Přijímač nízkofrekvenčních magnetických polí

Když jsem postavil jednoduchý přímozesilující přijímač pro rozhlasová pásma SV/DV na nepájivém kontaktním poli, zkusil jsem zapojení jednoduše upravit pro příjem nízkofrekvenčních magnetických polí. Jedná se o příjem radiových signálů v rozsahu desítek Hz až desítek kHz. Takto nízké kmitočty umožňují mimo jiné šíření signálů pod vodou nebo v zemi. Radiové signály nízkých frekvencí přírodního původu jsou generovány bleskem nebo poruchami magnetického pole Země a jsou předmětem výzkumu vědců. Na Internetu lze hledat názvy „Natural VLF Radio“, „The Music of the Magnetosphere“, „Space Weather“ a s nimi související články výzkumných projektů až po různé konspirační teorie. Toto pásmo frekvencí se podle dokumentu ITU (International Telecommunications Union) dělí takto:

  • ELF (Extremly Low Frequency) 3-30 Hz
  • SLF (Super Low Frequency) 30-300 Hz
  • ULF (Ultra Low Frequency) 300-3000 Hz
  • VLF (Very Low Frequency) 3-30 kHz

 

Analyzováním zachycených radiových signálů v tomto pásmu frekvencí lze například sledovat: Seismické aktivity; Schumannovy rezonance (přírodní rezonátor 7,83 Hz tvořený povrchem Země a ionosférou, buzený signály blesků); Impulsní signály blesků (Sferics, Tweeks, Whistlers – zní jako praskání nebo krátké klesající tóny způsobené rozdílnou rychlostí šíření impulsů); VLF podpisy meteoritů;  Sluneční vítr a jeho vliv na magnetosféru a ionosféru Země (polární záře, změny šíření radiových signálů odrazem od ionosférických vrstev, poruchy elektrických distribučních soustav).

Mimo signály přírodního původu lze v tomto pásmu frekvencí přijímat signály vytvářené člověkem (vysílače námořní komunikace a navigace, signály přenášené elektrickou distribuční soustavou, signály majáků lokalizace podzemních prostor nebo vedení). Z hlediska příjmu signálů přírodního původu jde o rušivé signály. Nejhorší rušení způsobuje elektrická distribuční soustava s frekvencí 50 Hz včetně harmonických a superponovaných kmitočtů. Dobré příjmové podmínky je potřeba hledat co nejdále od všech elektrických vedení mimo města a vesnice.

Uvedené zapojení je velmi jednoduché, ale i takto jednoduchý přijímač umožňuje základní průzkum tohoto zajímavého pásma frekvencí. Feritová tyčka soustřeďuje magnetickou složku elektromagnetického pole. Její výhodou je anténa malých rozměrů a možnost směrování (potlačení rušení). Uprostřed tyčky je přes sebe navinuto 1000 závitů měděného lakovaného drátu o přibližném průměru 0,1 mm. Vinutí cívky L1 je stíněno hliníkovou fólií proloženou průhlednou lepící izolační páskou (stínící fólie nesmí tvořit závit na krátko). Stínění a vývody cívky jsou vedeny do desky přijímače pomocí stíněného dvoužilového mikrofonního kabelu (viz fotogalerie). Správně provedené stínění cívky zajistí, že zesilovač bude zesilovat jen střídavé magnetické pole zachycené feritovou tyčkou. Šířka přijímaného pásma je zdola omezena především velikostí vazebních kapacit C1 až C4, shora zápornou zpětnou vazbou zavedenou na T2 pomocí C5 (případně také na T1). S hodnotami uvedených kapacit lze experimentovat podle potřebné šířky pásma. Oproti původnímu přijímači pro rozhlasová pásma SV/DV zde chybí diodový detektor, laděný obvod a došlo ke zvýšení vazebních kapacit. Přibyl vývod stíněným kabelem do mikrofonního vstupu zařízení vhodného pro záznam zvuku a vizualizaci přijímaného spektra signálů. Délka stíněného kabelu musí být zvolena s ohledem na dosah rušení takového zařízení. Na Internetu si lze vybrat z mnoha volně dostupných aplikací využívající FFT (Fast Fourier Transform). Signály v pásmu audio frekvencí lze poslouchat přímo sluchátky.

 Zde si můžete poslechnout audio záznam pořízený pomocí tohoto přijímače  na kótě Homole v Javořích horách (šířka pásma tohoto záznamu je omezena na 19 KHz). Ve sluchátkách je slyšet silná bouřková činnost a ve vysokých tónech možná uslyšíte pípání ruského navigačního systému RSDN-20 „Alpha“. Záznam je dále možné zpracovat třeba pomocí velmi sofistikovaného a volně dostupného programu Spectrum Lab od DL4YHF. Tento program obsahuje mnoho užitečných funkcí pro analýzu přijímaných signálů včetně tabulky známých VLF vysílačů nebo filtru kmitočtů pocházejících z elektrické distribuční sítě „Hum Filter“.

Ve fotogalerii níže je obrázek spektrogramu z volně dostupné aplikace SoudLevel pro Apple iPod Touch pořízený poblíž chaty na venkově (asi 300 m od venkovního VN vedení 35 kV). Vodorovná osa je čas, svislá frekvence a barvou je odlišena intenzita signálu. Ve spodní části jsou vidět čáry odpovídající frekvencím přenášené elektrickou distribuční soustavou (50 Hz včetně harmonických a superponovaných kmitočtů). Svislé čáry odpovídají bleskovým impulsním výbojům vzdálených bouřek. Přerušované čáry uprostřed a souvislé čáry v horním okraji obrazovky odpovídající navigačním a komunikačním vysílačům.

Dalším krokem při experimentování v tomto pásmu frekvencí může být stavba přijímače nízkofrekvenčních elektrických polí.