Antenne per VLF e ULF

Perchè seguono la curvatura terrestre e vengono riflesse dall'alta atmosfera (ionosfera) consentendo trasmissioni anche fra antenne che non sono in linea d'aria.

Allora vediamo un pò,

Modulazione PSK
Frequenza di lavoro sotto i 70 KHz
Antenna con circuito per accordarla e renderla risonante (RX)
Un bel circuito di potenza di quello tosto (tanto la trasmissione è breve, stimo circa un paio di secondi ogni circa 30 minuti).

Forse forse ce la faccio U_U

No no in realtà la soluzione è molto piu' semplice, non serve che trasmetta a 200 metri ma molto molto meno...
Si trasmette pochi interi in pratica. Vediamo ci macino sopra....

In realtà temo di piu' i disturbi, mi tocca infilarci dei bei passabanda

Eh lo so ma almeno ho trovato della documentazione e su quella posso basarmi per ottenere qualche risultato...

Si, sto studiandomi le antenne magnetiche e gli amplificatori classe C e D (perchè per la potenza emessa dall'antenna mi tocca cercare un rendimento dell'amplificatore molto alto altrimenti mi serve un reattore nucleare collegato all'apparato XD).

Parecchio interessante il progetto Hell, peccato non ci dici a cosa serva ma il solo trasmettitore in se è stuzzicante.

Tempo fa lavorai a qualcosa di simile ma a frequenza più alta, ultrasuoni a 40khz, per il ricevitore mi basai su un progetto trovato in rete di trasmettitore dati a bassa frequenza mi pare intorno ai 200khz, dovrei avere i link salvati da qualche parte, ora faccio una ricerca e se li trovo li posto.

Il sistemino che feci tutto sommato funzionicchiava abbastanza bene, senza amplificatore sul tx riuscivo a trasmettere a circa 4500baud a 1-2 metri di distanza, e gli errori sembravano relativamente pochi. Il circuito era semplicissimo, visto che utilizzavo capsule ultrasoniche non c'era bisogno di filtri in ingresso, trasmettevo in am ook. In ricezione avevo un semplice bassa basso, tre stadi di amplificazione a fet leggermente filtrati anche loro, poi rilevatore a diodo perfetto, squadravo e livellavo sui 5V e poi dritto sul processore. Non era male, il ricevitore era praticamente a posto mancava la sola parte tx di potenza.

Anche nel tuo caso non dovresti avere bisogno di filtri perchè ti basta accordare la bobina che fungerà da superfiltro, il resto è facile, il problema nel tuo caso è sicuramente il tx, per trasmettere in quelle bande c'è bisogno di potenze mostruose, ma se usi anche tu am e ook ci si limita in pratica a un oscillatore e un bel parallelo di mosfet di potenza che riescono a switchare tranquillamente anche diversi kw.

Il problema semmai è la bobina, qualche km di filo da avvolgere non è certo facile, se non usi filo sottilissimo viene enorme, ma se lo usi sottile con alte potenze è facile fonderlo, se lo usi di alto diametro è facile che ti ci voglia una bobinona da 2 metri e 20cm di diametro

Eccolo qui:

http://www.itisrn.it/real/et/Tesi/introduzione.html

Sei davvero fortunato è praticamente quello che ti serve, 80khz! In aria parlano di 10m e 1200bps che è già parecchio, penso che per trasmettere sotto terra ti basti "semplicemente" usare un trasmettitore di alcuni ordini di grandezza in più.

Si conoscevo gia' quel sito e quel progetto a cui sicuramente si possono apportare parecchie migliorie. Ad esempio, le antenne non sono mai ideali nel senso che hanno preferenza spaziale rispetto la trasmissione. Cosa significa?

(Teoria)
Allora, un'antenna ideale irradia la stessa potenza su una sfera perfetta, ovvero se costruiamo una sfera intorno all'antenna (e con centro l'antenna stessa) qualsiasi punto sulla superficie di tale sfera avrà (misurandolo) una potenza di trasmissione ben determinata ed uguale a qualsiasi altro punto.
Le antenne reali invece hanno preferenza di direzione che dipende dal tipo di antenna, dalle geometrie usate ecc...
Nel caso di antenne magnetiche, queste sono costituite da un nucleo in ferrite e da una bobina. Un'antenna normale, detta elettrica, capta infatti le variazioni di campo elettrico e questo discorso puo' andare bene per onde UHF ad esempio, ma quando si scende a frequenze di trasmissione basse poichè le antenne elettriche rispondo al "vincolo" di lunghezza secondo il quale tali antenne devono esser costruite in modo da essere pari a lambda/4 o lambda/e (a seconda del tipo) di lunghezza dove lambda è la lunghezza d'onda, allora si intuisce che se la lunghezza d'onda è molto grande (frequenza bassa) l'antenna deve essere mostruosamente grande.
Invece nel caso delle magnetiche si riesce ad avere dimensioni piccole e prestazioni buone proprio per lunghezze d'onda che risulterebbero impraticabili da antenne elettriche. L'antenna magnetica ha i suoi bei parametri caratteristici ma la cosa interessante è che anche questa, non essendo ideale, risponde a caratteristiche di direzionalità della propagazione. Questo disegno spiega cosa voglio dire:





Tornando al nostro progettino (quello del link) una miglioria potrebbe essere il fatto di disegnare opportunamente l'antenna in modo da sfruttare ottimamente la direzionalità e costruire il tutto in modo che quando viene posizionato in sede risulta allineato con il ricevitore. Il ricevitore non necessariamente deve essere interrato e quindi le onde non devono viaggiare per forza solo sotto terra ma possono benissimo viaggiare su canale misto (etere+terreno) permettendo cosi' una riduzione notevole della potenza di trasmissione.

Una seconda miglioria potrebbe benissimo consistere nel modificare completamente lo stadio di potenza sostituendolo con un amplificatore che abbia rendimento superiore al 95% (amplificatori classe C o meglio ancora D/E).

Terzo punto: la scelta di un'opportuna tecnica di trasmissione. Qui la cosa è complicata perchè da un lato ci sono le varianti di PSK che permettono di sfruttare bene la banda e la potenza, dall'altro le FSK che consentono di ottimizzare gli stadi amplificatori di classe C aumentando però la banda richiesta. FSK però risulta piu' semplice da realizzare da quanto ne so e penso che alla fine la decisione fra le due dipenderà anche dal discorso rumore e probabilità di errore in trasmissione. Infatti dovendo ottimizzare la potenza di trasmissione su pochi bit trasmessi il discorso banda diventa relativamente poco importante mentre diventa fondamentale evitare ripetizioni di trasmissione dovute ad errori in quanto piu' trasmettiamo piu' consumiamo. Infatti questa cosa me la devo vedere per bene.

Quarto Punto: Ottimizzazione del sistema di gestione dei controllori. Una buona gestione puo' ridurre le trasmissioni necessarie come anche la potenza richiesta. Questo punto per ora non lo voglio discutere anche se ho tre ideuzze a riguardo che dovrebbero funzionare.

Comunque, per prima cosa devo definire esattamente le specifiche a cui dovrà rispondere, poi si passa a calcoli e disegno dell'apparato partendo dall'antenna ovviamente. Considerando che il tempo scarseggia, è un lavoro lungo

Beh per la direttività non penso ci siano molte soluzioni, su quella banda oltre le antenne in ferrite non conosco altro, forse si potrebbe pensare ad una corner reflector ma in pratica è impossibile perchè il riflettore necessario sarebbe immenso, se non sbaglio è anche lui 1/4 d'onda per lato, in pratica irrealizzabile. Al massimo potresti usare una cosa simile per schermare la ricezione da una certa direzione ma non si parla comunque di una antenna direttiva nel vero senso della parola dato che il diagramma di irradiazione sarebbe identico e quindi la potenza trasmessa o ricevuta da una certa direzione.

Per il modo di trasmissione io userei ask, che te ne fai della fsk, non penso che su quella frequenza ci siano tante interferenze o almeno non tante quanto sulle altre frequenze. Certo non è il massimo ma ti risparmi parecchio lavoro si per il tx che per rx, il resto dei controlli poi li fai con il processore, un bel protocollo di trasmissione con molti controlli d'errore che con 1200bps e pochi dati da trasmettere è sicuramente fattibile, ci aggiungi magari anche la parità e sei già più che a posto.

Per direzionare basta fare in modo che le zone a maggior irragiamento dell'antenna (che abbiamo detto è discriminante su certe direzioni perchè non è ideale) incrocino il ricevitore.

Quelle per via di fattori legati alle potenze in trasmissione e disturbi. ASK è semplice da realizzare è vero ma in effetti nel mio caso risulterebbe poco utile perchè l'utilizzo della OOK come nel progetto prevede una trasmissione di molti zeri e uni. Considerando che mediamente la presenza di zeri è circa il 50% allora su trasmissione e ricezione continua si ha un effettivo vantaggio.
Ma io non devo trasmettere in continuo ma ad intervalli regolari di tempo. Questo implica che è piu' importante ricorrere a sistemi che diano poca probabilità di errore e che permettono nella maggioranza dei casi una sola trasmissione senza ripetizioni.
Inoltre il sistema deve poter funzionare anche in presenza di disturbi. Considerando che la fascia delle basse frequenze i suoi disturbi li ha già intrisecamente oltre a quelli che apparati elettronici possono generare e che il sistema deve poter operare su scenari dove i disturbi elettromagnetici non sono conosciuti esattamente è meglio, credo, optare per avere un sistema robusto.

Beh si direzionando le due antenne forse qualcosa si guadagna ma non penso più di tanto, a quella frequenza in pratica avvolgi tutto il pianeta non penso ci siano problemi di direzionalità.
L'idea dello schermo posteriore non mi sembra male, almeno per evitare di ricevere interferenze da una direzione non interessante. Bisognerebbe però vedere se uno schermo posizionato in quella maniera possa interferire con il normale funzionamento dell'antenna, proprio non saprei.

Capisco, se ti serve alta immunità ai disturbi sicuramente in fsk è molto meglio, se usi due frequenze molto distanziate stai a posto.

Riguardo questo aspetto qualche giorno fa leggevo il funzionamento del gps, è più o meno una situazione analoga, la potenza del segnale ricevuto è molto bassa per via del trasmettitore che deve coprire una superficie molto alta con una bassa potenza. Il sistema sfrutta un procedimento particolare, in pratica vengono generate delle sequenze random seguendo un particolare algoritmo, non ho ben capito come funziona la cosa, ma in questo modo è possibile discriminare un segnale bassissimo in mezzo a una marea di rumore e con alta immunità agli errori.

Se ti studi per bene il sistema per il tuo caso sarebbe sicuramente l'ideale, anche perchè è stato studiato proprio per la trasmissione di segnali costanti nel tempo e con bassa velocità.