ULTRAÄÄNET - OH2KTB

40KHz:n CW-lähetin ja vastaanottokonvertteri

Siinä vaiheessa kun laserilla on tullut kokeiltua kaikkea mahdollista ja intoa vielä riittää voikin siirtyä kokeilemaan äänenpaineella kusoilua. Idea sain joltain jo unohtuneelta jenkkihamilta, joka tohkeissaan selvitti ensimmäistä ultraäänikusoaan. Hyvin oli kuulemma homma toiminut, sekä ilmassa että meressä. Pari vuotta kului asiaa sulatellessa, kunnes eräänä päivänä havahduin ja aloin miettiä miten tälle bandille voisi rigit rakentaa ja millaista yhteyden pitäminen olisi. Ultraäänilaitteet voivat olla hyvinkin yksinkertaisia tekniikaltaan. Kyseessähän on piezo, joka huutaa 40KHz:n taajuudella ja vastaanottimena eräänlainen mikrofoni, joka myöskin toimii siellä 40KHz:n taajuudella. Ihmisen kuuloalue loppuu noin 20KHz:n paikkeille, joten korvin ei näitä signaaleja kuule vaikka ne ovatkin ”ääntä”. Koirat ja varsinkin lepakot kyllä kuulevat ja voivat seota päästään jä käydä päälle pahimmassa tapauksessa. Kokemusta on varsinkin lepakoista! On ihan hyvä että ihminen ei kuule näitä signaaleja; ensinnäkin yhteyden pidossa ei pysty huijaamaan kuuntelemalla korvin vasta-asemaa ja toisekseen ohikulkijat eivät häiriinny mistään korvinkuultavasta vinkunasta.

Ultraäänellä yhteyksien pitäminen poikkeaa huomattavasti tavallisesta radioaalloilla tapahtuvasta liikennöinistä. Huomattavin ero on siinä millä nopeudella kuso saadaan läpi. Radioaallot liikkuvat 300 000km/h, kun taas ääniaallot ilmassa n. 340m/s. Eli mitä pidemmälle vasta-asema on sitä kauemmin signaalin siirtyminen kestää. Jos välimatkaa on 3km, voi omaan kysymykseen odottaa vastausta aikaisintaan 18 sekunnin kuluttua! Tästä äänen nopeudesta johtuen myös aallon pituudet eivät ole sitä mitä ne olisivat radioaalloilla, eli 40KHz ei olekaan nyt 7,5km, vaan n. 8,5mm siis periaatteessa millimetriaalto.Tämän kyllä huomaa hyvin nopeasti, sillä jos asemat liikkuvat vähääkään toisiinsa nähden, syntyy selvästi havaittava doppler-ilmiö. Samaten jos kättä heiluttaa lähettimen ja vastaanottimen välissä saadaan taajuus siirtymään. Pienestä aallonpituudesta on myös se etu, että hyvinkin pienet paraboloidit toimivat hyvin antenneina. Itse olen käyttänyt n. 20cm halkaisijaltaan olevia peilejä. Nämä peilit eivät juuri toimisi normaalin puheen taajuuksilla, eli esimerkiksi kaukokuuntelulaitteessa. Toinen hyvin merkittävä asia on tuuli. Tunnetusti ääni kulkee tuulen mukana, esim. vastarannalla olevan mökin pihakeinusta kuuluu jutut selvästi jos tuuli käy oikeasta suunnasta ts. vastarannan mökiltä kuuntelijaan päin. Tuulenpuuskat voivat aiheuttaa erikoisia lisäilmiöitä yhteyskokeilussa ja signaali saattaa kuulua siis aivan jostain muualta päin kuin missä vasta-asema luuraa. Myös kalliojyrkänteillä voi kokeilla lapsuudesta tuttua kaikuilmiötä ja kuvitella kuuntelevansa omia kaikuja vaikkapa kuusta (varsinainen EME-simulaattori… ;-). Yhteyskokeilut vedessä ovatkin sitten ihan oma lukunsa, jota en ole vielä ehtinyt juurikaan kokeilla. Vedessä ääni etenee noin 1440m/s, lämpötilan mukaan vaihdellen. Aallonpituus on tällöin n. 36cm, josta seuraa se että 20cm paraboidista saatava hyöty putoaa rankasti. Toisaalta ääni etenee vedessä huomattavasti paremmin kuin ilmassa ja on todennäköistä saada vettä pitkin pidettyä paljon pidempiä yhteyksiä kuin ilmaa pitkin. Tämä on vielä amatööreille aika uusi aihe, joten nyt on mahdollisuus tuntea sitä nykyään niin harvinaista pioneerihenkeä tekemällä yhteyskokeiluja ja havainnoimalla signaalin etenemiseen liittyviä asioita.

40KHz:n ultraäänilähetin

Kuten sanottu, lähetin perustuu 40Khz:n piezoon. Näitä piezoja on saatavana kompenenttiliikkeistä, jos ei hyllystä niin ainakin tilaamalla. Hintaa kertyy alle viisikymppiä. Homma toimii siten, että piezolle viedään 40KHz:n kanttiaaltoa, jolloin piezo alkaa värähdellä ja kehittämään ultraääntä. Kun tätä oskillaattoria katkotaan pois ja päällä, saadaan aikaan sähkötystä. Lähetyksen tehon ratkaisee se, miten suurta jännitettä piezo saa, yleensä ne toimivat vielä 24V jänniteellä. Tärkeää on että oskillaattorin aaltomuoto on tosiaan kanttiaalto, eikä mikään siniaalto tai muu vastaava viritys, koska silloin piezo ei toimi. Kantikkaan aaltomuodon saa kuitenkin aikaan laser-laitteista tutulla 555-kytkennällä, joka on viritetty 40KHz:n taajuudelle valitsemalla vastus ja kondensaattori sopivan suuruisiksi. 555-lutikan käyttöjännite on syytä reguloida, koska hyytyvä akku aiheuttaa muuten taajuuden putoamista, jolloin ultraäänilähetin ei enää ääntele. Oskillaattori huutaa koko ajan ja sen ulostuloa katkotaan transistorilla. Näin menettelemällä vältytään oskillaattorin uikkaamiselta. Laite on syytä koteloida metallikoteloon, josta tulee sopivasti niin pieni että sen voi ripustaa suoraan paraboloidin syöttöpisteeseen.

Vastaanotinkonvertteri

Vastaanottimeksi tarvitaan ultraäänivastaanotin-nappi, joka on ulkoa päin aivan samanlainen kuin ultraäänipiezo. Vastaanotinnapista saadaan siis 40KHz:n signaalia ulos. Onnellisia ovat ne joilla on 40KHz:n asti virittyvä radiovastaanotin joka toimii CW-modella. Tällöin tarvitaan väliin vain vahvistin, jonka voi tehdä lähes mistä tahansa operaatiovahvistimesta tai transistorista. Vahvistusta on sitten riittävästi kun S-mittari pomppii ykkösen tietämillä silloin kun signaalia ei ole. Silloin kun signaali on kuultavissa ei se eroa mitenkään tavallisesta CW-signaalista ja kaikki mahdolliset radion suodattimet ovat hyödynnettävissä. Jos ei omista tällaista liikennevastaanotinta, joutuu rakentamaan konvertterin, jolla 40KHz:n signaali muutetaan sopivaksi taajuudeksi. Itse olen tottunut käyttämään tällaisissa tapauksissa 144MHz: multimoderadiota, se kun on niin pieni ja kohtuullisen maastokelpoinenkin. Konvertteri on LF- ja laserkokeiluista tuttu malli ja olen toistaiseksi tyytynyt siihen, enkä ole lähtenyt sitä parantelemaan. Paikallisoskillaattorin muodostaa 48MHz:n kellotaajuusoskillaattori, jolla on hyvin voimakkaita harmonisia signaaleja ja joista toinen harmooninen osuu juurikin 144MHz:n kohdalle. Tämä oskillaatorin ulostulo viedään sopivasti vaimennettuna SBL-1 mikserille. mikserin ulostulo kytkentään suoraan radioon ja mikserin sisäänmenoon tuodaan ultraäänisignaali vahvistimen kautta. Vahvistimen jälkeen on n. 1MHz:n alipäästösuodin. Vahvistimena olen käyttänyt TL071-operaatiovahvistinta, tosin lähes mikä tahansa vahvistin käy koska taajuus on näinkin matala. Myös monoliittinen vahvistin voisi olla passeli, jos vaan saa sovitettua sen sisäänmenoon ultraäänivastaanottimen. Lähtöpuolihan näissä monoliiteissa on 50ohm, joten se on helppo kytkeä suoraan mikserin rf-porttiin. Vahvistus on hyvä olla säädettevissä, jotta kohinataso ei nouse radiovastaanottimessa liian korkeaksi, tai ettei kova signaali käräytä mikseridiodeja.. Tämä konvertteri pitää rakentaa metallikoteloon ja sähkön sisäänmenoihin on tarpeen laittaa läpivientikonkat tai muut riittävät suotomenetelmät, muuten alkaa kuulua mitä ihmeellisimpiä radiosignaaleja ja sekoitustuloksia. Parasta myös käyttää lähettimellä ja vastaanottimelle omia akkuja, jotta signaali ei siirry sähköjohtoja pitkin suoraan lähettimestä vastaanottimeen. Eräs tärkeä asia on, että mikäli radiona käytetään lähetinvastaanotinta, niin tangenttia ei sitten mennä painamaan, muuten mikseri on entinen samantien. Ja eikun tinaamaan ja opiskelemaan alaa.

24.8.2000

ULTRAÄÄNISIVULLE
PÄÄSIVULLE