Approfondimenti sull'uso di antenne bilanciate in VLF-ULF e discese in fibra ottica
Questo articolo vuole essere in qualche modo il prosieguo naturale di quanto pubblicato su queste pagine nel numero di maggio 2014 nel quale si era arrivati a proporre una struttura ricevente bilanciata per le frequenze più basse e l'importanza e convenienza della sua connessione al ricevitore tramite una fibra ottica.
Dopo due anni di ulteriori sperimentazioni e misure è possibile condividere altre nozioni, spero utili ai tanti sperimentatori di quelle bande di frequenza.
In particolare vedremo in questo scritto approfondimenti focalizzati su tre aspetti:
costanza del segnale nei vari siti di misura
banda passante del convertitore AtoD Toslink
distorsione del convertitore AtoD Toslink
Costanza del segnale
Una delle caratteristiche, rilevata nell'uso di monopoli attivi (ad esempio una mini-whip, tanto per fare un esempio commerciale o “l'audio antenna”, per citare un mio precedente progetto qua presentato) è la variazione del segnale ricevuto in funzione della quota del sito d'ascolto.
Ripetute prove eseguite presso l'argine del Po (quindi a quota circa zero) e in montagna a oltre 2000m, hanno confermato come con l'antenna bilanciata i segnali (naturali, artificiali, rumore, etc.) rimangano pressoché costanti.
Sembra a questo punto abbastanza logico ipotizzare il quadro seguente:
il valore del campo elettrico è sostanzialmente costante con la quota (a livelli “umani”)
l'antenna bilanciata ne misura sempre correttamente il valore, rilevandone una differenza fra due punti a spaziatura costante ed indipendente dal sito
l'antenna a monopolo risente invece sia dell'altezza del supporto sia dell'altezza “geografica”, come se la montagna in qualche modo sommasse una frazione della propria altezza a quella del supporto fisico dell'antenna, modificando così l'entità del campo rilevato in funzione del sito di misura.
Banda passante del convertitore AtoD Toslink
Uno dei problemi principali dei sistemi di ricezione in cui viene impiegato un trasformatore per isolare l'antenna dall'RX, è la limitata banda passante, specie a basse frequenze. Il convertitore analogico-digitale con uscita ottica è invece, per sua primaria destinazione d'uso (audio alta fedeltà), decisamente più “piatto”. Ma come si comporta realmente agli estremi di banda? Vediamo alcune misure e accorgimenti per trarne le massime prestazioni.
Il convertitore analogico-digitale con uscita ottica (Toslink) in uso è prodotto dalla Sunshine Electronics e monta come AtoD il noto CS5340 della Cirrus Logic, un dispositivo dalle elevate caratteristiche e costo molto ridotto.
Può infatti campionare fino a 192kHz e 24bit, con prestazioni dinamiche dichiarate molto buone.
E' configurato per funzionare a 48kHz, compatibili con tutte le sound blaster, quindi con una banda utile di poco inferiore ai 24 kHz. Vediamo ora la risposta reale al limite superiore della sua banda passante:
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Risposta da 10 a 100kHz | Risposta attorno a fc/2 |
Si possono subito notare due aspetti:
oltre la frequenza di Nyquist, (metà di quella di campionamento), la risposta è giustamente molto attenuata, senza risalite.
in banda utile, la curva è piatta fino in stretta prossimità della frequenza di Nyquist.
Da un punto di vista pratico, questo ci suggerisce che eventuali segnali oltre i 27-28kHz saranno drasticamente tagliati e non daranno luogo in alcun modo ad artefatti sovrapposti al segnale ricevuto. Un minimo di cautela occorre solo mantenerla per la banda da 24 a 27kHz, dove l'attenuazione offerta dal convertitore, pur ottima, potrebbe non garantire in certe situazioni particolari l'assenza di aliasing percepibili.
Nulla di particolare quindi da osservare o migliorare ulteriormente.
Più interessante da un punto di vista delle modifiche possibili è invece la situazione all'estremo basso dello spettro, quello sotto ai 10Hz per intenderci, dove pulsazioni geomagnetiche e risonanze di Schumann rendono le ricezioni scientificamente attraenti.
Il modulo così come acquistato perde 3dB a 3Hz e 10dB ad 1Hz. Ottimo per l'applicazione originale, buono ma migliorabile, se ci si dedica allo studio dei fenomeni naturali a più bassa frequenza. Fortunatamente è possibile incrementare con poco sforzo la risposta alle basse frequenze elevando il valore dei condensatori C4 e C8 (vedi immagine) ad almeno 1μF.