Blogul Spacesignals prezinta o parte din preocuparile mele din urmatoarele domenii: Invatamant: ca initiator si fondator al Scolii de vara "Generatia Urmatoare" ce se desfasoara, anual, la Marisel; ca student, la Scoala Doctorala a Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca. Cercetare: Obiecte spatiale din apropierea Pamantului (NEO); telecomunicatii asigurate de sateliti artificiali; activitatea solara si vremea spatiala; Unde electromagnetice de foarte joasa frecventa. Productie: Proiectare si executie de aparate si echipamente cu scop didactic sau pentru cercetare stiintifica; consultanta si prestari de servicii in telecomunicatii terestre sau satelitare. TOATE ARTICOLELE DE PE ACEST BLOG AU FOST SCRISE DE MINE. Aproape toate fotografiile de pe blog au fost facute de mine sau cu aparatul meu foto, acolo unde apar si eu in cadru. Am participat activ la proiectarea, instalarea echipamentelor si realizarea constructiilor aferente prezentate pe acest blog. Daca aveti sugestii sau alte idei pe care doriti sa mi le comunicati, nu ezitati sa-mi scrieti la adresa de mai jos:



Thursday, October 15, 2009

O intoarcere in timp...

Am facut in zilele trecute ordine intr-un sertar al bibliotecii mele si am regasit cateva pagini ingalbenite de vreme, batute la masina, pe care le credeam de mult timp pierdute. Bucuria mea a fost mare, deoarece era un eseu despre TIMP, scris de mine cu aproape 20 de ani in urma. Nu mai tineam minte cum am prezentat in acea lucrare ideile mele, nu mai stiam daca le-am argumentat in vre-un fel, stiam doar ca la vremea aceea, le trimisesem spre consultatre catorva dintre fostii mei colegi de facultate si Redactiei revistei Stiinta si tehnica. Dar iata ce scrisesem in acele patru pagini: (dati clic pe imagini pentru a le mari)
















Read more!

Monday, October 12, 2009

Sateliti artificiali ai Pamantului (partea a-II-a)

Am aratat in partea I a acestui articol (publicat in StiintaAzi.ro ) ca satelitii artificiali ai Pamantului se pot clasifica, in functie de parametrii lor orbitali, in sateliti geostationari (GEO-geostationary Earth orbit), sateliti cu orbita medie (MEO-medium Earth orbit) si sateliti cu orbita joasa (LEO-low Earth orbit).Am aratat deasemenea ca satelitii GEO sunt importanti in asigurarea unor telecomunicatii globale si transmisii de televiziune DTH (Direct To Home)
In decursul timpului au fost dezvoltate mai multe retele de telefonie mobila utilizand sateliti GEO, cea mai cunoscuta fiind INMARSAT . Dezavantajele utilizarii acestui gen de sevicii telefonice nu pot fi trecute cu vederea : echipamentele sunt destul de voluminoase, zonele polare nu pot fi acoperite, iar cladirile inalte, versantii abrupti sau vegetatia pot bloca semnalul. Pentru a asigura un randament energetic bun al legaturii radio este recomandabila utilizarea antenelor foarte directive (parabole sau aperturi sintetice) dar acestea impiedica mobilitatea utilizatorului. Nu in ultimul rand ca importanta, comunicarea prin intermediul satelitilor geostationari este afectata de viteza finita de propagare a luminii, care produce intarzieri suparatoare ce nu pot fi nicicum compensate.
Solutia eliminarii acestor neajunsuri este utilizarea unor frecvente purtatoare mai mici, cum ar fi cele din banda L (1…3GHz) sau UHF (400…900MHz) si utilizarea unor sateliti aflati pe orbite mai apropiate de suprafata Pamantului cum sunt satelitii cu orbite joase (LEO).
Incepand cu data de 1noiembrie 1998, prin intermediul constelatiei de sateliti IRIDIUM s-a reusit acoperirea intregului glob pamantesc cu un serviciu mobil de telefonie. Satetelitii IRIDIUM sunt grupati pe sase plane orbitale (cate 11 in fiecare plan) si au orbite LEO (780km fata de suprafata Pamantului). Miscarea lor este astfel sincronizata incat in orice moment si in orice punct de pe suprafata Pamantului sa fie vizibil cel putin un satelit. Comunicarea dintre un post aflat la sol si satelit se face utilizand frecvente purtatoare de aproximativ 1,6GHz, iar legaturile radio dintre sateliti se realizeaza in banda Ka (26-40)GHz. Este o stragedie oarecum asemanatoare cu cea utilizata in telefonia celulara, unde un utilizator "mobil" este preluat, pe parcursul deplasarii sale, de celule aflate in imediata sa apropiere. Deosebirea consta in faptul ca, raportat la mobilitatea satelitilor LEO, utilizatorul terestru pare fix, urmand a fi deservit de satelitul de telecomunicatii care se afla in imediata sa apropiere.
Satelitii meteorologici europeni (METEOSAT) apartin Agentiei Spatiale Europene (ESA European Space Agency). Ei sunt amplasati pe orbite geosincrone (nu geostationare!). Spre deosebire de satelitul amplasat pe o orbita geostationara care pare "fix" pe cer, satelitul amplasat pe o orbita geosincrona va "pendula" de o parte si alta a Ecuatorului, dar va ramane mereu in acelas plan meridian. Pendularea va fi cu atat mai vizibila cu cat inclinarea orbitei in raport cu planul ecuatorial este mai mare. Aceasta pendulare mareste semnificativ zona de acoperire a satelitului si deasemeni, permite vizualizarea atmosferei din unghiuri diferite. Satelitii METEOSAT au apogeul aproape egal cu perigeul si o inclinare a orbitelor de ordinul a 7º…12º fata de planul ecuatorial Ei transmit spre Pamant date meteorologice si imagini in vizibil sau infrarosu.
Satelitii meteorologici ai SUA apartin agentiei guvernamentale NOAA (National Oceanic and Atmosferic Administration) si fac parte din sistemul american de observare a Terrei (GEOSS). NOAA opereza cu 2 tipuri de sateliti meteorologici :cu orbite geostationare si cu orbite polare.Acestia transmit spre statiile de receptie aflate la sol, in mod continuu intensificari ale radiatiilor cosmice, perturbatii electromagnetice la nivel planetar, date meteo culese din atmosfera sau informatii privind marile si oceanele lumii.Deasemenea, tot ei furnizeaza o mare parte din informatiile legate de asa numita vreme spatiala (explozii solare, intensificari ale radiatiilor cosmice sau perturbatii electromagnetice la nivel planetar.
Satelitii de observare fotografiere si cartografiere sunt sateliti cu orbita joasa (LEO). Pentru a avea tot timpul o iluminare optima a zonei observate, acestia sunt amplasati pe orbite aproape polare, iar perioada de revolutie este astfel aleasa incat satelitul sa survoleze aceasi zona de pe Pamant, mereu la aceesi ora (solara). In acest fel, Soarele va ilumina zona fotografiata sub acelas unghi, punandu-se usor in evidenta formele de relief, cladirile sau vegetatia. O astfel de orbita are denumirea de orbita solar-sincrona (sun-synchronous orbit), altitudinea de zbor la 600-800 km si periada de revolutie de 96-100 minute. Un reprezentant important al acestei clase de sateliti este satelitul civil GeoEye-1, lansat la data de 06sept.2008. Inaltimea medie de zbor este de 684km, inclinatia orbitei de 98 grade fata de planul ecuatorial iar perioada de revolutie este de 98minute. Camerele amplasate pe satelit asigura o rezolutie la sol de 0,41m la cele alb-negru si 1,65m la cele color.
O ultima categorie de sateliti artificiali ai Pamantului pe care o amintim aici sunt satelitii de pozitionare globala. Acesti sateliti sunt de fapt structuri complexe de radiobalize mobile ce orbiteaza in jurul Pamantului pe orbite medii si care-si comunica prin radio, in mod continuu, pozitia exacta. Receptoare radio specializate si dotate cu un sistem de calcul adecvat pot sa-si determine pozitia relativa la acel grup de sateliti cu un grad ridicat de exactitate, si implicit, in acest mod isi pot determina propriile coordonate geografice. Deasemenea , prin intermediul acestor sisteme de pozitionare se transmite un standard de timp unic, pe toata suprafata Pamantului.
Sistemul american de navigare asistata de sateliti se numeste GPS (Global Positioning System) si este conceput sa functioneze cu o constelatie de sateliti amplasati pe 6 plane orbitale, cate 4 pe fiecare plan. Nodurile ascendente ale orbitelor sunt echidistante. Sistemul este astfel conceput incat in orice punct de pe suprafata Pamantului sa fie vizibili cel putin 6 sateliti. Orbitele sunt de tip MEO, cu raza de aproximativ 26600km , perioada de revolutie a fiecarui satelit fiind de o jumatate de zi siderala.
Sistemul rusesc de navigare asistata de sateliti se numeste Glonass si este conceput ca o constelatie de 24 sateliti ce graviteaza in jurul Pamantului pe trei plane orbitale. Pe langa cei 24 sateliti activi mai sunt prevazuti 3 trei sateliti inactivi (cate unul pentru fiecare plan orbital) pentru a rezolva eventualele avarii. Orbitele sunt circulare, la altitudinea de 19100 km. Cele trei plane orbitale intersecteaza planul ecuatorial in asa fel incat nodurile ascendente sunt distantate la 120º unul de calalalt. Pe fiecare plan orbital se vor afla cate 8 sateliti plasati echidistant, la distante de 45º unul de celalalt. Perioada orbitala a acestor sateliti este de aproximativ 11ore si 15 minute. Conform agentiei de stiri Novosti, incepand cu data de 1iunie 2009, prin plasarea pe orbita a inca trei sateliti, sistemul GLONASS a ajuns sa functioneze cu 17 sateliti operationali si trei pastrati pentru mentenanta.
Sistenul de navigare initiat de Uniunea Europeana poarta numele de GALILEO si se prevede ca va fi operational in 2013.
In concluzie, putem spune ca satelitii artificiali ai Pamantului isi aduc aportul lor la dezvoltarea omenirii. Practic nu mai exista nici un domeniu de activitate in care, chiar daca multi dintre noi nu-si dau seama, sa nu fie utilizati satetelitii sau datele furnizate de acestia. Pentru a avea un segment spatial investitiile trebuie sa fie intr-adevar foarte mari si de aceea, doar state cu mare putere economica isi permit sa aiba programme spatiale proprii. Dar si state cu posibilitati financiare reduse pot dezvolta facilitati terestre, care sa le permita accesul la date satelitare sau la alte avantaje tehnologice oferite de segmentul spatial. Pe de alta parte, se pot efectua activitati in parteneriat, se pot inchiria facilitati oferite de platformele tehnologice amplasate pe orbite circumterestre sau alt gen de colaborari cu diverse agentii spatiale. Iar pentru aceasta nu sunt necesare sume mari de bani ci mai degraba specialisti in domeniu care sa fie motivati salarial in asa fel incat sa nu-si caute loc de munca pe alte meleaguri.
Cluj, 12 octombrie 2009

Read more!

Saturday, October 10, 2009

Diagrama de radiatie a antenei Mesh de 3m

Determinarea pe cale experimentala a diagramei de radiatie a antenei parabolice mesh de 3m a fost necesara pentru a cunoaste performantele reale ale reflectorului parabolic, in banda de 2,4GHz.
Metoda pe care am utilizat-o a constat in fixarea unui microemitator de 2,4GHz (nemodulat) la o distanta suficient de mare de reflectorul parabolic si masurarea nivelului de semnal receptionat de parabola la diferite valori ale unghiului azimutal.
S-a trasat apoi intr-un sistem de coordonate polare, diagrama de radiatie in plan azimutal a antenei.Avand in vedere simetria geometrica a reflectorului parabolic, am considerat ca si diagrama de radiatie in plan zenital are aceeasi forma. De altfel, inaltimea de 3m fata de sol la care se afla centrul reflectorului parabolic ar fi fost insuficienta pentru a evita erorile introduse de reflexia semnalului pe suprafata solului.
Am ales ca poligon de testare o zona montana lipsita de poluare electromagnetica in banda de 2,4GHz , de fapt chiar locul in care este montata parabola , in comuna Marisel din judetul Cluj.
La emisie am utilizat un microemitator cu puterea de 10mW, pe care nu l-am modulat, pentru a avea un nivel constant al semnalului de emisie.
Se stie ca, pentru a avea o caracteristica de radiatie a unui reflector parabolic cat mai corecta, distanta minima dintre emitatorul utilizat la teste si antena de receptie se determina cu relatia :
dmin=2DxD/λ
unde D este diametrul antenei iar λ lungimea de unda. Pentru D=3m si λ=0,125m rezulta dmin=144m.
Am amplasat emitatorul la o distanta de 150m fata de stalpul de sustinere a parabolei in acelasi plan orizontal cu antena, intr-o zona favorabila din punctul de vedere a reliefului, astfel incat reflexiile datorate solului sa fie cat mai mici.
In focarul parabolei am amplasat un feedhorn cu polarizare circulara, pentru a asigura simetria antenei de receptie.Utilizand un cablu coaxial de 50Ω cu pierderi mici am cuplat la antena un receptor ICOM PCR1500, capabil sa receptioneze semnale cu frecvente de pana la 3GHz.
Am folosit sistemul propriu de pozitionare a antenei pentru a putea roti antena in plan azimutal, de o parte si de alta a pozitiei de semnal maxim, cu unghiuri determinate precis.Am folosit pasi de 0,5º avand in vedere ca aceasta valoare este data de rezolutia de orientare automata a antenei.
Reprezantand valorile de camp indcate de receptorul ICOM intr-un sistem de coordonate polare, am obtinut diagrama reala de radiatie a reflectorului parabolic la frecventa de 2,416GHz.






Diagrama de directivitate a antenei determinata experimental la frecventa de 2,416GHz


Read more!

Undele electromagnetice de ultra joasa frecventa

TRANSMITEREA INFORMATIEI PRIN UNDE ELECTROMAGNETICE DE ULTRA JOASA FRECVENTA
Eseu pregatit pentru colocviul de admitere la doctorat, septembrie 2009
Candidat :fiz. PAUL DOLEA

1.DEFINITII SI TERMINOLOGIE:
Conform Administratiei Nationale de Telecomunicatii si Informare a Statelor Unite ale Americii , undele electromagnetice ale caror frecvente sunt mai mici decat 30 kHz sunt denumite unde electromagnetice de foarte joasa frecventa (very low frequency), iar cele ale caror frecventa este mai mica de 3kHz nici nu sunt atribuite vreunei activitati civile. [1]
Terminologia utilizata in lucrarile stiintifice ce se refera la undele electromagnetice de joasa frecventa (si pe care o voi folosi in cele ce urmeaza) le clasifica in modul urmator:
-unde electromagnetice de foarte joasa frecventa (very low frequency sau pe scurt, VLF) cu frevente cuprinse intre 3kHz si 30kHz
-unde electromagnetice de ultra joasa frecventa (ultra low frequency sau ULF) cu frecvente cuprinse intre 300Hz si 3kHz
-unde electromagnetice de super joasa frecventa (super low frequency sau SLF) cu frecvente cuprinse intre 30Hz si 300Hz
-unde electromagnetice de extrem de joasa frecventa (extremely low frequency sau ELF) ale caror frecvente au valori sub 30Hz.
2.IMPORTANTA STUDIERII ACESTEI CATEGORII DE UNDE ELECTROMAGNETICE
Dupa cum se stie, materialele conductoare sunt opace pentru undele electromagnetice si din acest motiv, comunicarea intre doua puncte aflate in medii conductoare ( de exemplu apa sarata din mari sau oceane sau subsolul Pamantului) nu se poate realiza cu echipamentele uzuale si folosind metodele clasice de comunicare radio.
Acest fenomen de "ecranare" impiedica asigurarea unei comunicari radio clasice intre o baza terestra si submarinele aflate in submersie. In aceasta situatie, doar undele electromagnetice din gama SLF pot asigura legatura radio. [2]
In situatia unor accidente miniere, cand echipamentele de telecomunicatii prin cablu sunt distruse, apare necesitatea asigurarii unei cai de comunicatie "fara fir" intre minerii blocati in subteran si echipele de salvare aflate la suprafata sau tot in subteran.
1/5
Undele electromagnetice din gama ULF pot penetra prin sol la adancimi de ordinul zecilor sau chiar sutelor de metri asigurand o legatura radio de urgenta.
Aparitia unor unde electromagnetice de joasa frecventa (ULF sau ELF) poate anunta un cutremur iminent, cu cateva zeci de minute inaintea unor miscari telurice de suprafata. [3] , [4] si [5]
Orice explozie nucleara care ere loc in spatiul atmosferic sau extraatmosferic apropiat, este insotita de o puternica emisie de unde VLF,ULF,SLF si ELF. Supravegherea si analiza atenta a acestui domeniu spectral duce la punerea in evidenta si localizarea oricarui eveniment de acest fel.
Furtunile tropicale (care sunt caracterizate prin descarcari electrice intense si frecvente) genereaza unde electromagnetice cu spectru foarte larg, iar cele de foarte joasa frecventa se propaga prin ghidul de unda format intre suprafata Pamantului si ionosfera pe distante foarte mari, ajungand uneori chiar sa inconjoare Pamantul. Analizarea acestor unde este importanta in climtologie deoarece se poate obtine o imagine la nivel global a fenomenelor meteorologice locale. Frecventele descarcari electrice ce apar in situatia unor furtuni puternice, creaza unde electromagnetice din domeniul ULF si ELF care, in cavitatea rezonanta formata (la nivel global) intre Pamant si ionosfera pot produce o rezonanta electromagnetica ce poate fi pusa in evidenta in mod experimental. Acest fenomen este cunoscut in literatura sub denumirea de "Rezonanta Schumann" [6]
Deasemenea asa-zisele "fenomene meteorologice din spatiul extraatmosferic" cum sunt exploziile solare, ploile de meteoriti, fluxurile importante de particule elementare sau radiatiile generate de surse extraterestre sau chiar extragalactice, genereaza unde electromagnetice din domeniile ULF, SLF sau ELF. Acestea pot crea furtuni electromagnetice , perturbari ale comunicatiilor radio sau chiar scoaterea din functiune a unor sateliti artificiali ai Pamantului sau a unor echipamente de radiocomunicatii aflate pe sol.
Importana acordata de NASA acestor aspecte stiintifice, tehnice sau militare legate de generarea si propagarea undelor electromagnetice de foarte joasa frecventa este subliniata prin lansarea proiectului "INSPIRE" (Interactive NASA Space Physics Ionosphere Radio Experiments) [7]
3.STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR SI DEZVOLTARII TEHNOLOGICE LEGATE DE UNDELE ELECTROMAGNETICE DE JOASA FRECVENTA ( VLF, SLF, ULF si ELF)
In cadrul fortelor armate ale S.U.A. a fost dezvoltat un sistem de transmitere a informatiei catre flota de submarine aflate in submersie (numit SEAFARER iar mai tarziu PROJECT ELF) ce opera pe o frecventa de 76Hz cu doua antene de emisie, una
2/5
situata la Clam Lake,Wisconsin iar cea de a doua antena, langa localitatea Republic din statul Michigan. Din septembrie 2004, aceste proiecte au fost abandonate.
Sistemul de transmitere a informatiei catre submarinele fortelor armate ale Rusiei (cunoscut sub denumirea ZEVS) opereaza pe o frecventa de 82Hz si are antena de emisie situata in peninsula Kola, langa localitatea Murmansk, din nordul indepartat al Rusiei.
Fortele navale ale Regatului Unit al Marii Britanii si a Irlandei de Nord (Royal Navy) au avut intentia de a realiza un emitator de unde ELF amplasat in padurea Glengarry din Scotia dar proiectul a fost abandonat.
Comunicarea radio in banda ELF intre baza si submarinul aflat in submersie este simplex adica informatia este transmisa de la baza catre submarin, deoarece energia necesara si dimensiunile antenelor de emisie fac imposibila amplasarea unor emitatori ELF pe actualele submarine. Pentru a asigura feedback-ul acestei legaturi (de la submarin la baza), in cadrul U.S.Navy se utilizeaza un sistem de comunicatii prin satelit (dupa ce submarinul a iesit din submersie): Submarine Satellite Information Exchange Sub-System cunoscut sub acronimul "SSIXS".
In ceea ce priveste comunicatiile de urgenta in situatia unor accidente miniere, prin amplasarea unor antene tip "bucla" care sunt de fapt bobine a caror suprafata acopera proiectia la sol a galeriilor dintr-o mina , s-a ajuns la asigurarea comunicatiei radio pana la adancimi de cateva sute de metri. [8]
A fost pusa in evidenta o legatura indubitabila intre aparitia unor unde ELF cu cateva zeci de minute inaintea unor cutrmure de pamant majore [9]. Astfel, atat cutremurul de la Loma Prieta din zona faliei San Andreas [10] cat si cutremurul recent din 6 aprilie 2009 din localitatea Aquila din Italia au fost asociate cu emisii evidente de unde electromagnetice ELF, precursoare producerii cutrmurelor [11]. Un grup interdisciplinar de specialisti in electronica si geofizica au proiectat un sistem de monitorizare a faliei San Andreas printr-o retea de senzori ce pot detecta si inregistra undele electromagnetice asociate miscarilor telurice frecvente in acea regiune.
Asa cum am amintit mai sus, proiectul "INSPIRE" desfasurat sub coordonarea NASA are ca scop acumularea cator mai multe informatii legate de fenomenele atmosferice naturale ce genereaza unde ULF,SLF si ELF si se afla in desfasurare.
Au fost puse in evidenta in mod experimental frecvente ale fenomenelor de rezonanta Schumann la valori de 7,83Hz ;14,3Hz ;20,8Hz,27,3Hz si 33,8Hz.
In cadrul programelor spatiale ale tarilor ce lanseza rachete purtatoare in spatiul extraatmosferic, exista o preocupare continua in punerea in evidenta a fenomenelor meteorologice spatiale (space weather)
3/5
4.OBIECTIVE PROPUSE:
-punerea in evidenta pe cale experimentala a unor unde VLF,ULF,SLF sau ELF, generate in mod natural de fenomenele meteorologice:
-analiza posibilitatilor de comunicare sol-subsol prin utilizarea undelor electromagnetice ULF:
-realizarea unui model experimental de receptie si analiza a undelor electromagnetice ELF.
Cluj-Napoca, 20 sept.2009
fiz. PAUL DOLEA

Nota:Nu am trecut bibliografia, ca sa nu incarc prea mult aceasta pagina

Read more!

Mai bine mai tarziu decat niciodata...

Au trecut mai bine de 25 de ani de cand am iesit din bancile facultatii privind cu speranta spre viitor. Visam atunci ca voi reusi sa ajung intr-un institut de cercetare si sa am conditii adecvate de studiu, pentru a incerca sa patrund cat mai adanc in tainele Universului. Dar realitatea vietii cotidiene si o oarecare inclinatie si pasiune spre electronica aplicata, m-a dus treptat spre activitati ingineresti. Dar iata ca acum, dupa ani de framantari si cautari, am ajuns ca o parte din visurile din tinerete sa se implineasca. Iar pentru a avea un randament cat mai bun, m-am hotarat (ce-i drept, destul de tarziu) sa-mi duc creierul la "sala" sa faca un pic de gimnastica a mintii. Ca urmare, m-am inscris la Scoala doctorala a Universitatii Tehnice din Cluj, in domeniul Inginerie electromica si telecomunicatii. Colocviul de admitere l-am sustinut cu o prezentare a stadiului actual (la nivel mondial) al cercetarilor si al nivelului tehnologic la care s-a ajuns in detectarea si utilizarea undelor electromagnetice de ultra joasa frecventa. Se pare ca subiectul ales (pe care l-am si propus ca tema pentru teza de doctorat) a trezit interesul comisiei de admitere si... am fost admis. Acum va trebui sa scutur praful din sertarele memoriei, sa invart din nou vectori, sa inmultesc matrici, sa revad tehnicile de calcul tensorial. Dar dezvoltarea bazei de cercetare de la Marisel are nevoie si de sustinere teoretica adecvata asa ca voi lupta si pe acest plan. In articolul ce va urma (mai sus) va voi prezenta eseul pe care l-am pregatit pentru colocviul de admitere.

Read more!