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TECHNIK EMPFÄNGER
Bild 2.
Der Empfänger passt
zusammen mit dem
Netzteil in ein kleines
Kunststoffgehäuse.
Am Eingang wird die
Spulenantenne (im
schwarzen Kasten)
und am Ausgang die
Soundkarte eines Laptops
angeschlossen, auf dem
hier das Analyseprogramm
Cool Edit läuft.
Bild 3.
Das Bild zeigt eines von
über 20 Signalen, die im
Laufe der letzten Jahre
am früheren Wohnort des
Autors empfangen wurden.
Hier das Spektrum des
„Kuh“-Signals.
Auch wenn das Filter noch so steil ist, wird ein Teil der
empfangenen 50-Hz-Wechselspannung immer noch
durchgelassen. Bei der geforderten, hohen Verstärkung
von mindestens 100.000 kann dieser Teil auch hier zur
Übersteuerung führen, wenn man das Filter nicht an die
richtige Stelle platziert. Grundsätzlich sollten die von der
Spule empfangenen Wechselspannungen erst einmal mit
einem Verstärker, der einen niederohmigen Eingang besitzt,
verstärkt werden. Und zwar so weit, bis die empfangenen
50 Hz aus den benachbarten Stromleitungen einen
Wert von einigen Volt aufweisen und sich die Amplitudenspitzen
dennoch weit genug von der Clippgrenze entfernt
befi nden. Nach anschließender Filterung ist das 50-Hz-
Signal auf einem Oszilloskop kaum noch zu erkennen.
Die erwünschten Signale sind jedoch, wenn auch sehr
schwach, immer noch unverändert vorhanden. Sie lassen
sich nun problemlos erneut verstärken.
Die Schaltung
Die in Bild 1 gezeigte Schaltung geht noch etwas weiter
und ist in ihrer Funktionsweise für jeden erfahrenen
Leser leicht zu durchschauen. Jeder einzelnen, von einem
OpAmp gebildeten Verstärkerstufe folgt ein entkoppeltes
Hoch- und Tiefpassfi lter. Nach jeder dieser Stufen wird
der Netzbrumm etwas schwächer. Der Pegel der zu empfangenden
ELF-Signale nimmt dagegen zu - eine Art „Anreicherungsprozess“,
der bewirkt, dass der Netzbrumm
niemals zur Übersteuerung einer Stufe führen kann. Die
Hochpässe dienen zur Eliminierung der Offset-Spannungen
der einzelnen OpAmps, die bei solch hohen Verstärkungen
leicht zum Clippen der Schaltung führen können.
Bei Verwendung teurer, offsetfreier OpAmps können
sie entfallen. Eine alternative Möglichkeit besteht in der
Offsetkompensation mittels (Spindel-)Trimmpoti. Die Kompensationsspannung
könnte den Verstärkern zum Beispiel
über einen Addierer zugeführt werden. Manche OpAmps
sind auch mit einer Offsetkompensation ausgestattet.
Bei einer geschickter Dimensionierung ist der Empfänger
so empfi ndlich, dass er einen in 5 m Entfernung von der
Spule per Hand hin und her bewegten Magneten (aus
einem altem Kleinlautsprecher) als deutliche Sinuskurve
von einigen Hertz und einigen Volt auf dem Oszilloskop
quittiert. Die 50-Hz-Wechselspannung ist dabei nur noch
bei genauem Hinsehen auf dem Schirm zu erkennen.
Die von der Schaltung empfangenen Signale sind so niederfrequent,
dass man sie nicht mehr hören kann. Das reine
Betrachten des Empfänger-Ausgangssignals auf einem
Oszilloskop macht nicht viel Sinn. Denn aus dem Zeitsignal,
das ein Gemisch unterschiedlichster Frequenzen
darstellt, ist nicht ersichtlich, ob ein interessantes Signal
empfangen wird.
Aus diesem Grunde kommt man an einem Software-Rekorder,
einem Software-Spektrum-Analyzer und einer Langzeit-Aufnahme
von mindestens 15 Minuten nicht vorbei.
Zum Messequipment gehören daher ein Laptop und eine
Software wie etwa Cool Edit (siehe Bild 2).
Doch auch jetzt sind noch nicht alle Probleme gelöst. Die
Frequenzskalen gängiger Software-Spektrumanalyzer sind
so beschaffen, dass der interessierende ELF-Bereich nur
extrem schmal und unübersichtlich am unteren Rand abgebildet
wird.
Um die Skala ganz zu nutzen, muss man dem Spektrum-
Analyzer vorgaukeln, dass es sich bei den empfangenen
Signalen um Frequenzen im Audiobereich handelt (also
zwischen etwa 50 Hz und 20 kHz). Dazu gibt es mehrere
Methoden. Grundsätzlich geht man dabei wie folgt vor:
1. Zuerst nimmt man die vom Empfänger gelieferten Signale
mittels eines PC-Rekorderprogramms auf. Man muss
jedoch daran denken, dass Standard-PC-Soundkarten Frequenzen
unter 16 Hz stark dämpfen.
2. Die Abtastrate darf nicht höher als 200 Hz sein.
Falls dies beim verwendeten Rekorder nicht realisierbar
ist, können die Daten mit einer selbst gestrickten Software
nachträglich reduziert werden - indem man zum
Beispiel nur jedes hundertste Sample aus der Originaldatei
berücksichtigt. Die scheinbare Samplefrequenz
beträgt dann nur noch ein Hundertstel der tatsächlichen
Abtastfrequenz.
3. Die Sound-Datei wird ins Analyseprogramm geladen,
wobei zuvor eine Sample-Frequenz von etwa 32 kHz
(ausprobieren) zu Grunde gelegt werden muss. Das Analyseprogramm
„glaubt“ nun fälschlicherweise, dass die
empfangenen Signale eine um den Faktor 160 höhere
Frequenz (bei 200 Hz Original- bzw. Schein-Sampling)
besitzen und bildet das Spektrum im Ganzen zur Ver-
30 elektor - 5/2007