9A HAM portal QRZ.com.hr

Naslovna » Razno » Podzemni radio 2. dio

podzemni_radio_2_mSignal kroz zemlju čuda

Premda bi se na prvi pogled moglo činiti da je Teslina teorija propagacije radiosignala kroz Zemlju objasnila gotovo sve aspekte i fenomenologiju, u praksi se pokazalo da se kod odašiljanja i prijama signala kroz tlo ponekad događaju krajnje bizarni fenomeni. Takve fenomene ne predviđa Teslina teorija, a još manje konvencionalna. Jedan od najbizarnijih primjera je autoamplifikacija signala, odnosno pojava da se nakon postavljanja podzemnih antena na određene topografske pozicije, signali ponekad spontano pojačavaju nakon nekog vremena rada prijamne podzemne antene.

Na prvi pogled ova činjenica nije toliko čudna budući da i propagacija radiosignala kroz atmosferu varira s obzirom na doba dana, sunčevu aktivnost, električnu aktivnost unutar atmosfere i slične promjenjive prirodne uvjete medija. Ono što čudi jest činjenica da se autoamplifikacija radiosignala događa postupno i najočitija je kod prijama audio moduliranog radiosignala: s vremenom rada radioprijamnika odnosno antene signal postaje sve glasniji i naposljetku se stabilizira na određenom stupnju glasnoće. Ukoliko se otpoje antena i prijamnik, s njihovim ponovnim priključenjem signal se vraća na početnu razinu glasnoće i zatim ponovno započinje proces autoamplifikacije. Niti jedan fizikalni model, uključujući i Teslin, ne može na adekvatan način objasniti zašto se prilikom korištenja podzemnih antena ponekad događa navedeni fenomen.

Zanimljiva je i sljedeća pojava: podzemne antene koje su u izravnom električnom kontaktu s tlom, neće korodirati dok god su priključene na prijamnik koji je u funkciji, odnosno dok god postoji neka električna aktivnost na prijamnoj strani, bez obzira što je, na primjer, bakar metal koji lako podliježe oksidaciji i koroziji. Izostanak korozije bi se mogao pokušati objasniti nekom složenom električnom interakcijom između prijamnika, antene i tla. Međutim, dvadesetih godina dvadesetog stoljeća, kad su radioamateri uvelike eksperimentirali s raznim krajnje bizarnim konstrukcijama podzemnih antena, netko je došao na ideju da tlo oko podzemne antene obilno natopi bakrenim sulfatom (CuSO4) tj. modrom galicom i pričekao da se tlo dobro osuši – nakon toga se prijam signala višestruko pojačao, unatoč činjenici da bakreni sulfat u kristaliziranoj formi nije električni vodič i unatoč tome što se ponekad radilo o električki izoliranim podzemnim antenama koje ionako nisu bile u izravnom električnom kontaktu s tlom. Time je ovaj fenomen postajao još bizarniji.

Flarofonija

podzemni_radio_2_1Mnogi su radioamateri iz vremena “zlatnog doba podzemnog radija” uočili da je za pozicioniranje podzemne antene najbolje odabrati komad tla koji je bogat tamnozelenom vegetacijom, a posebno dobrim su se pokazale pozicije među korijenjem velikog drveća. Uostalom, gotovo neovisno o razvoju Rogersovog sistema podzemnog radija i gotovo deset godina ranije, američka je vojska, na čelu s voditeljem projekta general-bojnikom Georgeom O. Squierom, započela razvoj “florafonije”, odnosno sistema koji je koristio drveće za odašiljanje i prijam radiosignala. Iznenađujuće dobri rezultati bili su glavni razlog da se, uz Rogersov sistem podzemnog radija, tijekom 1. svjetskog rata uvelike koristio i florafonski sistem.

Sistem florafonije bio je izuzetno jednostavan: bilo je dovoljno zabiti nekoliko metalnih čavala duž debla odabranog drveta i naprosto isprobati koja je pozicija najbolja za prijam ili odašiljanje radiosignala određene frekvencije. Sistem je bio toliko efikasan da se jedno stablo moglo koristiti za istovremeni prijam i odašiljanje više različitih radiosignala na različitim frekvencijama. Ono što je zanimljivo jest slijedeći zapis general-bojnika Squirea prilikom predstavljanja florafonije javnosti u srpanjskom izdanju Electrical Experimentera 1919. godine: Za naše trenutne svrhe možemo živo stablo gledati kao visoko organizirani komad živog tla koji se može koristiti na isti način kao što danas koristimo tlo kao univerzalni vodič za telefoniju i telegrafiju i ostale električne primjene.

Fotografija general-bojnika Georgea O. Squiera i fotografija vojnog laboratorija gdje je američka vojska istraživala florafoniju. Laboratorij je bio smješten u blizini Washingtona D.C., SAD. Fotografija je objavljena u lipanjskom izdanju Electrical Experimentera 1919. godine.

Iz Squierove se izjave može zaključiti da je tlo, odnosno litosferu Zemlje, promatrao kao vodič signala, a ne kao električki neutralan sustav. Takav stav je u potpunom suglasju s gledištem Rogersa i Tesle, premda se Squire u članku ne izjašnjava nedvosmisleno u prilog ijedne od tadašnjih teorija. Zapravo se može reći da je Squire naprosto na elegantan način izrekao činjenicu koja se krajem 18. i početkom 19. stoljeća uzimala ”zdravo za gotovo” u znanstvenim i inženjerskim krugovima: Zemlja je vodič električnog signala.

Dova telegrafije žičnim prijenosom (a ponekad i bežičnim)

Više od stoljeća prije Teslina rada na sistemu prijenosa signala kroz tlo, postavljale su se prve telegrafske linije koje su koristile dva električki izolirana vodiča za prijenos električnog signala. Prilikom testiranja s vodičima postavljenim na stupove, nisu primijećeni nikakvi problem vezani uz jasnoću signala. Međutim, nakon zakapanja istih tih vodiča u tlo, komunikacija je bila nepouzdana jer su se često pojavljivale električne anomalije koje su otežavale ili onemogućavale komunikaciju jer bi sustav postajao prezasićen obiljem signala i električnog naboja. Ubrzo se prešlo na sustav prijenosa telegrafskog signala jednim vodičem, s tim da se tlo koristilo kao povratni vodič koji je zatvarao strujni krug. Naime, u to se vrijeme smatralo da električna struja doista teče između ploča uzemljenja koje su se nalazile na krajevima telegrafskih linija. Ovaj povratni tok električne struje nitko nikad nije uspio izmjeriti.

Stvari su se dodatno zakomplicirale kad su kasnih tridesetih i ranih četrdesetih godina 19. stoljeća Morse i Vail sasvim slučajno otkrili da se za prijenos signala mogu koristiti ukopane odnosno uzemljene ploče bez ikakvog dodatnog električnog vodiča. Signal se na taj način mogao slati nekoliko stotina metara od jedne do druge uzemljene ploče. Ono što je bilo neobično jest činjenica da se takav prijenos signala mogao koristiti samo između pojedinih topografskih pozicija i odstupanje od toga je imalo za posljedicu nefunkcioniranje takvog sustava. Ohrabrujuće je bilo što su se na taj način ponekad mogle zaobići topografske prepreke koje bi inače iziskivale složene konstrukcije za provođenje nadzemnih vodiča. Odnosno, nadzemni električni vodovi su na ovakvim lokacijama jednim dijelom mogli biti zamijenjeni podzemnom komunikacijom bez dodatnog električnog vodiča.

Činjenica nad kojom se moramo zamisliti jest to da je takav način podzemne komunikacije ovisan o pravilnom topografskom smještaju uzemljenih ploča, a uza sve to je izmjerena vodljivost tla na takvim pravcima propagacije signala često bila vrlo loša. Osim toga, činjenica da su se vrlo slabi signali mogli prenositi na razmjerno velike udaljenosti, ukazivala je na činjenicu da je nešto pojačavalo signal dovoljno da se proširi na veću udaljenost od očekivane. Dakle, što se to događalo na nekim lokacijama, odnosno na nekim pravcima koji omogućavaju podzemnu električnu komunikaciju?

Usavršena podzemna antena koja je električki izolirana od tla. Prednost ovakve konstrukcije je u tome što ima poboljšanju osjetljivost u svim pravcima i jednostavnija je za izradu. Ilustracija je preuzeta iz američkog patenta br. 1372658 registriranog 1921. godine. Autor patenta je E.T. Jones.

Ljudski glas podzemnim signalom

podzemni_radio_2_2Na odgovor se moralo sačekati slijedećih tridesetak godina – do pojave Nathana Stubblefielda i njegovih uspješnih eksperimenata s prijenosom telegrafskog i zvučnog signala podzemnim radijem. Stubblefield je 1892. godine prvi put demonstrirao prijenos ljudskog glasa podzemnim signalom. U literaturi se često spominje da je Stubblefield vjerojatno koristio zonu indukcije u blizini snažnog odašiljača. Povijesne činjenice prikazuju sasvim drugačiju sliku: izvjesno je da Stubblefield nije koristio nikakav snažni odašiljač budući da je kao izvor napajanja koristio vrlo slabe energetske izvore i da je prenosio signal na udaljenosti koje su, kao i u slučaju Rogersovog odnosno Teslinog sistema, daleko premašivale radijus zone indukcije bilo kojeg odašiljača koji je bio u funkciji u to doba.

Možda najbitnija činjenica jest njegova izjava da njegov “…sistem ne radi tako da odašilje snažni signal u tlo, već naprotiv, samo malom snagom modulira postojeći električni tok koji već postoji u tlu”. Ova njegova izjava neminovno privlači pozornost budući da bi modulacija postojećeg električnog signala u tlu iziskivala razmjerno malo snage, a modulirani signal bi se prenosio na velike udaljenosti. Dakle, Stubblefieldova izjava omogućuje postavljanje teorije koja bi razmjerno jednostavno objasnila neke anomalne pojave koje su opisane u prethodnim dijelovima članka.

Dakle, poznaje li znanost neku vrstu prirodnog električnog toka kroz Zemljinu litosferu? Odgovor je potvrdan: električni tok koji je konstantno prisutan u tlu jest takozvana telurička struja. Moderna teorija kaže da telurička struja nastaje kao posljedica promjena u Zemljinom vanjskom magnetskom omotaču zbog interakcije sa sunčevim vjetrom. Snažne teluričke struje ponekad se javljaju i u blizini električnih oluja.

Teluričke struje

Sama priroda teluričke struje ipak je pretežno elektrostatske prirode i zapravo bi bilo pravilnije nazvati je teluričkim strujanjem budući da se u realnosti ne radi o električnoj struji, već o promjenjivom gradijentu električnog potencijala, odnosno o promjenjivoj jakosti električnog polja. Gradijent električnog potencijala može varirati od 0.02 V/m do 1000V/m, a vrlo često zadržava neki geografski pravac strujanja kroz duži vremenski period bez obzira na izmjerenu vodljivost tla na pravcu strujanja. Dakle, Stubblefield je možda bio u pravu kad je govorio o moduliranju već postojećeg električnog toka. Moduliranje snažnog teluričkog strujanja objasnilo bi i propagaciju razmjerno slabih signala na veće udaljenosti budući da je slabljenje teluričkog strujanja kroz prostor daleko manje nego slabljenje običnog električnog signala koji su Morse, Vail, a kasnije i Stubblefield injektirali u tlo.

Slabo je poznato da je Marconi prilikom uspostavljanja prvih transatlantskih radiokomunikacija imao velike probleme jer je koristio razmjerno slabe odašiljače i oslanjao se pretežno na prostorni val, a ne na odašiljanje signala kroz tlo. Eksperimentima je ustanovljeno da se s nekih lokacija signal posebno lako odašilje i prima s prihvatljivom degradacijom kvalitete signala u odnosu na signal odaslan sa drugih lokacija . Kasnije je i sam Marconi priznao da je ovu činjenicu iskoristio i držao u tajnosti da se ne sazna koliko je njegov sistem u to vrijeme bio ovisan o geografskim lokacijama odašiljača i prijamnika. Ta spoznaja bi vjerojatno probudila sumnje nekih investitora u njegov sistem. Bilo kako bilo, i to je još jedna činjenica koja govori u prilog teoriji da se propagacija radiosignala podzemnim putem, temeljena na postojećim konvencionalnim odašiljačima, u barem jednom segmentu može objasniti slučajnom modulacijom teluričkih strujanja.

U potpunosti ukopana prostorija u kojoj se nalaze radioprijamnik i podzemna antena. U praksi se pokazalo da antena mora biti uzemljena. Slične je sisteme koristila američka vojska u 1. Svjetskom ratu. Ilustracija je preuzeta iz američkog patenta br. 1365579 registriranog 1921. godine. Autori patenta su T. Appleby i L.M. Knoll.

Šipke u tlu

podzemni_radio_2_3Važna je i činjenica da su radioamateri, nakon javnog otkrivanja Rogersovog sistema, eksperimentirali s podzemnim antenama i zamijetili da je korisno zabiti šipku ili cijev od vodljivog metala u tlo blizu korijena nekog razgranatog stabla, a potom u krugu oko stabla zabiti još nekoliko takvih cijevi. Zatim bi galvanometrom mjerili električni potencijal između centralne cijevi i pojedinih cijevi na obodu zamišljenog kruga. Obično bi se na taj način moglo odrediti u kojem pravcu se rasprostire zona većeg gradijenta električnog potencijala i u tom pravcu bi se postavljale podzemne antene s više terminala. Antene čija bi pozicija postavljanja bila određena na opisani način, bez iznimke bi osiguravale kvalitetniji prijam od antena koje bi se namjerno postavilo u pravcu najmanjeg gradijenta električnog potencijala. Mjerenje galvanometrom u ovom slučaju predstavlja određivanje pravca rasprostiranja gradijenta električnog potencijala, odnosno predstavlja određivanje pravca teluričkog strujanja.

Osim toga, elektrostatska priroda teluričkog strujanja objasnila bi i kako funkcioniraju podzemne antene koje nisu u izravnom električkom kontaktu s tlom, tj. antene koje su ukopane u tlo, ali su električki izolirane od njega. Prijam signala u tom bi se slučaju mogao objasniti kapacitivnim sprezanjem između vodljive površine izolirane podzemne antene i promjenjivog gradijenta električnog potencijala tj. teluričkog strujanja. U daljnjem razmišljanju moglo bi se ići korak dalje i zaključiti da efekt autoamplifikacije signala predstavlja pojačano pražnjenje moduliranog teluričkog strujanja budući da antena i prijamnik u tom slučaju predstavljaju neku vrstu “odvoda” preko kojeg se teluričko strujanje pomalo ”prazni”. U tom bi slučaju bilo potrebno neko vrijeme da se kroz antenu i prijamnik uspostavi električni tok pražnjenja teluričkog strujanja. Time bi se također objasnilo zašto nakon otpajanja antene i njezinog ponovnog spajanja mora doći do postupnog pojačanja električnog toka, tj. do autoamplifikacije signala. Takav električni tok kroz antenu prema prijamniku možda objašnjava zašto metal antene koji je u izravnom kontaktu s tlom, ne oksidira i ne korodira.

U zraku, na tlu, u tlu

Razvidno je da nijedna teorija nije u stanju u potpunosti objasniti propagaciju radiosignala kroz sve fizičke medije. Postojeća konvencionalna teorija prostornog i površinskog vala primjereno uspostavlja fizikalni model propagacije radiovalova u slobodnom prostoru poput atmosfere. Na kraju krajeva, prilikom proračuna odašiljačkih i prijamnih sustava, praksa potvrđuje teoriju. Problem s ovom teorijom jest da ne predviđa i ne objašnjava propagaciju radio signala kroz Zemljinu litosferu, odnosno kroz tlo. Teslina teorija vrlo razumljivo i argumentirano predlaže model koji objašnjava propagaciju signala kroz tlo, ali ne predviđa neke anomalne pojave poput autoamplifikacije signala, funkcioniranja podzemnih antena koje nisu u izravnom električkom kontaktu s tlom i sl. Predložena teorija modulacije teluričkih strujanja nadopunjava prethodna dva modela i s njima čini cjelinu s ciljem da na cjelovit način objasni propagaciju radiosignala kroz različite fizičke medije.

Naposljetku se postavlja pitanje budućnosti podzemnog prijenosa signala. Naravno, niti jedna derivacija podzemnih antena nije u stanju primati ili odašiljati signale prema sustavima koji nisu uzemljeni (sve mobilne stanice, zrakoplovi, sateliti). Time su podzemne antene nedostatne u smislu mobilnih komunikacija, ali otvaraju mogućnosti uporabe za primopredaju signala između uzemljenih sustava. Jedna od mogućnosti jest kvalitetniji prijam radijskog i televizijskog signala u područjima i na topografskim pozicijama gdje je i uz najkvalitetnije krovne antene prijam otežan ili čak nemoguć. Autor je u navedenim okolnostima postigao značajno poboljšanje signala upotrebom različitih podzemnih antena, što govori u prilog tvrdnji da budućnost podzemnog radija ne leži samo u vojnom korištenju ELF i VLF područja, nego i u praktičnim primjenama u svakodnevnom životu.

“Iskreno i duboko zahvaljujem M.B. na neizmjernoj strpljivosti i razumijevanju pokazanim tijekom razdoblja prikupljanja stručnih materijala, eksperimentiranja i pisanja ovog članka. Također sam izuzetno zahvalan A.T.B. na pruženoj stručnoj pomoći tijekom pisanja članka, a bez koje bi sve bilo nedorađeno i erazumljivo.”

Zvonimir Rudomine
Izvor: blog.vecernji.hr/misak

Komentirajte

*

MIDNEL Web rješenja Internetski servisi MIDNEL