezione possiamo utilizzare metodi piu’ o meno costosi, dal ricevitore semifrofessionale dal costo di alcune centinaia di euro, al front end e decoder autocostruiti (anche in kit).
Di seguito alcune immagini di ricevitori e decoder autocostruiti:
Acune ditte hanno inoltre messo in commercio dei ricevitori-decoders nella forma della classica pennetta USB per personal computer.
Questi ricevitori-pennette si trovano in commercio ad un prezzo variabile da 75 a 150 Euro.
Ma noi abbiamo la nostra pennetta RTL.
La pennetta RTL che abbiamo gia’ visto in un altro articolo, riesce a sintonizzare da 70 a 1700 MHz con un “buco” da 1100 a 1250 circa (quelle piu’ recenti con il tuner R820T vanno da 24 a 1850 MHz senza buchi).
Pur essendo la frequenza di 1090 MHz vicina al “buco” del tuner, molte delle pennette RTL dotate di chip E4000 ( non tutte, qualcuna fa i capricci…, dipende dal singolo esemplare di chip) e tutte quelle dotate di chip R820T possono essere utilizzate per ricevere i segnali ADS-B.
Se avete una di queste pennette e la state utilizzando con SDRSharp potete tranquillamente utilizzarla per vedere quello che “vi vola sopra la testa”.
Vi servono due software.
Ecco nel disegno come funziona:
Il secondo software e’ invece un qualsiasi software di visualizzazione dei segnali ADS-B. Ne esistono di gratuiti ed a pagamento.
Il primo e’ un programma completo che non ha bisogno di installazione ma va solo configurato, mentre il secondo va installato e configurato e si appoggia ad una pagina googlemaps per la visualizzazione.
Per i primi approcci consiglio vivamente ADSBScope, anzi vi semplifico la vita e ve lo faccio scaricare qui gia’ configurato per ADSB# e le chiavette RTL.
Pronti, partenza e via.
Scaricate i due software e spacchettateli sul desktop ( o dove vi pare).
Inserite la chiavetta nella usuale porta USB
Mandate in esecuzione ADSBSharp e clikkate su Start, quindi minimizzate la finestra.
Mandate in esecuzione ADSBScope e, se avete scaricato il software dal sito ufficiale configuratelo seguendo questa ottima guida in italiano, altrimenti, se avete scaricato la versione gia’ configurata, selezionate other/Network/Raw-data Client active.
Bene, è tutto. Adesso avrete la vostra bella schermata radar e dopo un po di tempo (il programma deve ricevere un po di dati) vedrete gli aerei che passano sopra la vostra testa con tanto di dati identificativi e dati di volo.
Ultima cosa importante: l’antenna.
L’antennina in dotazione vi permette di captare le trasmissioni di qualche aereo soprattutto se posizionata vicino alla finestra. Qui sotto ecco cosa ho preso appena installato il software e con l’antenna dentro casa e la finestra chiusa:
Naturalmente se volete qualcosa di piu’ dovete usare una antenna adeguata. I segnali del transponder hanno polarizzazione verticale ed’ e’ quindi necessario avere una antenna polarizzata verticalmente sintonizzata su 1090 MHz. La soluzione piu’ semplice e’ uno stilo metallico di 13 cm ( mezz’onda). Per aumentare le performance possono essere combinati assieme piu’ stili di 13 cm come in figura:
Siccome ogni stilo sfasa il segnale di 180° e’ necessario rifasare con un loop di 13 cm di lunghezza ( 40 mm di diametro). Potere realizzare lo stilo ed i loop con 65 cm di filo di rame da 1,5 mm opportunamente sagomato.La base dello stilo verra’ connessa al centrale di un cavo da 50 o 75 ohm ( potete usare cavo SAT) mentre la calza sara’ connessa ad una terra virtuale costituita da un disco metallico di 13 cm di raggio (26 cm di diametro) oppure ad almeno 4 radiali di 13 cm di lunghezza. Potete usare una presa PL da pannello alla quale salderete lo stilo multiplo al centrale ed i 4 radiali agli angoli (mini ground-plane).
In rete troverete comunque tanto materiale sulla costruzione di mini-antenne per ADS-B.
Buon divertimento!
73 de iw0dvv Mariano
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(p)Link
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