Jag tror han syftade på längden på antennerna på Grimeton.Ruben skrev:do telldanei skrev:2,2km
RF under vatten
Re: RF under vatten
Re: RF under vatten
Hur skickas video med vettig upplösning och uppdateringsfrekvens på VLF? (retorisk fråga).
Det behövs inget krångel med olika våglängder om nu IR skulle kunna övrbrygga avståndet. Givetvis används tidsmultiplex för att skilja på ner-/upplänk.
Annars finns det nog en väldigt bra anledning till att proffsutrustningar hänger i en kabel eller är autonoma...
Det behövs inget krångel med olika våglängder om nu IR skulle kunna övrbrygga avståndet. Givetvis används tidsmultiplex för att skilja på ner-/upplänk.
Annars finns det nog en väldigt bra anledning till att proffsutrustningar hänger i en kabel eller är autonoma...
Re: RF under vatten
Om ni syftar på IR som i infrarött ljus så kan jag nämna att dämpningen i vatten är mycket hög. Jag designar flygburna lasersystem som mäter ner i vattnet och då är det grönt ljus som duger. IR dämpas minst 100 ggr mer.
Re: RF under vatten
Det viktigaste är nog att ha antennen i vattnet och att antennen byggs/designas efter att den är placerad i ett dielktrium med ca 70 ggr högre värde än luft.
(vatten har ungefär 70 i dielektrisk konstant för RF-frekvenser och med 70^0.5 = 8.36 vilket innebär att våghastigheten är 1/8.36 av ljusets hastighet)
dvs ca 1/8-del i sprötlängd gentemot en luftantenn för samma frekvens - sedan är troligen impedansen helt annorlunda och förmodligen mycket lägre i den här miljön och man kommer att behöva impedanstransformera mellan antennens anslutning och tillhörande kabel (50 Ohm) om man skall få ut någon effekt och inte allt effekt går tillbaka till slutsteget eller inte ens lämnar slutsteget pga. mycket låg eller hög lastimpedans).
hur mycket som levereras över impedansövergången bestäms av:
Gamma = ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2)) för spänningsförhållande (ståendevågförhållande)
reflekterat effekt = ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2))^2
transmitterad effekt = 1 - ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2))^2 (det som går vidare efter övergången)
Z1 = impedans på ena sidan av övergången
Z2= impedans på andra sidan av övergången
(samma gäller för optik där Z är ersatt med 'n' för brytningsindex)
skall man ha maximal överföringsförmåga så måste impedanserna vara lika - vilket inte är samma sak som att man bränner av 50% av effekten i den sändande delen då impedanserna kan vara helt reaktiva vilket gäller tex. koaxialkabel med 50 Ohm karakärisk impedans där den reella delen är låg. även tranformatorer är att anses som reaktiva och det är därför man laborerar med impedanser så att den reella delen är så liten som möjligt när det gäller det gäller energiöverföring.
en dipolantenn är inget annat än en transformator mellan 50 Ohm i kabel mot 120*PI Ohm (377 Ohm) i luft med så låg reell förlust som möjligt.
Sedan är förmodligen 'alfan' - dämpningsgrad med sträcka mycket högre i vanligt än om antennen skulle vara insmält i klar glas/plast eller destillerat vatten pga. salter och annat som höjer konduktiviteten i vattnet.
Det finns program som NEC2 om man skall simulera antennstrukturer (dock ganska knöligt att sätta sig in och det bästa är att hitta redan modeller på tex dipol och sedan labba med att sätta luften till 8.63 i dielektrisk konstant och se var i frekvens den börja jobba ordentligt och med vilken matningsimpedans den kan tänkas ha i det läget)
---
som redan nämnt, enklast är att testa med kanske bara en trådstump och se hur långt det går - men skall man börja optimera för längre avstånd så blir det nog att titta på det här med antennstrukturer, simulera etc. för att göra så bra som det går med den ganska hopplösa transmissionsmediet som vatten med partiklar och salter ändå är...
(vatten har ungefär 70 i dielektrisk konstant för RF-frekvenser och med 70^0.5 = 8.36 vilket innebär att våghastigheten är 1/8.36 av ljusets hastighet)
dvs ca 1/8-del i sprötlängd gentemot en luftantenn för samma frekvens - sedan är troligen impedansen helt annorlunda och förmodligen mycket lägre i den här miljön och man kommer att behöva impedanstransformera mellan antennens anslutning och tillhörande kabel (50 Ohm) om man skall få ut någon effekt och inte allt effekt går tillbaka till slutsteget eller inte ens lämnar slutsteget pga. mycket låg eller hög lastimpedans).
hur mycket som levereras över impedansövergången bestäms av:
Gamma = ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2)) för spänningsförhållande (ståendevågförhållande)
reflekterat effekt = ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2))^2
transmitterad effekt = 1 - ((Z1-Z2)/(Z1 + Z2))^2 (det som går vidare efter övergången)
Z1 = impedans på ena sidan av övergången
Z2= impedans på andra sidan av övergången
(samma gäller för optik där Z är ersatt med 'n' för brytningsindex)
skall man ha maximal överföringsförmåga så måste impedanserna vara lika - vilket inte är samma sak som att man bränner av 50% av effekten i den sändande delen då impedanserna kan vara helt reaktiva vilket gäller tex. koaxialkabel med 50 Ohm karakärisk impedans där den reella delen är låg. även tranformatorer är att anses som reaktiva och det är därför man laborerar med impedanser så att den reella delen är så liten som möjligt när det gäller det gäller energiöverföring.
en dipolantenn är inget annat än en transformator mellan 50 Ohm i kabel mot 120*PI Ohm (377 Ohm) i luft med så låg reell förlust som möjligt.
Sedan är förmodligen 'alfan' - dämpningsgrad med sträcka mycket högre i vanligt än om antennen skulle vara insmält i klar glas/plast eller destillerat vatten pga. salter och annat som höjer konduktiviteten i vattnet.
Det finns program som NEC2 om man skall simulera antennstrukturer (dock ganska knöligt att sätta sig in och det bästa är att hitta redan modeller på tex dipol och sedan labba med att sätta luften till 8.63 i dielektrisk konstant och se var i frekvens den börja jobba ordentligt och med vilken matningsimpedans den kan tänkas ha i det läget)
---
som redan nämnt, enklast är att testa med kanske bara en trådstump och se hur långt det går - men skall man börja optimera för längre avstånd så blir det nog att titta på det här med antennstrukturer, simulera etc. för att göra så bra som det går med den ganska hopplösa transmissionsmediet som vatten med partiklar och salter ändå är...
Re: RF under vatten
De låga frekvenserna är väl på många sätt en nackdel, men en stor fördel är att även enklare mätinstrument för hobbybruk kan räcka till för att mäta på radiofrekvenserna. T.ex. klarar ju alla oscilloskop av att mäta på långvåg.
Re: RF under vatten
Finns det något dielektrikum som är likt vatten om man inte vill doppa antennen direkt i det blöta och ändå undvika impedansövergångar?
Re: RF under vatten
det är möjligen vissa keramiker som används som komponenter i just RF-filter etc. - men vatten är väldigt unik i det avseende med extremt hög dielektrisk konstant och konsten är att bygga en transformator (dvs antenn) som är anpassad för den driftsituationen - att det är extrem obalans mellan kapacitans och permabiliteten i vatten gör inte det hela lättare i antenndesignen och frågan är inte om en H-baserad antenn (...ferritstav, slinga etc.) är bättre än en E-baserad antenn (typ dipol, även om det finns en H-komponent på denna också) ...
Re: RF under vatten
En H-baserad antenn borde ha en viss naturlig gräns för hur högt i frekvens den kan gå?
Kan man förresten använda en Ethernet-transformator som ferritantenn? sådan kan ju gå till 100 MHz utan större problem.
Kan man förresten använda en Ethernet-transformator som ferritantenn? sådan kan ju gå till 100 MHz utan större problem.
Re: RF under vatten
RF baserad undervattenskommunikation är relativt väl studerat.
Det är flera faktorer som gör att räckvidden av EM-vågor är sämre än i t.ex. luft.
Vattnen i form av rent H2O har inte så fruktanvärt hög dämpning upp till 100 MHz och de frekvensberoende egenskaperna är i stort linjärt föränderliga ner till DC. För högre frekvenser än 100 MHz tillkommer andra problem.
Problemet är större med lösa salt och vatten-joner som ger konduktivitet.
Därför ger stilla och rent sötvatten längre radio-räckvidd än stormigt salt-vattten.
För bästa effektivitet ska antennen anpassas efter omgivningens dielektricitetskonstant.
För RF och vattentemperatur 20 grader för rent vatten brukar antas en dielektrisk konstant på 80, men vid 1 MHz sjunker den till ca 8 samtidigt som temperaturberoendet minskar. Detta har betydelse för hur antennen ska utformas.
För bästa räckvidd ska antennen vara effektiv och minsta möjliga antennen där man fortfarande kan få hög effektivitet är en halvågs dipol. Längden på dipolen beror på dielektrisitetskonstanten på det omgivande mediet, dvs i detta fallet vatten där vattnets renhet och salthalt kan ha stor betydelse.
Ubåtskommunikation utan yt-antenn sker ofta kring 50-100 kHz för bästa praktiska räckvidd i kombination med bandbredd. Antennen är ofta en släp-kabel och den bör vid 100 kHz vara ca 150 till 300 meter lång beroende på vattenomständigheter.
Användbar bandbredd pga av dåkliga system-effektivitet är ofta under 1% så det finns inte möjlighet till röst-bandbredd och vid 100kHz kan man inte modulera in en videsignal som kanske behöver 5 MHz bandbredd.
Det är telegrafi som gäller. Fördelen är att om signalen räcker till för att detekteras av landstationen, så räcker den nästan varifrån som helst på jorden.
Flera hundra meter kabel är lite väl lång antenn att släpa efter en mini-ubåt men det kan finnas mer praktiska alternativ.
27 MHz har redan nämnts och jag har testat i typisk svenk insjö. Anpassade men kortade dipolantenner i form av koaxialkabel, ca 1 meter lång, tätad med krympslang då antenna helst skulle vara lite flexibel men ändå enkel att vattentäta. Ingen optimal antenn utan var mer att det var lagom kompromiss.
10 meters vatten-djup var fullt dugligt för röstkommunikation med 1W vanlig kom-radio men sträckförlusten mättes inte så vet inte hur stora marginaler som fanns. Kommunikationen var lodrät med horisontella antenner. Bägge antennerna var placerade under vattnet då 27MHz innehåller mycket skräp ovan luft som annars total-fördärvar räckvidden.
Annat sätt att öka räckvidd är att öka sändareffekt men antar att en mini-Ubåt inte kan släpa omkring på allt för stora och strömslukande sändare. Däremot kan väl intrimmasd, lågbrusig radio betyda en hel del jämfört med de allra billigaste kom-radiona på den praktiska räckvidden. Ovan luft där man-made noise är högt betyder högt egenbrus mindre då det bruset ändå är lägre än allmänna störnivån på frekvensbandet.
Det är fullt möjligt att förbättra räckvidden med t.ex. riktantenn men nyttan är inte så stor vid 10 meters avstånd, trots vatten, då 27 MHz/10 meter är närfält.
Enkelt sätt att öka räckvidd är att reducera onödig bandbredd. Typiskt väljs tvåvägs-kommunikation med asymetrisk i bandbredd, en smal kanal för styrkommandon och en bredare retur-kanal för att klara video-bandbredd.
Närfält leder in på ett annat möjligt spår då man i närfält kan kommunicera mha induktiv koppling (magnetfält). Det används t.ex. för passiv RFID för vilken det finns färdiga radio-moduler. Eftersom det är främst magnetfältet som är intressant så används med fördel avstämda spolar. Ju större diameter och och fler varv på spolen, ju större effektivitet, ända tills man slår i taket pga självresonans eller egentligen lite tidigare då man annars inte kan få till ett bra Q-värde.
Nackdelen är att det är svårt att få till bandbredd för typ video och duglig räckvidd avtar snabbare med avståndet jämfört med plan EM-våg.
För RFID är sändareffekten låg för den passiva delen, vilket begänsar räckvidden, men för ubåts-bruk är det inget som hindrar att man ökar på sänareffekten då det finns strömförsörjning i bägge ändar.
Om vattnet är någorlunda klart kan man få rätt långa kommunikationsavstånd mha av ljus. Ljuset måste fortfarande moduleras på något sätt men tillgången på bandbredd är god så videolänkar bör inte vara något problem.
För ögat klart vatten dämpar ändå en del men det finns ett fönster vid ca 410nm som ger särskilt låg dämpning.
Lämpligaste våglängds-fönstret när vattnet är mindre klart kan däremot vara annorlunda och vara beroende på vad som gör vattnet oklart. Lera eller alger har säkert olika spektra. Grönt har nämnts tidigare och det är nog inte en slump att även sjö-växter är gröna eller blå/gröna för att bäst ta tillvara på ljuset som når ner under vatten. En nackdel med ljus som kommunikatioslänk är att det sprider sej dåligt bakom fasta hinder.
En fördel är att det blir enkla sändare, man kan mycket väl köpa standard högeffekt nära UV-lysdioder på 5-10 Watt och modulera dessa om mani inte har extrema behov av bandbredd. Kostar några dollar på Ebay.
Även riktantenner blir lite mer praktiska jämfört med RF då det är optiska linser eller speglar som inte behöver bli så stora.
För bästa signal/brus bör både mottagande och sändande diod vara under vattnet och om möjligt våglängd-filtrerad mottagare för att störas mindre av solljus. Våglängdsfiltreringen motsvara bandbredden på en vanlig radio, så ju smalare filter, ju längre möjligt kommunikationsavstånd. Används genomskinlig plast för fuktskydd, kolla om den släpper igenom tänkt frekvensområde. Även till synes transparent plast kan blocka UV-ljus.
Stora oljeriggar har kommunikation med borrkronan som kan finnas hundratals meter under havsbottnen och där används akustisk signalering. Vet inte närmare något om tekniken eller om det kräver typ foder-rör. Bandbredd är begränsad men även med begränsad bandbredd så går det ju föra över video, sk. slow-scan, men man får inte ha så bråttom eller nöja sej med minimal upplösning.
Med tanke på de avstånd som kan bli aktuella för minubåt, om jag skulle bygga kommunikationsanläggning, så hade det blivit två helt separata system. Smalbandigt och lågfrekvent till ubåten och något annat mer högfrekvent som returkanal.
Tänkbart så hade jag nog börjat med att utvärdera bärvågsfrekvens typ 1 MHz. En batterdriven oscillator och en så stor tunad spole som är praktiskt tänkbar och som man kan avstämma på plats i djupet för bästa räckvidd.
Skulle man var nöjd är det enkel frekvens att bygga smalbandiga radioapparater. Videokanal vet jag inte hur man kan lösa men den bör komprimeras för att spara bandbredd. Kanske hade jag förökt något typ 27MHz. Är man lat kan man testa TV-modulator som kan gå ner till kanal 2, men man kan nog inte vänta sej allt för lång räckvidd.
Det är flera faktorer som gör att räckvidden av EM-vågor är sämre än i t.ex. luft.
Vattnen i form av rent H2O har inte så fruktanvärt hög dämpning upp till 100 MHz och de frekvensberoende egenskaperna är i stort linjärt föränderliga ner till DC. För högre frekvenser än 100 MHz tillkommer andra problem.
Problemet är större med lösa salt och vatten-joner som ger konduktivitet.
Därför ger stilla och rent sötvatten längre radio-räckvidd än stormigt salt-vattten.
För bästa effektivitet ska antennen anpassas efter omgivningens dielektricitetskonstant.
För RF och vattentemperatur 20 grader för rent vatten brukar antas en dielektrisk konstant på 80, men vid 1 MHz sjunker den till ca 8 samtidigt som temperaturberoendet minskar. Detta har betydelse för hur antennen ska utformas.
För bästa räckvidd ska antennen vara effektiv och minsta möjliga antennen där man fortfarande kan få hög effektivitet är en halvågs dipol. Längden på dipolen beror på dielektrisitetskonstanten på det omgivande mediet, dvs i detta fallet vatten där vattnets renhet och salthalt kan ha stor betydelse.
Ubåtskommunikation utan yt-antenn sker ofta kring 50-100 kHz för bästa praktiska räckvidd i kombination med bandbredd. Antennen är ofta en släp-kabel och den bör vid 100 kHz vara ca 150 till 300 meter lång beroende på vattenomständigheter.
Användbar bandbredd pga av dåkliga system-effektivitet är ofta under 1% så det finns inte möjlighet till röst-bandbredd och vid 100kHz kan man inte modulera in en videsignal som kanske behöver 5 MHz bandbredd.
Det är telegrafi som gäller. Fördelen är att om signalen räcker till för att detekteras av landstationen, så räcker den nästan varifrån som helst på jorden.
Flera hundra meter kabel är lite väl lång antenn att släpa efter en mini-ubåt men det kan finnas mer praktiska alternativ.
27 MHz har redan nämnts och jag har testat i typisk svenk insjö. Anpassade men kortade dipolantenner i form av koaxialkabel, ca 1 meter lång, tätad med krympslang då antenna helst skulle vara lite flexibel men ändå enkel att vattentäta. Ingen optimal antenn utan var mer att det var lagom kompromiss.
10 meters vatten-djup var fullt dugligt för röstkommunikation med 1W vanlig kom-radio men sträckförlusten mättes inte så vet inte hur stora marginaler som fanns. Kommunikationen var lodrät med horisontella antenner. Bägge antennerna var placerade under vattnet då 27MHz innehåller mycket skräp ovan luft som annars total-fördärvar räckvidden.
Annat sätt att öka räckvidd är att öka sändareffekt men antar att en mini-Ubåt inte kan släpa omkring på allt för stora och strömslukande sändare. Däremot kan väl intrimmasd, lågbrusig radio betyda en hel del jämfört med de allra billigaste kom-radiona på den praktiska räckvidden. Ovan luft där man-made noise är högt betyder högt egenbrus mindre då det bruset ändå är lägre än allmänna störnivån på frekvensbandet.
Det är fullt möjligt att förbättra räckvidden med t.ex. riktantenn men nyttan är inte så stor vid 10 meters avstånd, trots vatten, då 27 MHz/10 meter är närfält.
Enkelt sätt att öka räckvidd är att reducera onödig bandbredd. Typiskt väljs tvåvägs-kommunikation med asymetrisk i bandbredd, en smal kanal för styrkommandon och en bredare retur-kanal för att klara video-bandbredd.
Närfält leder in på ett annat möjligt spår då man i närfält kan kommunicera mha induktiv koppling (magnetfält). Det används t.ex. för passiv RFID för vilken det finns färdiga radio-moduler. Eftersom det är främst magnetfältet som är intressant så används med fördel avstämda spolar. Ju större diameter och och fler varv på spolen, ju större effektivitet, ända tills man slår i taket pga självresonans eller egentligen lite tidigare då man annars inte kan få till ett bra Q-värde.
Nackdelen är att det är svårt att få till bandbredd för typ video och duglig räckvidd avtar snabbare med avståndet jämfört med plan EM-våg.
För RFID är sändareffekten låg för den passiva delen, vilket begänsar räckvidden, men för ubåts-bruk är det inget som hindrar att man ökar på sänareffekten då det finns strömförsörjning i bägge ändar.
Om vattnet är någorlunda klart kan man få rätt långa kommunikationsavstånd mha av ljus. Ljuset måste fortfarande moduleras på något sätt men tillgången på bandbredd är god så videolänkar bör inte vara något problem.
För ögat klart vatten dämpar ändå en del men det finns ett fönster vid ca 410nm som ger särskilt låg dämpning.
Lämpligaste våglängds-fönstret när vattnet är mindre klart kan däremot vara annorlunda och vara beroende på vad som gör vattnet oklart. Lera eller alger har säkert olika spektra. Grönt har nämnts tidigare och det är nog inte en slump att även sjö-växter är gröna eller blå/gröna för att bäst ta tillvara på ljuset som når ner under vatten. En nackdel med ljus som kommunikatioslänk är att det sprider sej dåligt bakom fasta hinder.
En fördel är att det blir enkla sändare, man kan mycket väl köpa standard högeffekt nära UV-lysdioder på 5-10 Watt och modulera dessa om mani inte har extrema behov av bandbredd. Kostar några dollar på Ebay.
Även riktantenner blir lite mer praktiska jämfört med RF då det är optiska linser eller speglar som inte behöver bli så stora.
För bästa signal/brus bör både mottagande och sändande diod vara under vattnet och om möjligt våglängd-filtrerad mottagare för att störas mindre av solljus. Våglängdsfiltreringen motsvara bandbredden på en vanlig radio, så ju smalare filter, ju längre möjligt kommunikationsavstånd. Används genomskinlig plast för fuktskydd, kolla om den släpper igenom tänkt frekvensområde. Även till synes transparent plast kan blocka UV-ljus.
Stora oljeriggar har kommunikation med borrkronan som kan finnas hundratals meter under havsbottnen och där används akustisk signalering. Vet inte närmare något om tekniken eller om det kräver typ foder-rör. Bandbredd är begränsad men även med begränsad bandbredd så går det ju föra över video, sk. slow-scan, men man får inte ha så bråttom eller nöja sej med minimal upplösning.
Med tanke på de avstånd som kan bli aktuella för minubåt, om jag skulle bygga kommunikationsanläggning, så hade det blivit två helt separata system. Smalbandigt och lågfrekvent till ubåten och något annat mer högfrekvent som returkanal.
Tänkbart så hade jag nog börjat med att utvärdera bärvågsfrekvens typ 1 MHz. En batterdriven oscillator och en så stor tunad spole som är praktiskt tänkbar och som man kan avstämma på plats i djupet för bästa räckvidd.
Skulle man var nöjd är det enkel frekvens att bygga smalbandiga radioapparater. Videokanal vet jag inte hur man kan lösa men den bör komprimeras för att spara bandbredd. Kanske hade jag förökt något typ 27MHz. Är man lat kan man testa TV-modulator som kan gå ner till kanal 2, men man kan nog inte vänta sej allt för lång räckvidd.
