| Esempi di realizzazioni amatoriali |
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Nelle foto a fianco si vedono alcuni esempi di realizzazioni amatoriali relative a strumenti di monitoraggio in
banda ELF-VLF particolarmente indicati per fare esperienza con la
ricezione, con la registrazione e l'interpretazione dei fenomeni
elettromagnetici a bassa frequenza correlati con eventi naturali
terrestri ed astronomici.
La
foto a destra mostra un prototipo del ricevitore ELF-VLF a
correlazione (larghezza di banda da 1.5 a 7.5 kHz) costruito
dall'autore ed utilizzato per circa un anno di osservazioni continue ed
automatiche di fenomeni naturali legati alla ionizzazione
dell'atmosfera e ai "bombardamenti meteoritici".
Particolari e dettagli costruttivi sul sistema di ricezione sono reperibili nell'articolo "Esperimenti radioastronomici: monitoraggio in VLF".
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A destra
è mostrato uno spettrogramma (grafico che visualizza
l'intensità del segnale radio in funzione della frequenza)
che evidenzia la risposta in frequenza del sistema e le sue ottime
caratteristiche di immunità ai disturbi irradiati e condotti
provenienti dall'ambiente locale di prova (che risulta assai rumoroso
per la presenza di computer, alimentatori switching, tubi fluorescenti,
elettrodomestici). Per ingrandire le immagini fare "click" su esse.
L'ingresso del ricevitore è stato collegato ad una resistenza di valore pari alla resistenza DC dell'antenna.
Quando
si collega l'antenna lo spettrogramma evidenzia le informazioni
riportate a fianco. Il grafico è stato registrato
utilizzando un prototipo di ricevitore ELF-VLF (1-13 KHz) collegato
all'antenna in ferrite mostrata nella foto e ad un PC portatile.
Si riconoscono segnali di origine artificiale, come quelli
intermittenti caratteristici di tre delle stazioni della rete russa
ALPHA utilizzata per il collegamento con i sommergibili militari in
tutto il mondo (ora disattivata), segnali "doppler" prodotti dal
passaggio delle automobili lungo una strada posta a circa 300 metri di
distanza dal sito di osservazione e le tipiche armoniche delle linee di
distribuzione dell'energia elettrica a 230 V, 50 Hz (parte inferiore
del grafico). Sono visibili anche segnali di origine naturale causati
dalle scariche elettriche atmosferiche locali ed altri segnali di
origine sconosciuta.
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Prototipo
di un ricevitore ELF-VLF montato su un paletto di legno (piantato nel
terreno e sorretto da 3 tiranti) che realizza una stazione automatica
di monitoraggio non presidiata da operatori.
Il
sistema è stato posizionato in una località montana
isolata distante 100 metri da un'abitazione rurale servita da energia
elettrica (dove si trova il modulo di acquisizione ed un PC portatile
destinato alla registrazione dei dati). Il sito di installazione
è stato controllato per verificare l’effettiva quiete e
“pulizia” elettromagnetica da parte di interferenze
principalmente dovute alla rete di distribuzione a 50 Hz in grado di
disturbare notevolmente la ricezione dei deboli segnali radio naturali.
Il ricevitore è alimentato con batterie ricaricabili che
garantiscono un'autonomia operativa pari a circa un mese di
funzionamento continuo.
In basso sono visibili i particolari
interni di un prototipo realizzato con tipica "tecnologia casalinga":
si notano le batterie ricaricabili ermetiche al piombo da 12 V,
l'antenna a stilo ed il contenitore schermato che contiene il circuito
elettronico descritto in "Progetto RADIOMET".
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Ricevitore ELF-VLF pronto per le prove "sul campo".
Il sistema è stato collegato ad una scheda di acquisizione dati
per PC che. equipaggiato con un adatto programma, ha consentito il
funzionamento automatico in località remote non presidiate da
operatori.
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Nelle
immagini a fianco sono mostrate due registrazioni di spettrogrammi -
test effettuate applicando il segnale audio all'uscita della stazione
ricevente (NON quello in potenza all'uscita del moltiplicatore
analogico) all'ingresso LINE di un registratore a cassette
professionale, caratterizzato da elevata banda passante e basso rumore
d’ingresso. Si sono utilizzati nastri della migliore
qualità per la registrazione audio.
Il segnale registrato è stato analizzato in un secondo tempo
dopo averlo applicato all'ingresso della scheda audio di un PC
portatile equipaggiato con il programma gratuito SPECTROGRAM per l’analisi nel dominio della frequenza.
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Le
bande di frequenza ELF (Extremely Low Frequency), VLF (Very Low
Frequency) e LF (Low Frequency) coprono, rispettivamente, gli
intervalli di frequenze da 300 Hz a 3 kHz, da 3 kHz a 30 kHz, da 30 kHz
a 300 kHz.
| Bande ELF, VLF, LF e "Radio Natura" |
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Esiste una vasta ed interessante letteratura reperibile sul web (vedi i riferimenti sulla pagina dei link)
relativamente agli esperimenti che si possono condurre in banda ELF-VLF
per monitorare i fenomeni elettromagnetici naturali (attività
spesso chiamata "Radio Natura"), alcuni dei quali sponsorizzati da enti
ed università famosi (come la NASA).
Interessanti sono anche gli studi sulle possibili correlazioni fra
l'aumento del rumore di fondo captato dalle antenne (in questa banda di
frequenze si utilizzano principalmente antenne filari, a stilo, antenne
in ferrite o loop di grandi dimensioni) ed il verificarsi di fenomeni
tellurici (i cosiddetti precursori sismici) o di eventi meteorici. In
quest'ultimo caso interessa registrare e correlare possibili variazioni
del
rumore di fondo (insieme alle relative informazioni spettrali) con
l'intensificarsi, in certi periodi dell'anno, del "bombardamento"
dovuto agli sciami meteorici più intensi che intersecano
l'orbita terrestre.
La NASA ha collegato alla
rete internet un ricevitore VLF (al Centro di Volo Spaziale di Marshall
in Alabama) in grado di far ascoltare (24 ore su 24) a chiunque
disponga di un collegamento internet i suoni naturali emessi in questa
banda di frequenza.
L'indirizzo di riferimento e' http://www.spaceweather.com/glossary/inspire.html.
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(fare click sulle immagini per ingrandirle)
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| Ancora ricevitori ELF-VLF... |
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Le immagini seguenti
mostrano alcuni dei vari
prototipi realizzati dall'autore per lo studio della radiazione
elettromagnetica naturale in corrispondenza dell'estremità
inferiore
dello spettro radio. Si tratta di strumenti semplici, facilmente
realizzabili da dilettanti con un minimo di pratica nell'assemblaggio
di circuiti elettronici.
Tutti i ricevitori descritti sono essenzialmente preamplificatori audio
(alcuni con banda passante più estesa del limite udibile) a
basso rumore, con circuito di ingresso adattato ed ottimizzato per vari
tipi di antenne (a stilo, filari, in ferrite e loop magnetiche di varie
dimensioni).
Il segnale di uscita può essere una tensione direttamente
proporzionale alla potenza associata alla radiazione incidente (stadio
rivelatore quadratico di ampiezza) oppure il segnale non rivelato che
è direttamente inviato (se la larghezza di banda lo consente) ad
un registratore audio magnetico o applicato all'ingresso di una scheda
audio per PC, così da poter analizzare, in tempo reale, le
caratteristiche basilari (intensità e spettro) della radiazione
incidente con l'aiuto di uno dei vari (ed ottimi) programmi disponibili gratuitamente sul web.
La scelta fra una o l'altra (meglio se entrambe) possibilità
è legata al tipo di ricerca che si desidera condurre e alle
caratteristiche del segnale ricevuto che occorre evidenziare.
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Le
foto mostrano la stazione durante la fase di installazione: si nota il
contenitore plastico stagno che protegge il ricevitore dagli agenti
atmosferici e sul quale sono stati applicati opportuni passa-cavo
stagni per il conduttore di terra (filo bianco che sarà fissato
con un picchetto metallico nel terreno), per il cavo coassiale del
segnale (filo nero) e per l'antenna a stilo telescopica.
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| (fare click sull'immagine per ingrandirla)
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| Progetti & Approfondimenti |
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 Esperimenti radioastronomici: monitoraggio in VLF [doc .PDF].
Dopo una premessa sull'attività
radioastronomica dilettantistica sono presentati i primi risultati di
un programma di ricerca ideato e sviluppato da un gruppo di
radioastronomi dilettanti: la registrazione e lo studio delle
variazioni della radiazione elettromagnetica naturale in gamma ELF-VLF
causate da fenomeni correlati con eventi astronomici. Interessano gli
effetti ionizzanti causati dal bombardamento meteoritico, quelli
indotti dalle aurore boreali, dalle macchie solari e dal vento solare.
Dati interessanti sono scaturiti anche in seguito al verificarsi di
fenomeni meteorologici ed eventi legati all'attività sismica
della crosta terrestre.
Progetto RADIOMET:
proposta per un esperimento coordinato di monitoraggio sulle
radioemissioni ELF-VLF prodotte da fenomeni meteorici e da fenomeni
terrestri naturali [doc .PDF].
Progetto di ricerca che prevede la programmazione di
osservazioni continue nella banda dello spettro radio relativa alle
bassissime frequenze (ELF-VLF): il monitoraggio è finalizzato
allo studio della radiazione elettromagnetica prodotta da impatti
meteoritici e legata ai fenomeni di ionizzazione dell'alta atmosfera,
potendosi facilmente estendere allo studio dell'elettromagnetismo
"locale" terrestre causato dall'attività meteorologica e
geomagnetica del pianeta e a quello dei fenomeni legati
all'attività solare. Si propone di organizzare la ricerca
utilizzando diverse stazioni automatiche costruite "ad hoc", installate
in differenti luoghi e coordinate da un programma di lavoro comune.
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| La parte bassa dello spettro radio... |
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In questa regione dello spettro elettromagnetico non è ricevibile la radiazione cosmica a causa degli effetti schermanti della ionosfera.
Sono possibili, tuttavia, interessanti esperimenti correlati con eventi
naturali locali ed astronomici che interessano la parte superiore
dell'atmosfera terrestre e la magnetosfera.
Il nostro pianeta è una fonte naturale di onde radio alle
frequenze audio emesse dall'atmosfera quando incontra le particelle
provenienti dallo spazio profondo, in seguito ad interazioni che
avvengono all'interno della stessa atmosfera e per effetto di fenomeni
geofisici legati all'assestamento della crosta terrestre.
Tali esperienze, realizzabili con apparecchiature relativamente
semplici ed economiche (vedi fotografie seguenti), sono alla portata di
qualsiasi sperimentatore elettronico con un minimo di esperienza nel
montaggio di circuiti.
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| Un protitipo di sistema ricevente in banda ELF-VLF |
Foto dell'antenna in ferrite di prova e dei circuiti interni di un
prototipo di ricevitore ELF-VLF (1 KHz-22 KHz). Si nota il circuito
dell'amplificatore principale a basso rumore implementato su basetta
sperimentale per prototipi all'interno di una scatola metallica
schermata.
La sperimentazione eseguita su questo prototipo è stata il punto di
partenza per lo sviluppo di un modulo ricevitore ELF-VLF che sarà a
breve presentato sulla pagina dei prodotti RadioAstroLab.
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| Registrazioni di prova... |
Nelle fotografie in
alto sono mostrati differenti prototipi di ricevitori ELF-VLF a larga
banda realizzati come apparecchi portatili per "registrazioni
estemporanee" di fenomeni radio naturali in banda ELF-VLF. I sistemi
sono tutti equipaggiati con batterie ricaricabili ed antenne a stilo
verticali, antenne a loop in ferrite od antenne loop di grande
superifice avvolte in aria (tipicamente circa 50 spire di filo isolato
per elettricisti o filo smaltato recuperato da trasformatori elettrici
fuori uso).Sono sempre disponibili un'uscita di segnale ed un'uscita di potenza
indipendenti per monitorare, rispettivamente, il segnale audio ricevuto
(analisi nel dominio della frequenza con spettrogrammi) e la potenza
associata alla radiazione captata dall'antenna.
Gli strumenti proposti sono molto semplici, se paragonati ai tradizionali apparecchi radio:
comprendono un'antenna ed un adatto amplificatore audio a basso rumore
generalmente sensibili alle radioonde che vanno da poche centinaia di
Hz a qualche decina di kHz.
Per ottenere risultati significativi (e scientificamente interessanti) è importante che diversi sperimentatori si organizzino per coordinare le osservazioni
utilizzando apparati con caratteristiche analoghe posizionati in luoghi
differenti (ricezione in diversità di spazio) in modo da
rilevare eventuali correlazioni fra le risposte agli stessi eventi,
rendendo più "sicure" e documentabili le registrazioni.
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| (fare click sull'immagine per ingrandirla) |
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Nella
registrazione in alto si notano, oltre a disturbi ed armoniche
provenienti da una linea di distribuzione della rete elettrica e da una
linea telefonica che passano in prossimità del ricevitore, i
segnali impulsivi periodici della rete russa ALPHA utilizzata per il
collegamento radio dei sommergibili militari. Questo è un buon
test per verificare la sensibilità del sistema ricevente.
La registrazione in basso, effettuata in una località abbastanza
“tranquilla” per quanto riguarda i disturbi della rete a 50
Hz, è caratterizzata da un guadagno più elevato che
evidenzia le statiche tipiche dei fenomeni temporaleschi lontani
(questa registrazione di prova è stata effettuata in una
bellissima giornata estiva).
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| (fare click sull'immagine per ingrandirla) |
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A
sinistra si vede una registrazione di prova effettuata per misurare la
potenza associata alla radiazione incidente in banda ELF-VLF.
Il grafico,
ottenuto con il sistema ricevente mostrato nelle foto precedenti (si
è acquisito il segnale rivelato all'uscita del sistema ricevente
tramite un moltiplicatore analogico con una scheda ADC ad 8 bit),
mostra un esempio di variazione della potenza associata alla radiazione
elettromagnetica a bassa frequenza captata dal sistema ricevente nel
corso di 24 ore (fare "click" sulle immagini per vederle ingrandite).
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