Частота Шумана 7,83Гц и гармоники

[R3TNE Алексей]

Никто не пробовал мониторить сверх низкие волны земли и ионосферы? Основную частоту 7,83 и гармоники (14,1), (20,3) Гц.

[rw3adb]

Володя UA1AVA пробовал.

[rn3aus]

Никто не пробовал мониторить сверх низкие волны земли и ионосферы? Основную частоту 7,83 и гармоники (14,1), (20,3) Гц.

Уже несколько сезонов хотелось это сделать. И вот на днях изготовил ELF-приемник с полосой 1Гц - 300 Гц и провел первые наблюдения для знакомства с КНЧ диапазоном.
Не особо мудрствуя, использовал схему, опробованную DK7FC, с небольшими изменениям:
- в полосовом фильтре емкости 2.2 пф заменены на 10 пФ;
- добавлен фильтр-стабилизатор питания.
- резистор смещения на затвор составлен из трех сопротивлений по 10МОм.
- применены КП303В и малошумящий операционник К1407УД1.
В качестве антенны применил свою Г-антенну с высотой подвеса 8 м и длиной горизонтальной части 20 м. И конечно заземление.
Выход приемника подключался к микрофонному входу звуковой карты (я использую понравившуюся мне внешнюю USB-карточку-свисток Creative, она хорошо показала себя на СДВ). Оказалось, сила сигнала с антенны вполне достаточна для работы и без включения усиления микрофона в звуковой карте. Приемник питался от аккумулятора 4 Ач, при токе потребления 16 мА его хватает на много часов.
Конечно, среди всех сигналов доминирует фон 50 Гц с гармониками, это не должно смущать. Запустив Спектрумлаб, сделал настройки "на глазок": 48000 Гц самплерате, FFT 32768, децимация 8, скроллинг автоматический 75%. Не ставим галку "один пиксел на ффт бин". ВВодим диапазон частот водопада 0-100 Гц.
Спектрограмма ползет не быстро, примерно как при qrss-60. Сразу можно заметить наличие амплитудной модуляции несущей сети 50 Гц - это включаются и выключаются потребители в поселковой сети, а может и во всем районе, обслуживаемом подстанцией.
Кроме того, легко заметить и Шумановские резонансы в районе 7, 14 и 21 Гц.
За пару ночей наблюдений зафиксировать сигналы Зевса 82 Гц пока не удалось, но видимо нужно просто подольше понаблюдать.
Очень сильные помехи дает дождь - просто сплошная засветка - видимо идут импульсы от разрядов капель на полотно антенны.
Помех от питания компьютера и/или приемника от сети по сравнению с аккумуляторным питанием на первый взгляд особо не прибавляется, хотя сила несущей 50 Гц конечно возрастает.
Фиксируются и странные "зеркальные сигналы" 25-75 Гц и еще какие-то короткие черточки либо загогулинки от включения различной электротехники.
В общем, диапазон своеобразный, пожалуй ни на что не похожий. Стоит с ним познакомиться внимательнее...

[rn3aus]

полную схему нарисую позже
На скриншоте где засветка - там два раза шел дождь.
И файлы моих настроек Спектрумлаба.

[EW6X]

Александр, очень интересно, спасибо!

[rn3aus]

Внимательное изучение скриншотов привело к "открытию" любопытного явления. Хорошо видно, что некоторые импульсы имеют характерный спектр с минимумами и максимумами - так бывает, когда складывается сам импульс и его задержанная копия, пришедшая в точку наблюдения иным путем. Частотный интервал между максимумами (или минимумам) на спектре такого сигнала равен dF=1/dT, где dT - время запаздывания второго импульса.
Посмотрим на спектр: один из импульсов (который правее) имеет dF~3 Гц, а другой около 5 Гц, и похоже что там картина получается от сложения не двух, а трех копий сигнала. Что это означает: 3Гц дают задержку 0,33 сек, что соответствует разности хода лучей в  примерно 100 тыс км или в 2,5 окружности Земли... Откуда возникает такая задержка? На ум приходит механизм распространения СДВ сигналов между магнитосопряженными точками вдоль магнитных силовых трубок геомагнитного поля. Но действует ли этот механизм для КНЧ-ELF?? У меня пока нет ответа...

[rn3aus]

обещанная полная схема и чуть подправленная печатка

[rw3adb]

На ум приходит механизм распространения СДВ сигналов между магнитосопряженными точками вдоль магнитных силовых трубок геомагнитного поля.

это и про кв была такая теория. просто подобный эффект менее ярко выражен.

да, забавно, что удалось принять Шуманна не где-то у чёрта в ж.пе, а прямо сидя дома, в тапочках...

ибо неоднократно слышал и даже такое:

Затруднения в исследовании волн Шумана обусловлены тем, что для их приёма требуется специальная очень чувствительная аппаратура[14] и соответствующая окружающая обстановка: даже движение деревьев, животных или людей рядом с приёмником может повлиять на его показания

Володя UA1AVA, интересовался этим вопросом, как известно и освещал свои попытки на известном форуме, но принять что-то удалось только на природе и относительно вдали от цивилизации.

[rk2y]

Внимательное изучение скриншотов привело к "открытию" любопытного явления. Хорошо видно, что некоторые импульсы имеют характерный спектр с минимумами и максимумами - так бывает, когда складывается сам импульс и его задержанная копия, пришедшая в точку наблюдения иным путем. Частотный интервал между максимумами (или минимумам) на спектре такого сигнала равен dF=1/dT, где dT - время запаздывания второго импульса.
Посмотрим на спектр: один из импульсов (который правее) имеет dF~3 Гц, а другой около 5 Гц, и похоже что там картина получается от сложения не двух, а трех копий сигнала. Что это означает: 3Гц дают задержку 0,33 сек, что соответствует разности хода лучей в  примерно 100 тыс км или в 2,5 окружности Земли... Откуда возникает такая задержка? На ум приходит механизм распространения СДВ сигналов между магнитосопряженными точками вдоль магнитных силовых трубок геомагнитного поля. Но действует ли этот механизм для КНЧ-ELF?? У меня пока нет ответа...

Внизу максимумы совпадают с частотами Шумана (минимумы тоже). А  для гармоник условия распространения различаются. Да и частоты Шумана не совсем кратны между собой.

[rw3adb]

Внимательное изучение скриншотов привело к "открытию" любопытного явления. Хорошо видно, что некоторые импульсы имеют характерный спектр с минимумами и максимумами - так бывает, когда складывается сам импульс и его задержанная копия, пришедшая в точку наблюдения иным путем. Частотный интервал между максимумами (или минимумам) на спектре такого сигнала равен dF=1/dT, где dT - время запаздывания второго импульса.
Посмотрим на спектр: один из импульсов (который правее) имеет dF~3 Гц, а другой около 5 Гц, и похоже что там картина получается от сложения не двух, а трех копий сигнала. Что это означает: 3Гц дают задержку 0,33 сек, что соответствует разности хода лучей в  примерно 100 тыс км или в 2,5 окружности Земли... Откуда возникает такая задержка? На ум приходит механизм распространения СДВ сигналов между магнитосопряженными точками вдоль магнитных силовых трубок геомагнитного поля. Но действует ли этот механизм для КНЧ-ELF?? У меня пока нет ответа...

Внизу максимумы совпадают с частотами Шумана.

он имеет ввиду интерференцию во времени. а не по частоте.

[Сергей UB1APE]

Очень интересно. Спасибо!

[ra4hgn]

В общем, диапазон своеобразный, пожалуй ни на что не похожий. Стоит с ним познакомиться внимательнее...

Александр, пару вопросов о диапазоне ...
Как то давно читал о фликкер-шуме (помоему его еще называют розовым), который обратно пропорционален частоте (1/f), вроде как бы он есть во всех колебательных процессах и природа его не ясна. И вот что то подумалось, есть ли его влияние на таких низких частотах ?
И второй - планируешь ли вырезать как то 50 Гц, например режекторным фильтром, ну или как то боротся с 50 Гц?

[rn3aus]

Как то давно читал о фликкер-шуме (помоему его еще называют розовым), который обратно пропорционален частоте (1/f), вроде как бы он есть во всех колебательных процессах и природа его не ясна. И вот что то подумалось, есть ли его влияние на таких низких частотах ?
И второй - планируешь ли вырезать как то 50 Гц, например режекторным фильтром, ну или как то боротся с 50 Гц?

Влияние этого шума наверняка есть, он должен проявляться и в полевом транзисторе, и в операционнике и в самой звуковой карте. Если не подключать к приемнику антенну, то вроде нечто подобное и видно, но шумит слабо и на спектре не заметить - он опускается вниз. А с антенной сигнал 50 Гц и другое весьма сильно идет и розовость шума пропадает на их фоне.
Пока что бороться с 50Гц  не думаю что стоит - чтобы можно было легче отделять сигналы, связанные с силовой сетью (от скачков напряжения в ней, щелчков и т.п.) от сигналов природного происхождения. Грозовой импульс не вызывает увеличения засветки в районе несущей 50 Гц, а сетевой щелчок сразу же видно, что он "сидит" и как бы исходит в обе стороны от несущей.
Впоследствии можно будет попробовать и фильтр какой-нибудь.
Собираюсь на выходных позаписывать сигналы, чтобы попытаться понять природу описанных выше "федингов". Может быть на самом деле это несколько близких импульсов от серии возвратных разрядов одной молнии.

[rn3aus]

Как то давно читал о фликкер-шуме (помоему его еще называют розовым), который обратно пропорционален частоте (1/f)

По случайности, получился скриншот с таким шумом. Оставил запись на ночь, потом к утру обнаружил, что в какой-то момент моя кошка, ночевавшая в комнате, где проходил эксперимент, пробираясь к окошку сдвинула порвода и антенный конец соприкоснулся с земляным. Таким образом вход приемника был закорочен. На картинке видно, как упал уровень сигналов и что в собственных шумах вииден подъем начиная с примерно 10 Гц по мере уменьшения частоты. Сигнал с антенны превышает собственные шумы на 50-60 дБ.
На втором скриншоте подозрительная трасса в районе 82-83 Гц. Может быть это Зевс, а может быть и нет.
Походив по участку с СДВ приемником и послушав где какой уровень фона 50 Гц остался в некотором удивлении, как мне вообще удалось принять что-либо на СНЧ: по мере подхода к домику уровень фона начинает "драматически" возрастать, снижение Г-антенны находится как раз в зоне ужасающего фона. Попробую в следующие выходные выдвинутся на полу-полевую позицию с штыревой антенной и аккумуляторным питанием. Интересно посмотреть менее загрязненный СНЧ-эфир.
На третьем скриншоте видно действие ветра, раскачивавшего антенну - в области единиц герц видны характерная засветка, соответствовавшая порывам ветра.

[rn3aus]

Продолжая исследование диапазона КНЧ, попробовал принять несущую 60 Гц от заокеанских силовых сетей. В результате за ночь накопился слабый след несущей на 59,61 Гц. Не понятно, оно это или нет - прочитал, что по допускам частота тамошней сети должна иметь нижний предел 59,6 Гц. Но как-то странно...
Заодно несущая 81,5 Гц.
И резонансы Шумана во всей красе, до +2..3 дБ над шумом (интересно, что заметна какая-то кажущаяся девиация их частоты. Она как известно действительно существует и в течение суток достигает 0,5%).

Антенна все та же - Г 8х20м. Сделал ввод в помещение коаксиальным кабелем, заметно уменьшилось влияние грязи из осветительной сети.
Попробовал также принимать на полутораметровый штырь в полевых условиях на дачном участке (подальше от домика). Оказалось, ничего существенно в качестве приема не меняется, однако виден завал чувствительности ниже 10 Гц. Так что вернулся к прежнему сетапу с большой антенной.