Réception d'ondes radio extra-longues à domicile

Les ondes radio ultra-longues sont un monde entier rempli de nombreux signaux - sphères et sifflets générés par la foudre, peut-être à des milliers de kilomètres du lieu de réception, les «points» et «tirets» habituels du code morse, des signaux horaires précis et la transmission de données numériques:


Ondes ultra-longues (UHF) (le terme «ondes ultra-longues» (UHF) était auparavant utilisé) - signaux d'une fréquence inférieure à 30 kHz (selon la classification russe). À l'étranger, les abréviations VLF ( très basses fréquences ) et ELF ( très basses fréquences ) sont souvent utilisées pour cette gamme, et dans différentes sources les bandes de fréquences spécifiques pour ces gammes diffèrent.


Le seuil pour entrer dans ce monde est très bas - une antenne, un amplificateur et un ordinateur portable avec le logiciel approprié sont nécessaires. Ensuite, je vais parler de mon équipement simple pour l'admission à ADD.

Aérien

Pour recevoir des signaux dans la gamme des unités - des dizaines de kilohertz, j'utilise une antenne cadre en forme de carré d'une longueur de côté de 26 cm, enroulée de 50 tours de fil de cuivre émaillé d'un rayon de 0,1 mm avec une résistance ohmique du bobinage de 45 Ohms):


Le diagramme de rayonnement de l'antenne cadre dans le plan horizontal (lorsque le plan des spires est vertical) a la forme d'un "chiffre huit":


Si le plan de la trame est parallèle à la direction de la station radio (la trame "se trouve sur le côté"), alors le niveau du signal reçu par l'antenne de trame est maximum. Si le plan de la trame est perpendiculaire à la direction de la station radio, alors le niveau du signal reçu est minimal. Cela permet d'appliquer la méthode d'amplitude avec radiogoniométrie au minimum (plus précis que le maximum) pour déterminer la direction vers l'émetteur. Le minimum du signal reçu a lieu dans une direction perpendiculaire au plan des spires de la trame. Pendant la recherche de direction, l'antenne tourne jusqu'à la position de réception zéro.

Amplificateur

Pour amplifier le signal de l'antenne, j'utilise un amplificateur à deux étages (un circuit avec un émetteur commun) sur des transistors bipolaires. Voici un modèle de cet amplificateur dans LTspice :


Je ne publierai pas la photo de l'amplificateur, afin de ne causer de souffrance morale à personne (elle a été collectée par ma méthode préférée de collage de pièces sur carton :-)).
L'antenne est connectée à l'entrée de l'amplificateur avec un câble coaxial pour réduire les interférences.

Ordinateur portable / netbook

La sortie de l'amplificateur est connectée à l'entrée audio (microphone ou ligne) d'un ordinateur portable ou d'un netbook. J'utilise un mode avec une fréquence d'échantillonnage de 96 kHz avec une résolution de 16 bits pour numériser le signal d'entrée.

Logiciels

Pour surveiller l'air en temps réel, j'utilise le programme Spectrum Lab (téléchargement ici ) version V2.90 b14 de la radio amateur allemande Wolfgang Büscher avec l'indicatif DL4YHF :


Dans la configuration initiale, j'ai réglé la fréquence d'échantillonnage sur 96 kHz:


et élargi la fenêtre de fréquence affichée à toute la plage de 0 à 48 = 96/2 kHz:


Un rôle important dans l'ajustement est joué par la taille de la fenêtre de transformation de Fourier rapide:


La largeur de la fenêtre affecte la résolution en fréquence et en temps du signal - avec l'augmentation de la largeur de la fenêtre, la résolution en fréquence augmente, mais la résolution en temps diminue et le coût de calcul pour effectuer une transformée de Fourier rapide augmente.

La figure ci-dessous montre les spectrogrammes du signal avec une largeur de fenêtre de 1024 et 8192 comptes:


Comme vous pouvez le voir, avec une largeur de fenêtre de 1024 comptes, les limites d'impulsion sont clairement reconnaissables, mais la fréquence d'impulsion est floue. Avec une largeur de fenêtre de 8192 points, la fréquence centrale et les deux fréquences extrêmes (supérieure et inférieure) sont clairement suivies, mais les limites d'impulsion sont totalement indiscernables.
J'ai également essayé MATLAB, essayant de créer un analyseur pour les signaux faibles:


(GitHub - https://github.com/Dreamy16101976/VLF_MATLAB ).

Exemples de signaux que j'ai reçus

Fréquence 25 kHz (station radio d'indicatif d'appel RJH69)
Indicatif d'appel:


Signaux horaires:


1 - 1/10 s., 2 - 1 s., 3 - 10 s., 4 - 60 s.

Fréquence 18,1 kHz (indicatif radio de la station radio RDL)
Types de signaux:


1 - Porteur non modulé
2 - Signal de synchronisation (durée de période d'environ 60 ms)
3 - Signal de synchronisation (durée de période d'environ 40 ms)
4 - Données numériques
5 - Code Morse (la durée d'un élément est de 1/15 s, c'est-à-dire que la vitesse de transmission est de 18 wpm)

L'indicatif d'appel et le début du radiogramme:


Interférence
Pour la réception ADD, il est fortement conseillé d'utiliser la puissance de la batterie de l'ordinateur portable pour réduire les interférences:


1 - ordinateur portable alimenté par batterie
2 - alimentation de l'ordinateur portable par la batterie, mais l'alimentation est branchée;
3 - Alimentation du portable depuis le réseau
Les interférences dues au fonctionnement du ballast électronique des lampes fluorescentes compactes à une fréquence d'environ 40 kHz sont très visibles:



De telles questions :-) Naturellement, je n'ai couvert qu'une petite partie du monde ADD.

UPD Ajout d'une illustration vidéo à l'article - https://youtu.be/cN-cLu3QIJk