Diseño de un receptor ELF-VLF simple con antena de cuadro

Voy a diseñar un par simple de receptor y antena de cuadro para recibir señales repelidas por meteoritos al chocar con la aerosfera terrestre con frecuencias alrededor de 3-30 KHz. Se va a presentar a la gente en un taller.

El objetivo es mantenerlo simple y no demasiado costoso para permitir que las personas con un conocimiento mínimo sobre los detalles técnicos puedan al menos construir algo con un poco de ayuda. No debería ser tan altamente eficiente, pero debería tener una buena cobertura de frecuencia y tener el menor ruido posible.

Estoy pensando en diseñar una antena de cuadro cuadrado girando los cables alrededor de un marco cuadrado de plástico o madera y conectándolo mediante un cable coaxial a la placa receptora que contiene filtros y amplificadores, y conectando la señal de salida de la placa a la entrada de micrófono de la computadora portátil para analizar la datos utilizando la aplicación Spectogram.

Entonces, comencé a buscar las especificaciones de la antena Loop Square y encontré esta página que ha modelado la antena con este circuito equivalente:Circuito equivalente de antena

Ahora, las preguntas:

  1. ¿Las antenas de cuadro están limitadas a frecuencias únicas o también pueden recibir rangos de frecuencia específicos? ¿Cómo puedo diseñar la mejor antena de cuadro para tener el ancho de banda más amplio para cumplir con el rango de 3-30 KHz? ¿Debo considerar algo especial?

  2. ¿Cómo puedo hacer coincidir la impedancia entre la antena, el cable coaxial y el receptor?

La parte del receptor tendrá una entrada de alta impedancia ya que es un amplificador. El cable coaxial será de 50 o quizás 75 ohmios según su tipo. ¿Qué pasa con la parte de la antena? ¿Es suficiente calcular la impedancia vista desde la salida de la antena en la imagen esquemática adjunta arriba?

Y, ¿cómo puedo hacer coincidir la impedancia de la antena para eliminar la parte imaginaria? ¿Puede ser suficiente usar condensadores y/o inductores regulares o debería crear un elemento compensador usando cables? ¿Tener una parte imaginaria debilita demasiado la ganancia? ¿Es importante en absoluto ( en mi caso, por supuesto )? ¡Estoy perdido!

  1. ¿Cuál es la mejor manera de limitar la salida máxima de la placa para garantizar que la tarjeta de sonido de la computadora portátil no se dañe debido al voltaje/corriente adicional?

Corrígeme si me estoy perdiendo algo.

Respuestas (1)

¿Las antenas de cuadro están limitadas a frecuencias únicas o también pueden recibir rangos de frecuencia específicos? ¿Cómo puedo diseñar la mejor antena de cuadro para tener el ancho de banda más amplio para cumplir con el rango de 3-30 KHz? ¿Debo considerar algo especial?

Puede sintonizar la resonancia de una antena de cuadro con un condensador para obtener una alta selectividad o puede dejarla sin sintonizar y alimentarla a un amplificador de alta impedancia. En ambos casos, asegúrese de que la frecuencia resonante natural de la bobina (más la capacitancia espuria entre vueltas) no resuene en ningún lugar cercano a sus frecuencias operativas.

Le sugiero que use filtros de paso de banda decentes después de su primera etapa de amplificación/búfer para apuntar a cualquier rango de frecuencia que considere útil.

¿Cómo puedo hacer coincidir la impedancia entre la antena, el cable coaxial y el receptor?

No se moleste en emparejar: no obtendrá ondas estacionarias a 30 kHz o menos a menos que su cable tenga muchos kilómetros de largo. Una longitud corta de cable coaxial no se verá como una constante de 50 ohmios para la antena de cuadro: la impedancia de entrada de su amplificador permanecerá prácticamente intacta y esa será la "carga" en su circuito. Sin embargo, considere la capacitancia del cable: esto podría ser suficiente para causar un pico resonante y alterar sus lecturas como lo haría un filtro de paso de banda ajustado.

Y, ¿cómo puedo hacer coincidir la impedancia de la antena para eliminar la parte imaginaria?

¡Su señal no tendrá una parte imaginaria a menos que esté lo suficientemente cerca del meteorito para que altere dinámicamente las características de la bobina!

¿Cuál es la mejor manera de limitar la salida máxima de la placa para garantizar que la tarjeta de sonido de la computadora portátil no se dañe debido al voltaje/corriente adicional?

Alimentar su salida a través de una resistencia de 1k a la entrada de la tarjeta de sonido y sujetarla con diodos consecutivos es probablemente una exageración. Recomiendo limitar el amplificador de salida final para que no produzca nada más que (digamos) 2Vp-p ya sea por potencial divisor o restringiendo los rieles de potencia del amplificador final.

El diseño de su antena de cuadro es solo un simple detector de campo magnético: no debe molestarse en tratar de detectar el campo E porque su circuito debería tener un tamaño de aproximadamente 1 km.

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