Добрый день,

планируется проект по созданию приемника эталонных сигналов частоты и времени передаваемых радиостанциями на частотах 10 кГц - 60 кГц.

Предполагается разработка SDR приемника с обработкой данных на ПЛИС.
Подобная система уже делалась для приема сигналов 100 кГц (LORAN-C, "Чайка"). Для приема сигналов ЛОРАНа покупалась готовая активная антенна РИРВ, к которой прикручивался дополнительный полосовой LC-фильтр.

Собственно вопрос как раз в том, где найти готовое антенное изделие на нужный мне диапазон 10 кГц - 60 кГц. Как мне кажется я нашел нечто подходящее здесь: https://www.lfengineering.com/ https://www.lfengineering.com/files/pdf/L-400B_inst.pdf ,
однако возможности купить конкретно эту антенну нет.

Прошу совета где найти подобные готовые малогабаритные (1-2 м) антенны, с возможностью покупки.

Поспрашивайте тут
http://www.radial.ru/catalog/antennas/vertical/MW-HF/
может вам сделают на заказ на ваш диапазон.

Вот такую юзали http://www.pvelectronics.co.uk/index.php?m...p;products_id=8.

Антенна, не особо сложно, мотается на феррите в форме стержня. На Ваши частоты подойдет любая термостабильная марка феррита с проницаемостью 400... 2000. Только число витков выйдет разное.
Если под рукой нет феррита, можно намотать соленоид на прямоугольной рамке из диэлектрика. Размеры такой антенны будут несколько больше ферритовой. В пределах нескольких десятков сантиметров в поперечнике.
Число витков обеих антенн зависит от полосы принимаемых частот. Чем шире полоса, тем больше мотать. В общем случае, витков сотни.
Обе антенны настраивают в резонанс конденсатором. Для ферритовой понадобится с температурной характеристикой феррита, только наоборот. Для соленоида, с отрицательной характеристикой. Как правило, для ферритовой антенны, характеристика конденсатора тоже отрицательная.
Идеальный вариант, если намотать столько витков, что собственный резонанс антены (без дополнительного внешнего конденсатора) будет лежать в середине требуемой полосы частот. Для Вашего диапазона понадобится несколько тысяч витков.


Обычная саморезонантная ферритовая антенна.


Или ферритовая или соленоидная с длинным соленоидом. Тоже ничего сверхестественного.
Насчет размеров. Антенна, размером в несколько метров, для этого диапазона не подходит. Наловит все помехи от ВИИП с окружающей территории. Рекомендуются антенны не более полуметра.

Утверждение ошибочно. Полоса частот зависит от добротности (есле антенна не активная ) а добротность слабл зависит от количества витков .


можете поподробнее что это за новый тип антенны.

общепринято называть такие антенны рамочными с ферритовым сердечником или ферритовыми антеннами

В зависимости от уровня напряженнности электромагнитного поля для приема применяют антенны с размерами от нескольких сантиметров до нескольких километров .
С помехами борятся другими способами .

Тут на форуме есть товарищи которые знают абсолютно все области науки и техники от А до Я. И под ПЛИС алгоритм накидают играючи и кристаллы разварят, и еще как-то на форуме писать бесконечно времени хватает при этом.

Посмотрите здесь
когда-то они неплохие антенны делали

Можно взять готовую рамочную антенну от приемника-компаратора Ч7-10 на фиксированные частоты 66,6/200кГц и перестроить ее на нужные частоты подбором внутренних конденсаторов.

Спасибо, отправлю запрос.




Где ж ее найти? Но за прибор спасибо, почитаю как он РБУ станцию ловит.

Когда-то была такая передающая антенка в Гороховце. 1х1км решетка для частоты 17кГц передатчик 1000кВт. телеграф.
Приемная - Г-образная 300м на 50-метровых мачтах. Отличные приемники (1.5мкВ) ловили сигналы не без труда.
В наш век микроминиатюризации можно до 1 гектара , наверное ужать размеры
Непростая это задача.

Если антенна одна (без антенны компенсации), то только уменьшением размеров. Иначе, размер ближней зоны не уменьшить.


Эта антенна узкополосная. Две октавы не даст.

Насколько я понимаю, ТСа не интересуют антенные поля. Одна небольшая ферритовая антенна. Диапазон очень шумный. Антенну надо делать минимальных размеров. Собственный шум электронных изделий ничтожен относительно шумов эфира.

Акция-СДВ ваш выбор, производится для оборонки. Диапазон 10-1500 кГц. Делает ее насколько помню Связьморпроект.

Вопрос к Mr. Dootch:

Вас интересует единичный экземпляр active VLF antenna типа L-400B только для разработки SDR ?
Или же постановка на производство уже сейчас должна рассматриваться?

И по технике - заинтересовавшая Вас L-400B это E field антенна.
Но, как хорошо известно, electrostatically shielded tuned loop антенна по магнитным компонентам поля
обеспечивает наилучшую чувствительность и отстройку от индустриальных помех,
особенно от 50 Гц гармоник силовых сетей.
Хороший обзор этого вопроса можно посмотреть в прилагаемой статье команды из Стэнфорд университета:
Sensitive Broadband ELF_VLF Radio Reception.pdf

Dootch
А как насчет изготовить?
Чтоб не заморачиваться с разработкой, можно повторить активную рамочную антенну, описанную в журнале "Радио" 2015 №2 в статье "Аппаратура для наблюдений в диапазоне сверхдлинных волн".

Прежде, чем давать ссылки, хотя бы сами почитайте. В этом журнале только схемка на советских транзисторах. Причем, и схемка и транзисторы только в помойное ведро годятся. Сама антенна в журнале №1 за этот же год. Там кусок феррита с обмоткой из провода. Тоже советские)))

Увы, я тоже советский, поэтому умею читать. Антенна там не кусок феррита, а рамка диматром 2м из металлопластиковой трубы. И не в№1, а в том же №2, стр.61 средняя колонка вверху. И транзисторы КТ606А вполне достойные, проверено на практике. Я на них делал широкополосные малошумящие каскады по схеме Нортона до 30MHz.

Ах, да. Нашел. Кольцо из трубы 2 метра диаметром. В начале текста рекомендуют взять из Радио 2015 №1.
Схема очень нелинейная. Выбор самой схемы и элементной базы сомнительны, как и все, что пишут в журналах Радио. На дворе 2016 год. Уже давно существуют очень линейные инструментальные ОУ и значительно более качественные транзисторы, раз уж к ним такая любовь. Трансформатор очень нелинейный прибор. Тут нужен дифференциальный вход с последующим преобразованием в несимметричный выход на инструментальном ОУ. Для использования в профессиональной технике схема уже лет 20 как непригодна.

А в чем профессионализм? В безусловной ориентации на прецизионники от AD, которые на НЧ шумят как паровозы? Здесь надо иметь виду, что данная устаревшая схема была собрана, отлажена и проверена в работе неким автором и затем опубликована. Единственное несоответствие - в описанной схеме антенна до 9kHz, а нашему ТС надо 10-60kHz, что влечет за собой переделку полосового фильтра. Не важно, что морально устарело все. Здесь важно нашего топикстартера ввиду невозможности приобрести готовую антенну, сориентировать на собственный творческий поиск. Кстати самые малошумящие усилители с магнитными антеннами получаются на полевиках по схеме с общим затвором. В ферритовых антеннах я применял 2SK932 (по два в параллель в каждом плече симметричной схемы).

Один AD8421. Шумы, почти как у резистора. Антенну зашунтировать до нужной полосы двумя одинаковыми резисторами на общий. В ведро всю эту школьную поделку из журнала для пионеров.

Ну хорошо. А теперь, продвинутые товарищи, включаем мозги и считаем. Возьмем к примеру ту же одновитковую рамку диаметром 2м. На рамку наводятся внешние индустриальные шумы. Чтобы антенна принимала самые слабые сигналы в заданной полосе приема (например 1kHz), на стыке антенна-вход усилителя отношение сигнал/шум должно достигать заданного значения (например 10dB). Кроме шума эфира на входе усилителя действует собственный эквивалентный источник шума самого усилителя (ну допустим как у AD8421 - 3,2nV/корень(Hz). Чтобы приемная система "видела" слабые сигналы на фоне внешнего шума, этот внешний шум на входе усилителя должен превышать или по крайней мере быть равным внутреннему шуму усилителя, вынесенного эквивалентно на свой вход. Или иначе говоря надо, чтобы внутренний шум был не больше внешнего. Дальше, как не разгоняй усиление ОУ (хоть до 1000), это соотношение внешний шум/внутренний шум не увеличится. Значит для профессионального приема надо соблюдать условие равенства или превышения внешнего шума над внутренним. И что мы здесь будем иметь, скажем на частоте 20kHz? В соответствии с "рекомендациями МСЭ-R P.372-11" ("Радиошум") на частоте 20kHz напряженность поля внешнего шума в полосе 1kHz будет 2,6uV/m. Действующая длина рамки диаметром 2м на частоте 20kHz получается 0,00066м и соответственно напряжение шума на выходе рамки будет 0,00066*2,6=0,0017uV (в полосе 1kHz). А на входе ОУ шумит эквивалентный источник 3,2nV/корень(Hz), что в полосе 1kHz дает 0,1uV. Понятно, что слабые сигналы утонут в шуме усилителя.
Кроме того не забываем, что любое включение резисторов в сигнальный тракт и особенно в антенны дает дополнительный тепловой шум.

Рамку в один виток никто и не предлагает. Более того, никто не использует. Вся идея из этого журнала бредовая от начала и до конца. Катушка диаметром 20 см в сотни витков намного лучше этой одновитковой рамки. Такая антенна перекроет по шумам операционник на ура, давая компактные размеры.
А журнал Радио продает биметалические трубы, с утраченным сроком годности, и советские транзисторы, которых на складах в Израиле сотни тысяч штук.

Это из практического опыта или очередная "бредовая идея"? Или может проверим расчетом? Дело в том, что наматывание сотен витков не приводит к пропорциональному увеличению эффективности антенны. Увеличение витков приводит к увеличению индуктивности рамки и соответственно к потерям сигнала за счет реактивного сопротивления. Дальше нет смысла рассказывать...

Сдается мне, что В/м неподходящая форма представления поля для индуктивной антенны. С электрической компонентой ЭМ волны индуктивная антенна взаимодействует очень мало. Вы это только что доказали расчетами. Попробуйте пересчитать в А/м и тогда Вам станет все понятно.

Пересчитать V/m в A/m можно, но все равно при этом "кина не будет". Дело в том, что между напряженностью поля E электрической компоненты и напряженностью поля магнитной компоненты H существует простая жесткая связь через некий коэффициент пропорциональности, который есть не что иное как волновое сопротивление пространства: E=H*Zo. При анализе магнитных антенн под действующей длиной L обычно понимают коэффициент пропорциональности между наведенной ЭДС и напряженностью E (V/m): ЭДС=E*L. Можно конечно пересчитать, поле в A/m, но как из этих A/m получить напряжение сигнала (ЭДС) в рамке, не нарушая принцип размерностей и законов физики?

например.
в войсковых дв/сдв афу "тупые" одиночные антенны уже не комильфо: за помехами ничего не слышно.
сейчас несколько антенных магнитных элементов (например 600ммх40ммх40мм, намотка проводом ~2мм) с предусилителями ставят, и маломощной калибровочной передающей рамкой рядом.
суммарно-разностный сигнал по каждому элементу накручивают, ДН формировать, от помех отстраиваться.

Кино сводится к простому факту. С увеличением числа витков ток в катушке падает пропорционально числу витков, а индуктивность растет по квадрату от числа витков. Таким образом, ЭДС, при неизменных размерах катушки растет пропорционально числу витков. Сопротивление также растет по квадрату от числа витков. Проще говоря, трансформатор в этой схеме не нужен, поскольку выполняет аналогичную функцию. Надо лишь подобрать оптимальное число витков под имеющуюся аналоговую часть. Более того, в данной схеме трансформатор и обруч в 2 метра плохо согласованны - трансформатор расчитан неверно и 2/3 мощности остаются на стыке.
С учетом бешеного коэфициента шума (более 70 дБ в самых тихих местах) в данном диапазоне, катушка более чем полметра, вообще излишняя по размерам. Ее сделали такой большой, чтобы компенсировать потери стыка обруч - трансформатор! Но это только на прием. Для передатчика катушки даже в 2 метра недостаточно. КПД будет аховый.

У загнивающего запада MIMO на ферритовых антеннах существует уже много лет.

Строго говоря, катушка не является источником тока, а таки источник напряжения с внутренним сопротивлением , равным реактивности jwL.
ЭДС то растет пропорционально N, но какой из этого толк, если большая часть этого напряжения падает на большом реактивном сопротивлении катушки. В данном случае, чтобы уменьшить потери напряжения, рамку следует нагрузить на высокое сопротивление нагрузки (десятки и сотни килоом). А какой активный элемент обеспечивает минимальный коэффициент шума при работе от высокоомного источника? Правильно, полевой транзистор, но никак не ОУ с мегомным резистором на входе, который только добавит масла в огонь. А почему надо иметь малый коэффициент шума, это просто. Дело в том, что те самые 114dB*kT внешнего шума (на частоте 20kHz) легко пересчитываются в напряженность шумового поля 0,2uV/m*корень(Hz) и учитывая, что действующая длина даже многовитковой рамки едва достигает 1мм, напряжение шума в нагрузке будет доли микровольта, поэтому нормальный МШУ на дискретных транзисторах здесь весьма кстати. Только не ОУ.

Хоть кол на голове теши.
У ОУ есть оптимальное значение эквивалентного шумового сопротивления источника. Достаточно намотать правильное число витков. Коэффициент шума ОУ все равно меньше, чем у окружающего пространства, даже с учетом отрицательного усиления такой антенны.
Многовитковая катушка имеет добротность выше, чем одновитковая. И трансформатор просто преобразует этот один виток в эквивалентную катушку, которую можно сразу намотать и выкинуть трансформатор к чертовой матери.
Порнография (других комментариев к этой схеме у меня нет) на КТ606 с ОС на резисторах имеет шум не лучше 6... 7 нВ на Герц. Трансформатор превращает один виток в источник напряжения с внутренним сопротивлением в несколько кОм. Из-за того, что трансформатор посчитан неправильно, а именно индуктивность первичной обмотки 2... 3 мкГн на которую нагружен виток антенны с индуктивность 6... 7 мкГн, возникают потери, даже не 2/3, а 90% мощности, которая еле доходит до транзистора.
И напоследок, 114 дБ это типовой шум. Далеко от городов он может быть и 70 дБ.

Тогда надо говорить о коэффициенте шума активной антенны, который равен коэффициенту шума ОУ, деленному на коэффициент согласования рамки со входом усилителя. Если этот коэффициент шума окажется меньше 70dB, все гут, а если больше... антенна тупая. Все эти бла-бла надо бы подтверждать числовыми примерами.

Я руками много лет ничего не считаю. Есть куча специализированного ПО.
Одновитковую рамку согласовать с ОУ невозможно. Надо мотать десятки/сотни витков или ставить правильно посчитанный трансформатор. Хотя, он тут совсем без надобности.

Специализированное ПО это конечно очень круто, но простые расчеты на основе формул из учебников это жизненно необходимо хотя бы для осмысления проблем на этапе предварительного проектирования. И не обязательно на бумаге считать, для этого есть такое ПО как маткад например. Ладно, завтра посчитаю характеристики многовитковой рамки диаметром 200мм и N=200, затем коэффициент согласования при разных нагрузках и посмотрим кто есть ху...
Трансформатор здесь действительно ни к чему. И на транзисторе КТ606А свет клином не сошелся. Считаю, что ОУ пока под вопросом.
Есть два конкурирующих способа согласования магнитных антенн: согласование по напряжению, и согласование по току. Согласование по напряжению - это получение максимально возможного напряжения на нагрузке. Согласование по току - получение максимального тока нагрузки. Понятно, что в первом случае рамка работает в режиме ХХ и сопротивление нагрузки очень большое, во втором случае рамка в режиме КЗ и сопротивление нагрузки нулевое. Судя по схеме включения КТ606А по схеме ОБ автор хотел выполнить согласование по току, но при этом непонятно, зачем поставил трансформатор. Для многовитковой рамки лучше применить согласование по напряжению, потому как ток КЗ многовитковой рамки намного меньше чем у одновитковой (за счет большой реактивности).

Берем Ваш любимый AD8421 и смотрим. Его шумовые эквиваленты Vn=3.2nV/корень(Hz), In=200fA/корень(Hz). Значит оптимальное сопротивление источника (для минимизации коэффициента шума) будет Rsopt=Vn/In=16kOhm. Таков должен быть импеданс многовитковой рамки. Этот импеданс состоит из активной составляющей - сопротивления излучения (как правило близко к 0) , и реактивной составляющей, обусловленной индуктивностью рамки. Один виток круглой рамки диаметром 220мм из провода диаметром 0,2мм имеет индуктивность 1uH (диаметр подогнан под 1uH, чтоб удобнее считать). Чтобы на 20kHz получить XL=16kOhm, индуктивность рамки должна быть 130mH. Это значит, нужно намотать аж 360 витков. На частоте 20kHz действующая длина одного витка будет 0,032мм, а для 360 вит уже 11мм.
Посчитаем напряжение внешнего шума на входе усилителя и сравним с действующими внутренними 3,2nV/Hz^0.5. Спектральная плотность внешнего шума в тихой местности аппроксимируется линейной функцией Fex=66-28.5*log(f). На частоте 0,02MHz это 114,4dB*kT. Пересчет в напряженность поля шума (E[dB/uV*Hz^0.5] = Fex[dB*kT] + 20*log(f[MHz]) - 95/5) дает значение -15dBuV/m*(Hz^0.5) или 0,18uV/m*(Hz^0.5). Умножаем на действующую длину рамки 0,011м и получаем напряжение 0,002uV/Hz^0.5 или 2nV/Hz^0.5, что явно несколько меньше внутренних 3,2nV/Hz^0.5 операционника. Но это ничего, существуют и менее шумящие ОУ, например ADA4895, ADA4897. Или мотать еще больше витков. Но здесь надо иметь в виду появление большой междувитковой емкости, шунтирующей сигнал и вызывающей нежелательные резонансы. Хорошо, если резонансная частота несколько выше верхней рабочей частоты 60kHz. А если внутри диапазона, то выше резонансной частоты будет провал чувствительности. Положение резонансной частоты зависит от диаметра провода. Чем меньше диаметр, тем выше резонансная частота.
Кстати, у Texas есть методика расчета коэффициента шума ОУ.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Для AD8421 при Rs=16kOhm NF=1.085 (в разах).
Хотя "при чисто реактивном сопротивлении источника (как пишет товарищ Отт) понятие коэффициента шума не имеет смысла, так как шумы источника равны нулю и коэффициент шума становится равным бесконечности"

Спасибо за консультацию.

Наверное нужно что-то professor более весомое ответить может? Человек приложил усилия, ответил, доказательства привел. А Вы получается дискутируете совершенно голословно.

Как-то не по-русски звучит.
Возможно. Но благодаря общению, я на коленке дома накидал такую антенну. Полоса 10... 350 кГц. Собственная шумовая дорожка на 12... 16 дБ ниже минимальной шумовой дорожки по рекомендациям. Пригодится решение на будущее.

В общем, прикинул 2 антенны:
1. Кольцо 2 метра. Требуется 2 трансформатора.
2. Кольцо 0.9 метра. Требуется один трансформатор. Эту попробовал собрать из подручных материалов. В местности, где я проживаю, уровень шума, почти, по верхней границе рекомендаций. Уровень шума по нижней границе, наверное, в районе полюсов и в определенные часы суток.
ПС: с трансформатором выходит компактнее, легче и дешевле (медный провод дорогой). Трансформатор из Радио негодный. Что по материалам, что по конструкции. Схема из Радио шумная и с большими искажениями.
Кого интересует, подробности личкой.