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Il ricevitore VLF Watkins e Johnson: oltre le sue prestazioni

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Il ricevitore VLF  Watkins e Johnson mod R-1401A/G e'un apparecchio costruito a meta'degli anni '60, ai tempi dei primi transistor al silicio e quando le VLF erano nel mirino delle autorita'militari in quanto avevano il potere strategico di comUnicazioni fisse intercontinentali anche sottomarine; e non mancavano i sottomarini atomici nascosti nel Mediterraneo. Inoltre erano la unica soluzione per diffondere segnali di sincronismo temporale, data la costanza del percorso di propagazione. Vennero realizzate cosi'anche importanti reti di radiolocalizzazione ora sostituite dal GPS satellitare.  Il manuale del ricevitore in questione e'gia'da anni "declassificato", ovvero non e'piu'segreto militare e da tempo questi ricevitori apparentemente inutili sono disponibili nel mercato del

surplus. Io non considero mai le caratteristiche specificate dai manuali, in quanto nei ricevitori sopra i 30 milioni di lire sono deludenti, in quelli sotto non sono vere. In ogni modo questo ricevitore  e' progettato per ricevere dai 1000 ai 600000 hertz ed in pratica riesce a gestire egregiamente e realmente i centesimi di microvolt sull'ingresso a 50 ohm. L'esame della circuitistica e'deludente: un amplificatore a RF che appare debole, un mescolatore a diodi pieno di compensatori ma per il resto in apparenza comunissimo. I filtri sono a quarzi su di una media frequenza di 2 mega . Il sistema del BFO e'piuttosto complesso in quanto che oltre al BFO variabile con continuita' intorno ai 2 MHz esistono le posizioni USB, LSB, AM, o BFO fisso a battimento zero ed uno a quarzo spostato di 5 Khz. Inoltre un formidabile noise blanker e la possibilitÓ di bloccare l'oscillatore all'ultima cifra del display (DFAC).

Un primo ascolto in CW delle frequenze intorno a 12 Khz conferma tutti i miei sospetti: il primo programma, al di fuori della gamma, disturba tutto e mi costringe a realizzare una piccola trappola per i 657 Khz. A questo punto il ricevitore va benissimo. Poi la sorpresa: mi accorgo che col commutatore in posizione di AVC inclusa, come si commuta su CW quest'ultima viene esclusa e la RF funziona a tutta molla! A questo punto quale ricevitore da comunicazione funziona con la radio frequenza al massimo escludendo l'AVC?. Invece questo con un semplice reiettore funziona egregiamente. In ogni modo ho tolto il reiettore ed agito sul guadagno a RF ottenendo soddisfazione. E' chiaro pero'che per sfruttarne

le caratteristiche al massimo un filtro va aggiunto: infatti vediamo che il filtro passivo realizzato all'ingresso con una schermatura favolosa e' un molle passa basso e sono curate sole le reiezioni del 1 mega dell'oscillatore, ed i due mega della Mf . Sul circuito a rf e'realizzato invece un filtro attivo, molto blando passa alto sopra i 600 hz, che serve insieme alle robuste schermature a scacciare i 60 o 50 hz di rete.

L'ingresso e'costituito da un trasformatore ad olla da 250 spire, ovvero che non arrivera' all'henry, con una presa a salire per i 50 ohm, altrimenti 1/1 per l'ingresso a 1000 ohm.

Questi ricevitori erano previsti per lavorare con una antenna a stilo attiva posta in ambiente poco rumoroso, ma la riserva di amplificazione lo rende efficacissimo anche collegando una semplice antenna filare all'ingresso a 1000 ohm ( ed una buona terra),od un telaio da 14 spire aperiodico su quello a 50 ohm; ma se colleghiamo una antenna attiva con semplice adattatore di impedenza sui 50 ohm, ci ritroviamo un guadagno di 26 dB rispetto all'ingresso a 1000 ohm e riconosciamo l'utilita' dell'attenuatore all' ingresso

 

Questo ricevitore presenta pero'ancora un altra sorpresa: quando sintonizziamo su zero i vari voltmetri selettivi , analizzatori o convertitori che ne abbiano la possibilita', il segnale dell'oscillatore locale appare preponderante  a livelli superiori anche ai -30 fino a che non ci sintonizziamo almeno al doppio della larghezza di banda usata. Qui'no, ne ai 150 hz di banda, ne ai 1000 ne ai tremila questo segnale supera un livello che direi al massimo raggiunge l'equivalente ad i 2 microvolt all'ingresso. Come hanno fatto non si sa, e non capisco nemmeno l'origine di un leggero segnale a 3 khz al quale ci si riferisce per un eventuale taratura del bilanciamento del mixer. Il segnale dell'oscillatore si sente leggero fino ai 600 hz con banda di 1000 e fino a 300 con la banda passante di 150.

E'da tenere presente che quando si ricevono frequenze piu'basse della larghezza di banda , il segnale lo troviamo due volte perche'nella conversione col segnale locale passa tanto la somma che la differenza delle due frequenze.Lo notiamo nella visualizzazione al'analizzatore di spettro in figura nella quale ricevendo un segnale di 200 Hz lo ritroviamo su due toni simmetrici alla frequenza del BFO ovvero 600 e 1000 Hz.

Io ho regolato il guadagno fino a che tale segnale su zero hz segnasse una tacca al meter, poi ho iniettato segnale col generatore fino ad ottenere uno spostamento di 7 tacche su tutte le frequenze. Il tutto lo ho riportato nelle curve. Da tenere presente che col guadagno regolato in quel modo restavano 20 db di riserva.

Vediamo cosi'che si riescono a sentire segnali anche molto al di sotto della gamma prevista, ovvero fino alle ELF anche se accompagnate da un leggero fischio, sempre piu' forte piu' bassa e'la frequenza. Chiaramente con l'antenna filare che ho, che a 270 pf di capacita', a 10khz ci troviamo in serie alla res da 1000 ohm dell'ingresso, 60000 ohm, a 1000 hz 600 000, a 100 hz 6 000 000; pertanto l'utilita'di una adattatore attivo di impedenza, analogo ai vari che ho descritto su vari radio Kit come per es. le figg. 4 e 5 del n* 11/94. Il filtraggio sul circuito a Rf e'abbastanza blando e si puo' recuperare.

Il problema dell'ascolto di frequenze inferiori alla larghezza di banda e'semmai che,  le  frequenze  presenti nello spazio della larghezza di banda  si sentono tutte insieme ed insieme all'oscillatore locale ed ai 50 hz della rete. A casa mia il 50 Hz e'veramente una brutta bestia perche'  su un ingresso ad alta impedenza mi arriva a -30, ovvero come le pu'forti broadcasting delle onde corte. Indubbiamente e'indispensabile un buon notch. E dire che il mio sogno e di fare quelle che hanno fatto i giapponesi: dalla loro patria hanno sentito i 60 hz dell rete americana! Poi le frequenze piu' basse non appaiono come fischietti di frequenza data dalla differenza tra BFO e MF, ma sono fortemente modulate dalla bassa frequenza stessa. In ogno modo  a scopo di sorveglianza la cosa puo'andare perche'se un segnale arriva si sorprende. Altrimenti bisogna prendere quei gingillini appositi che ogni tanto vedo pubblicati, portarli lontano perche' il 50 hz non se li mangi, registrare, elaborarsi il nastro a casa ed il giorno dopo "vedere" il segnale. A questo punto meglio sentire un brutto segnale oggi che vederlo domani!.

Vorrei far presente che in mancanza della possibilita'di trasferire il ricevitore in localita'prive di rumori di rete,ascolto con uno probe elettrometro ad alte impedenza lungo 25 cm.; talvolta mi trovavo anche -20 sul 50 hz( 0,1 volt su 25 centimetri e -40( 10 mV.) - 50 (3 mV) sulle successive armoniche dispari. Sono riuscito a ridurre radicalmente il rumore staccando dalla rete tutte le apparecchiature, slvo quella utilizzata, e, sopratutto, collegando a terra anche l'antenna principale. Ho ridotto il 50 Hz al livello di - 60( 1 mV.) e le armoniche a - 80 ed ancor meno. Con questo alle frequenze sotto i 3000 Hz si sentono molti suono cacofonici, a frequenze inferiori alla larghezza di banda, ancor piu'. Ma si sentono anche ben netti i vari disturbi atmosferici. Peraltro faccio pochissimo ascolto e la probabilita'di sentire segnali intelligenti a quelle frequenze e'ben poco,sopratutto in ambiente urbano.

 L'uso di un antenna a telaio, che diminuisce la sua resa col diminuire della frequenza, se  non si usano tecnologie sofisticate da problemi di rumore termico alle bassissime frequenze, occorrendo quantita'di rame improponibili.

Carlo Bramanti agosto 2002