9A HAM portal QRZ.com.hr

Naslovna » Razno » Elektromagnetske smetnje i prevencija

astro.hr_mNjuškajući po bespućima interneta pronašao sam članak (nepoznatog autora) koji obrađuje tematiku elektromagnetskih smetnji i metode zaštite.

Riječ je iznimnom tekstu popraćenim slikama i grafikonima, koji prenosimo u cijelosti sa portala astro.hr uz napomenu kako ovaj napis nije samo zanimljiv i koristan HAM populaciji – već bi mogao poslužiti i kao “zvijezda vodilja” svim kolegama koje žele podijeliti nagomilano znanje i iskustvo sa drugima. Princip je jednostavan vi nešto napišete i pošaljete nam, a mi objavimo. 🙂

Nadalje, ovaj tekst je dobar pokazatelj koliko se radioamaterski hobi prepliće sa drugim zanesenjacima odnosno zaljubljenicima u tehniku i nepoznata prostranstva. U to ime pozivam kolege sa portala “astro.hr” na preuzimanje zanimljivosti sa portala “QRZ.com.hr” jer samo zajedničkim naporima i znanjima možemo učini ovaj svijet boljim mjestom za život, a naše hobije podići na viši nivo.

Ukoliko ste baš vi pisac ovog teksta ili znate ime autora – molimo javite nam na portal(at)qrz.com.hr kako bi dobio zasluženu slavu i priznanje.

Miša, 9A4TA

Elektromagnetske smetnje i prevencija

Po svojem uzroku, smetnje u području frekvencija radio valova dijelimo na one prirodne i na one izazvane od strane čovjeka. Skračenica koju koriste radio amateri pa tako i radio astronomi za prirodne smetnje jest QRN, a skraćenica za smetnje izazvane čovjekovin djelovanjem QRM. Generatori prirodnih smetnji su: Sunce, atmosferske vremenske (ne)prilike na Zemlji, te radiovalovi iz dubokog svemira. Dok u generatore smetnji izazvanih od strane čovjeka spadaju: radijski odašiljači, dalekovodi, trafostanice, automobili i skuteri (iskre na svječicama), napajanja od računala, printeri, monitori (obični CRT i LCD), te gotovo svi kućanski električni uređaji (mikseri, usisavači i sl.).

Prije nego idemo vršiti neku opservaciju s radio uređajem, valjalo bi naučiti prevenciju od smetnji, tj. upoznati se sa tim smetnjama, kako one djeluju, gdje i kada se pojavljuju. Na taj način biti će puno lakše vršiti snimanja, koja će uz to biti i kvalitetnija, što je na njima manje smetnji.

Prirodne smetnje

Od ovih smetnji zapravo nema nikakve obrane i jedino je rješenje pričekati da nestanu. Krenimo sa najslabijima, a to su smetnje iz svemira. Tokom drugog svjetskog rata, Britanci su posjedovali radar koji je radio na 900 MHz i koji je došao kao zamjena za prethodni slabiji model koji je radio na kratkom valu 20-55 MHz (Chain Home Radar). Mada je ovaj noviji bio neusporedivo bolji, s vremena na vrijeme pokazivao bi neke čudne simptome. Operatori su primijetili da kada god je Mliječna Staza iznad horizonta, na radaru dolazi do dramatičnog povećanja šuma. Prvi koji je otkrio galaktički šum, a ujedno i otac radio astronomije jest Karl Guthe Jansky. Radeći za tvrtku Bell Laboratories, dobio je zadatak da otkrije odakle dolaze šumovi koji smetaju tadašnji telefonski prijenos koji je išao preko kratkog vala. Jansky je 1932.g. konstruirao veliku antenu te krenuo vršiti mjerenja koja su rezultirala pronalaskom izvora smetnje koji je dolazio s neba, a taj izvor je bio centar naše galaktike Mliječne Staze.

Druga prirodna smetnja s kojom se svaki dan susrećemo jest Sunce. Svaki vlasnik radio uređaja ili scannera može primijetiti povećanje šuma, čim Sunce izađe na nebo. Ovo se može vrlo lagano provjeriti sa običnom usmjerenom VHF antenom (za TV na primjer), tako da ju uperimo u nebo pred sam izlazak sunca, podesimo prijemnik na neku frekvenciju gdje ne emitira niti jedna stanica, i pričekamo da Sunce izađe. Kako se sunce pojavi na nebu, tako će i količina šuma na našem prijemniku porasti.

Treća prirodna smetnja koju ćemo opisati, spada u onu najjaču. U usporedbi sa njom, navedene dvije su gotovo beznačajne. Radi se o atmosferskim uvjetima na Zemlji i tu prije svega mislimo na količine oluja u neposrednoj okolini do cca. 3000 km od naše lokacije. Ova smetnja frekvencijski se proteže od 0 Hz do 10 MHz, a iznad toga joj snaga opada. Prisutna je u onom intenzitetu u kojem su prisutne oluje oko našeg područja. Stoga ukoliko radimo na frekvencijama ispod 10 MHz, prije opservacije valja na internetu pregledati satelitsku snimku naoblake. Primjerice ovdje se može dobiti takva snimka.

Za potrebe ovog članka, izvršili smo frekvencijsku analizu prisutnosti smetnji u rasponu frekvencija radiovalova od 50 kHz do 20 MHz. Snimanje je vršeno u 04:00 ujutro, doba kada ustaju mnogi radio astronomi, pogotovo oni koji hvataju prirodne Zemaljske radio valove, poput Whistlera i Chorusa. Snimano je pet frekvencijskih područja i to redom: 67 kHz; 500 kHz; 5 MHz; 10 MHz; 20 MHz. Kod snimanja, najveća pozornost obratila se je na to da sve snimke budu snimane istim intenzitetom i pojačanjem, kako bi ih se međusobno moglo uspoređivati. Za te potrebe poslužio nam je komunikacijski prijemnik Icom R-75 koji je opremljen potpunom manualnom kontrolom pojačanja radijskog signala (AGC). Kao što znamo AGC vrši automatsko poglašnjavanje slabih signala, i stišavanje jakih signala, što u našem slučaju ne bi bilo dobro, jer bi sve snimke bile jednako glasne, pa bi analiza bila nemoguća. Zato je za potrebe snimanja na radio uređaju isključen AGC i manualno podešena jakost pojačanja koja je ostavljena ista za sva mjerenja.

01_astro.hr_r752Icom R-75

Slika ispod pokazuje nam srednje vrijednosti jakosti smetnji za svako mjereno područje. Kao što vidimo, intenzitet je bio najveći na području od 500 kHz. A uvjeti za normalni rad postoje tek na 20 Mhz. Koga zanima audio zapis svakog od analiziranih frekvencijski područja, može ih poslušati ovdje. U jednu snimku ‘zaljepljeno’ je svih 5 zapisa, svaki duljine 10 sekundi, što nam daje ukupno trajanje snimke od 50 sekundi. Zapisi u snimci su poslagani sljedećim redoslijedom: 67kHz, 500kHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz. Komprimirani su mp3 formatom, i zauzimaju svega 180 kB, stoga preporučam njihovo slušanje. Sve snimke predstavljaju direktnu transpoziciju navedenih frekvencija u audio područje, sa širinom signala 2.6 kHz.

02_astro.hr_raspodjela

Ako pogledamo ispod satelitsku snimku tog dana, možemo primijetiti da su uvjeti bili izrazito olujni u gotovo cijeloj Europi. Stoga ni ne čudi ovako velika količina buke na snimkama. Sada je jasno da raditi opservacije ispod 10 MHz prilikom ovako olujnih nevremena nema smisla.

03_astro.hr_vrijeme

Smetnje izazvane od strane čovjeka

Svojim djelovanjem, čovjek nenamjerno stvara veliku količinu elektromagnetskih smetnji. Primjerice ako živimo pored jakog odašiljača, postoji velika mogućnost da naš radio prijemnik neće biti u stanju uhvatiti niti jednu stanicu, zbog preopterećenja ulaznih krugova uređaja. S druge strane, ako pored nas živi neki radio amater, koji nema tako jaki odašiljač, ali ga nije pravilno opremio filtrima, opet postoji mogućnost smetnji na našem radio uređaju, zbog proboja neke od harmoničkih frekvencija koje emitira uređaj tog radio amatera.

Ako živimo u zgradi, tu je čitav niz smetnji koje nas prate na raznim frekvencijama. Od prigušnica fluorescentnih svjetiljki, miksera, usisavača i sl. koji bez problema izrazito jako zagađuju spektar do 1MHz. Na 35 kHz mogu se čuti smetnje nečijeg TV prijemnika, a zvuče ovako. Zatim na 293 kHz imamo primjer smetnje za koju sam ustanovio da dolazi od ploča osigurača koje se nalaze u stubištu. Ista stvar nalazi se i na parnom harmoniku te frekvencije, tj. na 586 kHz, a može se čuti ovdje. Točno porijeklo i uzrok tog signala ne znam, no signal gazi apsolutno sve signale u blizini i onemogućava njihovo hvatanje.

Monitori i TV uređaji proizvode jake smetnje i do 50 MHz. A ako nam se pred zgradom voze mladići sa svojim skuterima, možemo očekivati smetnje i do par stotina MHz. Ako imamo antenu spojenu na pojačalo, to najbolje možemo provjeriti po TV programu, na kojemu se mogu prilikom prolaza motora pojaviti smetnje u obliku vodoravnih crtica. No primijetio sam da je najveće zagađenje od tih skutera na frekvenciji oko 118-137 MHz kada se sluša AM modulacijom. Na ovom području frekvencija nalazi se kontrola letenja, civilna i vojna avio komunikacija (detalji su objašnjeni u tekstu ‘Ostale primjene radio uređaja’). Ovdje je primjer karakterističnog zvuka impulsnog šuma koji proizvede jedan takav motor, odnosno svjećica u njemu i koji se može čuti u pozadini dok slušamo razgovore kontrole leta, a ponekad nam potpuno prekriti prijem. Kvalitetniji prijemnici posjeduju Noise Blanker (NB) koji izrazito kvalitetno odstranjuje takav impulsni šum. Noise Blanker se također može koristiti kod loših vremenskih uvjeta, kada uklanja neke klikove, smanjujući pritom količinu pucketanja, i slušanje pritom čini ugodnijim. Valja napomenuti da on najbolje radi sa SSB modulacijom. Upotreba Noise Blankera u druge svrhe rezultira lošijim prijemom od onog bez njega. Računalni miš također proizvodi širokopojasne smetnje dok ga pomičemo.

Zagađenja ispod frekvencija 100 kHz opisali smo detaljno u tekstu ‘Ispod 100 kHz’ pa ih ovdje nećemo ponavljati. U svakom slučaju jasno je da boravak u gradu svakako predstavlja lošu situaciju za radio astronomske opservacije, no valja znati da situacija nije loša na svim frekvencijama. Onaj tko će se baviti SETI analizom, ili izradom radio karti neba, taj ne treba brinuti niti gdje se nalazi, niti kakve su vremenske prilike, jer na 1.4 GHz nema praktički nikakvog zagađenja, niti prirodnog, niti čovjekovog. Sa druge strane, onaj kojega zanimaju prirodni radio fenomeni ispod 100 kHz, taj će morati otići što dalje od grada, odnosno da budem konkretan, što dalje od civilizacije. Uz to morati će paziti na vremenske uvjete prilikom vršenja promatranja.

 Zaštita od smetnji

Od prirodnih smetnji kao što smo rekli, nema zaštite, no od smetnji uzrokovanih čovjekovim djelovanjem postoji više načina zaštite. Prvo i osnovno je analiza našeg sustava, provjerom zagađenja našeg okruženja. Počnimo od računala i monitora. Velika količina zagađenja može doći od lošeg napajanja, stoga valja provjeriti dali je naše napajanje FCC atestirano (dali ima na sebi FCC oznaku ili naljepnicu). Detaljan opis i riješenje ovog problema objašnjeno je ovdje. Monitor je poželjno gasiti kada god nije potreban, a idealno bi bilo i računalo i monitor ugasiti, odspojiti od mreže, te sve snimati na minidisk ili sličan uređaj, a zatim kasnije to prebaciti na računalo. Napomenimo da po pitanju zagađenja, LCD monitor zagađuje nešto manje EM spektar, ali i dalje zagađuje. Druga bitna stvar ako živimo u gradu jest galvanski izolirati antenu od kabela, kako nam smetnje iz našeg stana ili kuće, ne bi ulazile u antenu. Za to nam služi 1:1 transformator koji sami možemo napraviti. Razlika signala koji primamo preko transformatora i onog koji primamo bez je više nego drastična, pogotovo ako nam je antena postavljena na nekoj zgradi. Naravno ovo vrijedi za antene frekvencije do 20 MHz koje se rade ili kao dipol ili kao longwire. Primjer jedne longwire antene sa ugrađenim galvanskim transformatorom opisali smo u tekstovima ‘Ostale primjene radio uređaja’ i ‘Ispod 100 kHz’.

Poželjno je napraviti i prirodno uzemljenje, tako što se vodovodna cijev duljine 2m zabije u zemlju i prikopča se kabel na nju. Naime obično uzemljenje kakvo ima većina domaćinstava radi više štete nego koristi, tj. ne radi nikakvu korist. A prijemnik koji je spojen na prirodno uzemljenje ima neusporedivo kvalitetniji prijem i manje je podložan vanjskim smetnjama.

Ukoliko živimo u zgradi, imajmo na umu da je zagađenje manje u kasnijim noćnim satima kada većina ljudi ode spavati. Tada ostane još samo pokoja perilica za rublje i frižideri, što neće praviti veće probleme. Ukoliko ćemo vršiti opservacije oluja na Jupiteru pri 20 MHz, tada se ionako podrazumijeva da radimo u noćnim satima kada je Sunca zašlo.

 Uklanjanje smetnji iz zgrade (područje 0-3 MHz)

Glavnina smetnji koje dolaze iz zgrade potječu od loših transformatora. Loše transformatore možemo prepoznati po tome što su neobično lagani kada ih podignemo. Oni naime vrše transformiranje napona na nešto drugačiji način, čija je posljedica generiranje smetnji od 50 kHz pa do 3 MHz. U biti radi se struji koja najčešće putuje po vanjskoj strani vodiča, pa klasični filteri ne pomažu. Da stvar bude gora, transformatori za napajanje pojačala antena se upravo rade u ovoj lošoj izvedbi. To konkretno znači da smetnja putuje po vanjskoj strani koaxa, dolazi na antenu u od tamo se zrači u okolni prostor. Ako je naša antena na krovu, jasno je da će ona pobrati tu smetnju. Stoga prva stvar koju trebamo napraviti jest uzemljiti antene na krovu kod kojih nađemo pojačalo. Za to nam može poslužiti gromobran koji prethodno malo isturpijamo, skinemo sloj od oksidacije i uz pomoć dvije aligatorske štipaljke i žice spojimo metalni nosač antene na gromobran. Ako imamo prenosivi prijemnik scanner, možemo odmah vršiti ispitivanje antena koje zrače smetnje. Područje najvećeg zagađena je od 270 – 400 kHz i vrlo lagano se detektira čim se približimo jednoj takvoj anteni.

Druga stvar koja može dovesti smetnju do našeg prijemnika jest koaksijalni kabel. Naime, kabel od naše antene tj. njegov oplet također je odlično mjesto preko kojeg ta smetnja ulazi naš prijemnik. Problem se rješava tako da se oplet (zemlja) od kabela uzemlji. Sada parazitna smetnja ne ulazi u naš prijemnik, nego odlazi u zemlju. Ukoliko prijemnik posjeduje priključak za uzemljenje, jednostavno ga prikopčamo. Ako ga nema, onda se sa aligatorskom štipaljkom možemo ”spojiti” na vanjski metalni dio konektora od antene. Ono što je bitno naglasiti, jest da se ovdje radi o pravom uzemljenju koji moramo sami iskopati. Ne možemo spojiti uzemljenje od AC utičnice, jer je tamo prisutna ista smetnja i prikopčavanjem ne bismo ništa postigli. Spomenimo da se prikopčavanjem pravog uzemljenja dramatično poboljšava prijem našeg uređaja na niskim frekvencijama, stoga postoji puno dobrih razloga za iskopavanjem prirodnog uzemljenja. (Napomena: na VHF-u i UHF-u nema razlike u kvaliteti prijema ako smo spojeni na prirodno uzemljenje. Stoga, ako se bavimo samo tim opsezima, nema potrebe raditi uzemljenje).

Treće mjesto prijema ove smetnje je preko utičnica od struje. Kao što smo rekli, ova smetnja putuje po vanjskoj strani vodova i nažalost niti naš stan neće biti pošteđen ako netko od susjeda ima uključen ovaj transformator. Pretpostavimo da vršimo analizu i presretanje digitalnih radijskih komunikacija uz pomoć računala (npr CW, RTTY i sl.), tada se podrazumijeva da je ono spojeno preko zvučne kartice na prijemnik. Tu nastaje problem, jer smetnja sada preko našeg računala i kabela zvučne kartice ulazi u prijemnik. Uz tu smetnju postoji još čitav niz drugi smetnji koje pak potječu od računala i monitora i ulaze u naš prijemnik. Jedino rješenje jest upotreba 1:1 transformatora između zvučne kartice i prijemnika. Riječ je o galvanskom transformatoru koji vrši odvajanje dva struja kruga. Smetnji je sada puno teže preći taj transformator, tako da se velik dio vraća nazad i odlazi u uzemljenje naše AC utičnice. Obzirom da se radi o jako snažnoj smetnji, nažalost jedan njen dio će ipak proći preko transformatora i ući u prijemnik. No, možemo reći da prikopčavanje transformatora izrazito smanjuje smetnje. Što se nabave tiče, ovaj transformator postoji u primjerice Chipoteci, a deklariran je kao prilagodni transformator za auto radio.

 Filteri

Neke od smetnji izazivati će nam i radio postaje – ovisno o našoj lokaciji te smetnje mogu biti daleko jače od ostalih vrsti smetnja. Na primjer, kada je prijemnik podešen na neku frekvenciju koja se nalazi blizu stanice koja je signalom jača 10 000 puta, logično je da postoji velika mogućnost smetnje, čak i ako imamo vrhunski prijemnik. Stoga se može reći da je problem jakih lokalnih stanica prisutan kod svih vrsta prijemnika. Onoliko koliko imamo slabiji prijemnik, toliko će ovaj problem biti izraženiji. Kao što smo već prije spomenuli, sposobnost prijemnika da izdvoji željenu stanicu naziva se selektivnost. Kod nabave uređaja valja gledati da je selektivnost što bolja, ali opet ne možemo očekivati čuda ukoliko se nalazimo pored neke lokalne FM ili ne daj bože AM postaje.

Pogledajmo dva klasična primjera. Prvi je tipičan ‘gradski problem’ koji izazivaju jake FM postaje (88-108MHz). Zbog izuzetne snage, u stanju su se demodulirati od 60-150 MHz. Ovo primjerice može biti problem kod radio astronomije (detekcija meteora) kada se koriste signali TV postaja od kojih su neki u rasponu između 60-88 MHz. No ne mora problem biti samo kod radio astronomije. Ukoliko u slobodno vrijeme slušamo radioamatere (2m područje) ili pak kontrolu leta i avione, na slabijem prijemniku ćemo uvijek imati takozvani ‘overload’, situaciju kada prijemnik ‘pliva’ na jakim lokalnim FM signalima i teško mu je izdvojiti željeni signal (prisutna je jaka buka u pozadini). Kod slabijih uređaja (ručni prijemnici) ovaj problem je prisutan skroz do 150 MHz. Primjerice na amaterskom 2m pojasu možemo u pozadini čuti radijsku postaju kako svira. Jednostavno, ona je toliko jaka da se demodulira. Ovdje je primjer takve situacije. Uz ljudski glas, možemo čuti muziku kako svira. Uređaj u ovom slučaju bio je ručni prijemnik Yupiteru MVT-7200 (po mnogima najbolji ručni prijemnik, no i dalje jako ograničen lošim filterima u odnosu na stacionarne uređaje).

Stoga je jedino rješenje izrada vanjskog filtera. Cilj i svrha filtera jest blokirati neželjeni signal prije nego što uđe u prijemnik. Filterom ćemo povećati selektivnost našeg prijemnika, i bez obzira koliko kvalitetan prijemnik bio, sa dodatnim filterom, biti će još kvalitetniji. Nažalost kod onih slabijih prijemnika, filter jednostavno moramo imati.

Prema vrsti modulacije postaje se dijele na AM i FM. Frekvencijski gledano, AM postaje emitiraju od 150 kHz do 25 MHz, a FM postaje emitiraju od 88-108 MHz. Da ne kompliciramo stvari s brojevima (frekvencijama) i mi ćemo podijeliti filtere na AM i FM. Pri podjeli mislimo na frekvencijsko područje, a ne na vrstu filtera, jer filter je filter bez obzira za koju modulaciju ga mi koristili. Drugi razlog podjele jest izvedba filtera – za AM postaje koristiti ćemo pasivne elektroničke komponente, a za FM postaje koristiti ćemo običan koaksijalni kabel.

 FM filter

Filteri izrađeni od koaksijalnog kabela idealni su za FM područje. Cijena im je praktički beznačajna u odnosu na kupljene FM filtere (cijena ide i preko 100 USD!), a nisu ništa lošiji. Točan naziv ovog filtera jest FM notch filter, tj. filter koji blokira zadano frekvencijsko područje.

Princip koaxijalnog filtera zasniva se na rezonanciji. Na T konekciju spojena je 1/4 valna transmisijska linija sa otvorenim krajem izrađena od koaxa. Ona kao takva djeluje kao da je kratko spojena (rezonantni titrajni krug), mada joj je kraj otvoren. Filter se računa po slijedećem principu. (1) Podijelimo 300 sa željenom frekvencijom izraženom u MHz. (2) Brzina prostiranja elektromagnetskih valova u čvrstom poli-etilenom koaksijalnom kabelu iznosi 66% od c. U pjenastom iznosi 78% od c. Ovaj parametar poznatiji je pod imenom ”velocity factor”. To znači da moramo izračunati 66% (ili 78%) dobivene vrijednosti iz prethodnog koraka. Ako ne znamo koji tip kabela imamo, na web-u se mogu skinuti tablice iz kojih se očita ”velocity factor” za željni kabel. No moja preporuka kod izrade filtera jest kupovina najjeftinijeg 50 omskog kabela, a to je RG-58 izrađen od čvrstog polietilena. (3) Sada još samo ostaje dobiveni rezultat podijeliti sa 4, jer tražimo 1/4 valne duljine.

Primjer – radimo filter za jaku lokalnu FM stanicu na 100 MHz:

  1. 300 / 100 MHz = 3 m
  2. koristimo kabel RG-58. 66% od 3m = 1.98m
  3. podijelimo s 4 i dobijemo 0.495m (49.5 cm)
  4. odrežemo 49.5 cm kabela i napravimo T konekciju
  5. drugi kraj koaxa ostaje otvoren i ne spaja se nigdje (vidi sliku)

 04_astro.hr_coaxf

Na slici iznad crnom bojom označen je centralni vod, a crvenom bojom oplet. Slika služi više za orijentaciju, jer u praksi se T konekcija radi na samom BNC konektoru, obzirom da je najjednostavnija, a ujedno najkvalitetnija. Primjer se može vidjeti na slici ispod.

05_astro.hr_F3

Unutrašnjost FM filtera s jednim koaxom.

Ukoliko živimo u gradu, najbolje je napraviti npr. 4 koaksijalna filtera, svaki za jednu frekvenciju u rasponu između 88-108 (ne za točno 88 i 108). Na taj način smo pokrili cijelo FM područje. Koaksijalni kablovi se zatim ubace u metalno kućište na kojem smo montirali BNC konektore i imamo filter ravan onomu koji košta 30 puta skuplje. Ukoliko radimo filter od samo jednog koaxijalnog kabela, onda ga proračunamo za najnižu frekvenciju 88 MHz i zatim ga režemo dok ne ”pogodimo” stanicu koja nam radi smetnju.

Nedostatak ovog filtera jest što se on ponavlja na 3/4 valne duljine – zato treba paziti prilikom dizajniranja, da ne ”pogazimo” i neku zanimljivu frekvenciju iznad. Drugi nedostatak ovog filtera jest ukoliko ga koristimo u blizini izvora smetnji (računalo, monitor, miš), smetnja može ući u prijemnik kroz koax od filtera, stoga filter mora obavezno biti u metalnom kućištu, a prijemnik što dalje od računala.

06_astro.hr_Y1Filter postavljen između prijemnika Yupiteru MVT-7200 i kabela od antene.
(Napomena: sprava između filtera i kabela je visokonaponska zaštita)

Nakon što prikopčamo filter na uređaj, smetnja u pozadini (muzika) jednostavno nestaje. Ovdje možemo poslušati primjer snimljen na radio-amaterskom 2m opsegu (144-146 MHz). Prvo je snimka bez filtera (koju smo već poslušali). A zatim snimka s filterom. Kao što čujemo, više je nego očito da komercijalna FM postaja radi smetnje i oslabljuje signal koji želimo uhvatiti, a filter nam efikasno riješava problem.

 AM filter

Drugi problem koji smo spomenuli su AM postaje. Kod primjerice slušanja Jupitera na 20 MHz, postoji velika mogućnost demoduliranja neke jake lokalne SW postaje. Ovdje ćemo navesti primjer BBC world service-a koji se emitira i čuje na 12095 kHz, no demodulirao se također i na 27445 kHz. Dakako na ovoj drugo frekvenciji signal je bio neusporedivo slabiji, no još uvijek dovoljno jak da nam remeti čistoću odabranog frekvencijskog opsega na kojem ne bi smjelo biti ikakvog signala. Uređaj u ovom slučaju jest Icom PCR-1000, računalno kontroliran prijemnik. U pitanju definitivno nije zrcalna frekvencija, jer IF (međufrekvencija) ovog uređaja nalazi se na 10.7 MHz, što znači da bi zrcalna frekvencija trebala biti na 22795 kHz, no tamo (srećom) nema ničega (što je dobro, jer znači da uređaj ima dobre karakteristike potiskivanja zrcalnih frekvencija). Jednostavno radi se o demodulaciji jake postaje. Ovdje možemo čuti audio zapis postaje (tj. više postaja u isto vrijeme) koja se kao duh pojavljuje na 27.445 MHz.

07_astro.hr_2 Shema filtera za 17 MHz

Najjednostavnije rješenje jest izrada visoko propusnog (high pass) Chebyshev filtera. Na slici iznad možemo vidjeti takav 5-polni filter. Dijelovi za to, dostupni su u primjerice Chipoteci i sličnim trgovinama. Zapravo jedino ograničenje su induktiviteti kojih na našim prostorima nema baš u nekom velikom odabiru. No onoliko koliko ih ima, dovoljno je za napraviti filter do cca 17 MHz, što uopće nije loše, jer tu ionako završava područje emitiranja većine SW postaja.

 08_astro.hr_f

Graf iznad prikazuje performansu ovog visoko propusnog filtera. Horizontalna linija prikazuje raspon frekvencija u rasponu od 10 MHz do 30 MHz. Vertikalna oslabljenje signala od 0 do -20 dB. Pri 16 MHz naš filter će prigušiti neželjeni signal 10 puta, a pri 14 MHz prigušenje će biti 100 puta, što je sasvim dovoljno da blokiramo neželjenu stanicu na 12 MHz. Kod idealnog filtera pri 12 MHz prigušenje bi bilo 1000 puta, no u praksi to baš nije tako, stoga ćemo ostati na procjeni od oko 100 puta.

09_astro.hr_Stanice

Sada još ostaje spojiti filter na uređaj, i kao što možemo čuti ovdje, smetnja od stanice je nestala. Slika iznad pokazuje nam graf u rasponu od 26 – 28 MHz. Crvenom bojom vidimo situaciju prije nego je filter prikopčan na prijemnik, a plavim bojom nakon što smo spojili filter. Na crvenom grafu možemo vidjeti čitav niz fantomskih stanica između 27 i 28 MHz koje zapravo uopće ne postoje. Isto tako možemo vidjeti kako se je smanjio prag šuma našeg prijemnika, što će reći da je upotrebom filtera naš prijemnik povećao osjetljivost na slabe signale za gotovo 12 dB. A to je kao da nam je netko dao mogućnost da vidimo u 16 puta tamnijem prostoru. Pogledajmo na plavom grafu primjerice stanicu koju smo uhvatili na 26.640 MHz. Bez filtera (crveni graf) mi ju uopće ne bismo registrirali. Jednostavno, prijemnik nam je prenapučen jakim signalima (overload) i ”pluta” na njima.

10_astro.hr_f1Pre-selektor kućne izrade

Osim visoko propusnog, moguće je napraviti i nisko propusni filter, tj. više takvih filtera koji se međusobno preklapaju. Tada se uređaj naziva ”pre-selektor” i na njemu prekidačima odabiremo frekvencijski pojas koji želimo propuštati, a sve ostalo blokiramo. Time štitimo uređaj od neželjenih smetnji, povećavamo mu dinamički raspon i sposobnost detektiranja stanica ili pojava koje imaju izrazito slabe radijske signale (npr. one koje dolaze iz svemira).

 DSP Audio Filter

Ovaj filter nalazi na samom kraju procesa prijema. Stoga ne valja očekivati od njega da radi čuda. Njegova jedina namjera jest da nam slušanje učini ugodnijim. Povećavanjem snaga računalnih procesora postalo je moguće u realnom vremenu procesirati audio signal. Nama najzanimljivija primjena bila bi izrada filtera. I zaista postoji već nekoliko računalnih programa koji upravo to rade. Najpoznatiji među njima jest besplatni program po imenu BR Universal Filter. Sam sustav računalnog procesiranja zasniva se uz pomoć Fourierovih transformacijskih algoritama (Fast Fourier Transforms – FFT). Računalo uzorkuje (semplira) audio signal preko zvučne kartice i pretvara ga u digitalni signal tj. vrši A/D konverziju. Uzevši signal u rasponu 0 – 20 kHz računalo ga raspodijeli na primjerice 4096 (ili više) kanala i zatim vrši obradu svakog od tih kanala. Konkretno u našem slučaju mijenja vrijednost jakosti signala u pojedinom kanalu, što će rezultirati efektom filtera.

Kod primjerice SSB prijema, često se odmah pored našeg željenog signala nalazi susjedni, čak i nakon što je radio uređaj izvršio filtriranje. Zapravo, ne mora to uopće biti susjedni kanal, već jednostavno neki zalutali heterodyn, carrier od nekog CW operatera, ili neki kontrolni signal koji se nalazi u postaji koja emitira, a koji postaja nije filtrirala kako spada, pa je prodro u signal govora, pomiješao se s njim i zatim odaslao u eter.

11_astro.hr_fs001

Slika iznad prikazuje nam prijem AM signala na CB području. Lijevo je originalni ne-procesirani signal, a desno procesiran (obrađen) signal. U programu smo aktivirali tri filtera.

Prvi filter koji smo primijenili je visoko propusni filter podešen na 178 Hz. Njegova funkcija je da reže sve što se nalazi ispod te frekvencije. Tu prije svega mislimo na niske šumove, brujanja i sl. Ovaj filter nije neophodan, ali njegovom primjenom dobivamo puno ugodniji signal, pogotovo ako slušamo preko slušalica.

Drugi filter služi za poboljšanje odnosa signala i šuma (signal to noise ratio). Naime, kao što smo naučili u tekstu o modulacijama, ljudski glas je raspoznatljiv i pri širini signala od svega 3 kHz. Zapravo, upravo u tom području, nalazi se većina njegove energije. Na višim frekvencijama imati ćemo sve manju energiju (jakost signala), a sve veću količinu šuma. Stoga nema potrebe težiti ka slušanju frekventno bogatog ljudskog glasa, kada će on ionako biti izgubljen u šumu. Primjenom nisko propusnog filtera podešenog na 2966 Hz, mi smo zapravo napravili više koristi nego štete. Jest da je glas sada izobličen, ali je daleko manje šuma, pa lakše možemo slušati. Desni prikaz na slici lijepo pokazuje učinak ovog filtera koji je odrezao sve što se nalazi iznad 3.5 kHz.

Treći filter je vjerojatno onaj najbitniji. Radi se o tzv. ”notch” filteru izrazito uskog područja djelovanja, a zadatak mu je potisnuti neželjene uskopojasne signale – primjerice carriere i sl. Ovaj filter je primjerice na amaterskom području 80m (3.5 – 3.8 MHz) gotovo neophodan, gdje sve vrvi takvim signalima. U našem konkretnom primjeru na slici iznad imamo nešto drugačiju situaciju. Kod stanice koju smo slušali nešto očito ne radi kako spada, pa se sa govorom miješa sinusni signal frekvencije oko 3kHz (vjerojatno neki referentni signal od oscilatora). Slušati nečiji govor s takvim signalom u pozadini koji ”pišti” može biti poprilično naporno. Tada jednostavno aktiviramo notch filter, dovedemo ga do neželjenog signala i vršimo fino podešavanje njegove centralne frekvencije kao i širine dok potpuno ne potisnemo neželjeni signal. Konkretno, na lijevom prikazu možemo kod 3 kHz vidjeti neželjeni signal. Podešavanjem filtera došli smo do vrijednosti 3061 Hz na kojoj je neželjeni signal potpuno potisnut što se lijepo može vidjeti na desnom prikazu.

Izvor:  astro.hr

Tags: ,

Komentirajte

*

MIDNEL Web rješenja Internetski servisi MIDNEL