Projekt:UndergroundULF

UndergroundULF Status: beta
Beschreibung	Kommunikation im Erdreich
Ansprechpartner	Hendi

Übersicht

Ausgehend von Ausgebuddeltes CIA-Dokument, welches Versuche zur Untergrundkommunikation beschreibt wollte ich mal ausprobieren, ob ich auch Nachrichten in den Boden senden und anderswo wieder herausholen kann. Genauer gesagt möchte ich ein Wechselspannungssignal durch zwei in den Boden gesteckte Elektroden einspeisen (TX1 und TX2) und an zwei anderen Elektroden, die außerhalb der Verbindungslinie der zwei Sendeelektroden liegen, wieder zurückerhalten (RX1 udn RX2). Dazu braucht man einen Sender und einen Empfänger. Mit dem Frequenznutzungsplan kollidiert man auch nicht: Unterhalb ca. 8 kHz ist dort nichts reguliert.

Ansprechpartner

Hendrik

RADIO NERDHÜTTE

Im Rahmen von Nerds in der Hütte sollten wir mal wieder VLF-Aussendungen machen.

Gerätebeschreibung

Sender V1 (ab 13.6.18)

Den Funktionsgenerator von Robert, der als Signalquelle diente, versuchte ich mit meinem Stelltrenntrafo an die Elektroden anzupassen. Der Stelltrenntrafo wurde auf der Sekundärseite gespeist. Etwaige Prozentangaben bei der Einstellung sind mit Vorsicht zu genießen, da bei bestimmungsgemäßem Betrieb die Leerlaufspannuung bei 100% höher ist als die Eingangsspannung, evtl. ist er "überwickelt". Mit zwei Multimetern messe ich den Strom der in den Zuleitungen zu den Elektroden fließt und die Spannung zwischen den beiden Zuleitungen.

Sender V2 (15.06.2018)

Gleiches Prinzip wie V1, allerdings wurde der Stelltrenntrafo (der für 50 Hz gedacht ist und primärseitig noch einen NTC in Serie hat) ersetzt durch einen Fernleitungsübertrager aus der analogen Telefontechnik, der für 300-3400 Hz ausgelegt ist. primärseitig auf a und b kommen die Elektrodenkabel, sekundärseitig zwischen a und m speist wieder der FunGen ein.

Empfänger V1 (ab 13.6.18)

Empfänger V1 besteht aus einem Ackerschnacker 54. Als Erdelektroden kommen Küchenmesser bzw. Zeltheringe zum Einsatz. Das Gerät enthält keinen Verstärker, die Hörkapsel muss direkt getrieben werden. Es gibt keine Unterdrückung der 50 Hz-Störungen.

Empfänger V2 (15.06.2018)

Elektrodenkabel an Primärseite a+b eines 2. FLÜ, Sekundärseite a+b an LINE IN meines PC. Spektrogramm des empfangenen Gemisch mit Wolfgangs genialem Spectrum Lab.

FLÜ

Bei den Fernleitungsübertragern handelt es sich um Sedlbauer NFLÜ 321 1:1. Diese dienten früher mal zum Anschluß von Fernleitungen an Vermittlungsstellen und enthalten praktischerweise schon Maßnahmen gegen Überspannung.

Versuche

Versuch 13.6.2018, TX V1+RX V1

Die Elektroden befanden sich in einer Reihe, in der Abfolge RX1-RX2-TX1-TX2, ungefähr von West nach Ost. Die RX-Elektroden waren ca. 0,5 m auseinander, die TX_Elektroden ca. 3m, zwischen den Paaren waren ca. 4m Abstand.

Zunächst wurden die Empfangselektroden gesteckt und angeschlossen, und ab diesem Moment waren die 50 Hz Störungen wahrnehmbar. Ausgehend von dem CIA-Report ging ich davon aus das 3 kHz eine gute Frequenz sei, aber etwas tiefer - bei 800 Hz - war es subjektiv besser zu hören. Das Nutzsignal kam beim FF54 laut und deutlich an. Anschließend ging es daran den Trennstelltrafo, den ich von der Sekundärseite speiste, auf eine Einstellung zu bringen bei der das Signal am lautesten ist. Bei einer Einstellung von 0% war quasi nix zu hören, bei 100% war es auch wieder leiser, das scheinbare Maximum stellte sich so bei einer Einstellung von 40, 50% ein. Mit den verwendeten Messern, den Sender einseitig stattdessen am Garagentorrahmen angeklemmt, hatte ich eine Spannung von ca. 7,7V an der "Antenne" und einen Strom von 6,15 mA der in den Boden floss.

Versuch 15.6.2018, TX V2+RX V2

Die Elektroden RX1 und RX2 sind entlang einer ungefähr West-Ost-Linie in ca. 12 m Abstand voneinander plaziert. Die westliche Elektrode war wieder ein eingebundenes fixes Bauteil, das Hoftor. In etwa dieser Konfiguration will ich hier die "Basisstation" betreiben. Rund 8m südlich des Mittelpunkts der Verbindungslinie zwischen RX1 und RX2 steckte TX1, 2m östlich davon TX2. Die Sendeelektroden waren absichtlich ungünstig nah beieinander eingesteckt. Dennoch war schon bei ca. 0.5V "Speisespannung" im Spektrogramm in der QRSS3-Voreinstellung die leicht variierende Spektrallinie zu sehen, zunächst bei ca. 2122 Hz, dann nach verstellen des FG bei 2042 Hz. Die grünen Pfeile markieren das empfangene Signal.

Ich denke es wird Zeit entweder einen Sender oder einen Empfänger tragbar aufzubauen und den Garten zu verlassen :)

Versuch 23.06.2018, TX V3 (V3x)+RX V2 =

Fichtenfieldday 2018!

Endlich unter normalen Menschen habe ich dann endlich nicht mehr nur alleine geerdfunkt, sondern DL5DOC kam mit ins Boot, nachdem er schon im Vorfeld meinen Post im Finger-Forum sah. Am Abend vor der Abfahrt habe ich einen neuen Sender TX V3 angefertigt, der vor Ort nochmal gepimpt wurde.

Sendeantenne

Dieses Mal kamen ganz normale, ca. 15 cm lange Zeltheringe zum Einsatz, einer direkt beim Signalgenerator, einer mit 160 m Kabel angebunden im benachbarten Wald.

Sender V3

Sender V3 erfüllte die Anforderung der Tragbarkeit: Bleigelakku, Stepdownregler-Modul auf 4.5V, MP3-Player und Übertrager. Der MP3-Player spielte extrem langsame Morsetelegraphie mit einer Punktdauer von 30s ab, gemorst wurde der Buchstabe "F". Am Ausgang des Übertragers wurde mit angeschlossener Erdelektrode eine Spannung von ca. 7V erreicht.

Vor Ort wurde noch Svens 12V-Verstärker dazwischengefrickelt, der die Elektrodenspannung auf 10V erhöhte.

Empfänger V2

Der tragbare RX V3 bestand aus Svens Thinkpad, einer USB-Soundkarte, Übertrager, ca. 10 m Kabel und 2 Zeltheringen.

Empfangsversuche

Vorab getestet wurde die Funktion auf dem Eventgelände, bei der "Fichtenfieldday"-Markierung. Dabei tickte laut und deutlich der benachbarte Weidezaun dazwischen. Im Spektrogramm kann man die Folge Fs gut als Liniendarstellung sehen in der Bildmitte sehen, oberhalb und unterhalb sind Störungen die mit der Netzfrequenz gekoppelt sind.

Danach machten wir uns auf den Weg und steckten die Empfangselektroden ein erstes Mal parallel zur Straße, im Kartenausschnitt blau markiert. Das Signal ist im Spektrogramm deutlich sichtbar:

Die Parabelform führten wir auf eine Temperaturdrift des Senders zurück, bei Wolken und Wind empfand man es kalt, aber wenn die Sonne kam wäre man unter der Jacke weggeschmolzen.

Da wir unser Signal wider erwarten noch im Spektrogramm sahen, zogen wir die Heringe wieder aus dem Boden und steckten Sie zunächst an die gelbe, dann orange, dann rote Position. Zum Vergleich ist in der linken Bildhälfte das Spektrogramm des Zwischenstopp noch zu sehen.

Auch hier war die Senderdrift noch recht deutlich zu sehen, aber die grafische Darstellung leidet schon unter dem niedigen Pegel.

Dennoch ist das für meine Versuche ein Reichweitenrekord :)

Herausforderungen

Deutlich vernehmbar waren schon im Ackerschnacker (Empfänger V1) Erdaströme des 50 Hz Wechselstromnetzes. Diese sind auch nicht sinusförmig, sondern ziemlich verzerrt. Bei Gewittern und diversen anderen geophysikalischen Ereignissen dürfte es noch mehr Störungen geben. Für die 50 Hz Störung und deren Oberwellen sollte man mal ein Filter in Software bauen, ich "ziele" darauf ab mit gstreamer und Hilfe von Fraxinas ein Kammfilter zu realisieren.