Il BBB-4, un ricevitore per VLF

Le emissioni radio nella gamma di frequenze nota come VLF (Very Low Frequencies) hanno affascinato e continueranno ad affascinare generazioni di sperimentatori e radio-appassionati. In base alla definizione ITU, dovremmo indicare con l'acronimo VLF solo la porzione di spettro elettromagnetico con frequenza compresa tra 3 e 30 kHz, ma nella pratica spesso si accomunano in questo termine un pò tutte le emissioni che si trovano al di sotto dei 100 kHz. Tra queste emissioni possiamo distinguere le vere e proprie trasmissioni di segnali, da parte di stazioni sia militari che di tipo utility (cioè che supportano servizi civili, privati o pubblici); e le emissioni di origine naturale, nella maggioranza dei casi originate da fenomeni di propagazione nella magnetosfera degli impulsi elettromagnetici generati dai fulmini o - specie alle latitudini polari - dal vento solare.
Le prime, sono abbastanza facilmente ricevibili nello spettro di frequenze al di sopra dei 9-10 kHz (con l'eccezione delle emissioni destinate ai sommergibili, che hanno frequenze inferiori a 100 Hz!).
Le seconde, invece, occupano all'incirca lo spettro compreso tra 0 e 10-11 kHz, a seconda del fenomeno naturale da cui sono originate. Le emissioni dovute ai fenomeni magnetosferici hanno energia concentrata nello spettro di frequenze intorno a pochi kHz e sono quindi udibili (ed anche affascinanti da udire) se fatte arrivare ad un amplificatore audio.
Per approfondire queste nozioni, niente di meglio del noto sito web del nostro Renato Romero, IK1QFK, ricco di articoli e progetti di antenne e ricevitori:

www.vlf.it, Radio waves below 22 kHz

Proprio da questo sito presi anni fa il progetto della mia prima "antenna" per la ricezione delle VLF, di cui parlerò in un altro post. Uso le virgolette perchè le lunghezze d'onda a queste frequenze sono tali che la realizzazione di qualsiasi captatore di onde elettromagnetiche di dimensioni comparabili (quale appunto dovrebbe essere un'antenna radio) sarebbe fuori dalla portata di un semplice sperimentatore.
A queste frequenze quindi si realizzano soprattutto quelli che potremmo chiamare "captatori" o "sensori" delle variazioni del campo elettrico oppure del campo magnetico. Nel primo caso, come avremo tipicamente un elemento metallico - spesso nella forma di uno stilo verticale - formante l'armatura di un condensatore rispetto alla terra, seguito quindi necessariamente da un amplificatore di tensione ad altissima impedenza di ingresso. Nel secondo caso, avremo un avvolgimento (bobina), seguito da un amplificatore di corrente a bassissima impedenza di ingresso.
Il ricevitore poi potrà essere completato da un amplificatore e/o da un registratore audio (quando le frequenze che interessano ricadono nella banda udibile) oppure - per spingersi anche ben al di sopra dei 10 kHz - da un PC dotato di scheda audio con adeguata frequenza di campionamento e gamma dinamica (dynamic tange), funzione del livello di rumore interno della scheda e del numero di bit per campione di cui è capace).
Un programma software come Spectrum Lab, di Wolfgang "Wolf" Büesher DL4YHF, permetterà poi la visualizzazione, la registrazione ed ogni sorta di elaborazione digitale del segnale campionato.

Il BBB-4, il ricevitore progettato da Steve McGreevy, ricade nella categoria dei captatori di campo elettrico. La descrizione di questa mia realizzazione, insieme con nuovi link ed informazioni, è disponibile sulle pagine del blog AIR-Radiorama di cui inserisco qui sotto il link:

Il BBB-4, ricevitore di campo elettrico

La caccia agli NDB

Gli NDB (Non-Directional Beacon) sono trasmettitori pensati per essere di ausilio alla navigazione aerea. Si trovano generalmente in prossimità degli aeroporti, spesso nelle stesse aree dove sono installate le antenne di altri sistemi, come VOR (VHF Omnidirectional Range), marker, ecc..
Concettualmente possono essere accostati ai tradizionali fari utilizzati nella navigazione marittima (per questo talvolta vengono anche genericamente chiamati "radiofari").
Pur essendo in fase di progressiva dismissione, sostituiti da sistemi più moderni, moltissimi sono ancora operativi. Fari invisibili nella notte, nell'epoca degli smartphone ci parlano di una navigazione aerea d'altri tempi.
Operano per lo più nella parte delle LF al di sopra di 200 kHz, ma un numero rilevante di trasmettitori è attivo anche all'interno della banda delle onde medie (Medium Waves o MW).
Colgo l'occasione per ricordare che con LF (Low Frequencies) si intende, nella definizione ITU (International Telecommunication Union), la banda di frequenze che va da 30 kHz a 300 kHz mentre con MF (Medium Frequencies) si intende la banda che va da 300 kHz a 3 MHz. Con LW (Long Waves) si intende la parte delle LF in cui operano le stazioni broadcast a onde lunghe (153-279 kHz, con canalizzazione di 9 kHz). Si tratta principalmente di stazioni europee, nord-africane e dei paesi ex-sovietici. Con MW (Medium Waves) si intende invece la parte delle MF in cui operano le stazioni broadcast a onde medie (circa 531-1611 kHz in Europa, con canalizzazione di 9 kHz).
Gli NDB trasmettono continuamente, con diffusione omni-direzionale, un identificatore in codice Morse, ogni giorno per 24 ore al giorno (salvo i periodi di manutenzione). L'identificatore (abbreviato ID) è solitamente formato da un numero di lettere compreso tra uno e tre. L'intervallo tra due trasmissioni consecutive dell'ID può variare da pochissimi secondi a più di dieci secondi e durante tale intervallo alcuni NDB trasmettono un tono continuo, altri invece rimangono silenziosi.

Con queste brevi note non ho intenzione di fornire un manuale per la ricerca e la ricezione dei segnali degli NDB. Per questo esistono sul web siti ben più autorevoli e ricchi di informazioni, tra i quali vorrei segnalare in particolare questo del gruppo NDB List (a cui anch'io sono iscritto):

The NDB List Information Page

Un'altra importante risorsa per gli appassionati della caccia agli NDB è questo database, nel quale vengono registrati gli NDB ricevuti dagli ascoltatori registrati sul sito:

The REU signals database

Per registrarsi è sufficiente inviare un primo log di NDB ricevuti, insieme con informazioni sulla propria stazione come nome e cognome, posizione geografica (QTH) e relativo grid locator, eventuale callsign come radioamatore o SWL, qualche dettaglio sugli apparati, antenne, software ed accessori utilizzati.
I log possono essere inviati anche tramite la mailing list del gruppo NDB List.

Segnalo infine un utile e ben fatto programma di logging (con incluso database mondiale degli NDB) che è WWSU di Alex Wiecek VE3GOP, scaricabile dal suo sito web:

Alex's Longwave Page

WWSU consente di mantenere un proprio log su disco degli NDB ricevuti, di generare e stampare vari tipi di report e facilita l'importazione e l'esportazione dei dati verso altri database e programmi simili, ad esempio NDB Weblog di Martin Francis:

Martin Francis - DX Radio Pages

Il motivo per cui tra gli appassionati si parla spesso di caccia agli NDB risiede nella loro stessa natura. Il fatto di trasmettere continuamente un breve identificatore in codice Morse permette all'ascoltatore di concentrarsi lungamente su un segnale debole, evanescente e disturbato, cercando piano piano, con pazienza e pervicacia, di identificarne la fonte, sperando che si tratti di un trasmettitore lontano o comunque mai ricevuto in precedenza. Il fatto che gli NDB trasmettano in una banda di frequenze come le LF, fortemente soggetta a rumore (sia di origine atmosferica che umana) e ad interferenze dai potenti trasmettitori delle stazioni broadcast, rende la caccia ancora più difficoltosa. Il fatto infine che i segnali di diversi NDB possano talvolta sovrapporsi tra loro, pur ricorrendo ai filtraggi più stretti, complica ulteriormente la sfida. Un pò come quando Sherlock Holmes riesce a ricavare l'identità del colpevole da indizi che ad altri erano sembrate coincidenze, dettagli trascurabili. O come il giocatore di scacchi che cerca di intuire il gioco dell'avversario per imprigionarlo nella propria rete ed annientarlo (nè la mente Sherlock Holmes nè quella del giocatore di scacchi hanno alcunchè di pacifico, secondo me; sempre di caccia si tratta).
Tornando agli NDB, in base alla mia esperienza lo strumento migliore per cercare di identificarne i segnali è un buon sistema SDR (Software Defined Radio) di livello amatoriale, che consentirà di visualizzare sullo schermo del proprio PC, sotto forma di diagramma waterfall, un'ampia porzione di spettro e di individuarvi - con un pò di pratica - le tracce potenzialmente interessanti. Un sistema SDR consente inoltre filtraggi così stretti che difficilmente sarebbero alla portata di un ricevitore tradizionale di costo accessibile. Inoltre permette di registrare sull'hard disk del PC ore e ore di ricezione di ampie porzioni della banda di frequenze che interessa, che potrà essere successivamente rianalizzata con comodo.
Nonostante questo, ho spesso trovato più intrigante dare la caccia agli NDB con mezzi anche più ridotti: una semplice radio portatile, un'antenna a loop da tavolo (in ferrite o in aria, accoppiata per via induttiva con l'antenna in ferrite interna della radio), cuffie comode, carta e penna per annotare gli ID in codice Morse e ogni altra informazione utile per la successiva ricerca nel database REU (vedi il link sopra). E poi concentrazione, pazienza, determinazione (in una parola potrei dire passione) nel cercare di separare gli ID uno dall'altro e dal rumore. A proposito, esistono dei programmi software per facilitare questa parte del lavoro ma non li ho mai usati. Istintivamente non mi piacciono (lo trovo "sleale", come andare a caccia con un fucile di precisione) e poi non sono sicuro che in tutte le situazioni possano essere efficaci come la nostra cara vecchia mente. Proprio nelle difficoltà per me risiede la bellezza di questo particolare tipo di radioascolto, per il quale il periodo più favorevole - come se non bastasse - sono le lunghe notti invernali...