Esperimenti a 478 THz / 627nm - 5° parte - IW3SGT
  
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01/2021 - si continua con i test "indoor"
La necessità di eseguire una messa a fuoco molto precisa con la lente di Fresnel mi ha portato ad un setup temporaneo molto flessibile. Una volta scelta la configurazione finale progetterò un box in legno completamente chiuso con una minima possibilità di puntamento e una mira.
Le dimensioni della lente di Fresnel sono 26x26cm con una lunghezza focale di circa 20cm, la lente illumina il fotodiodo con un angolo di oltre 80° sulla diagonale.
  
Il setup per il test con la lente di Fresnel.
  

Con la lente di Fresnel il VTP1188S conferma la sua maggiore sensibilità, il distacco con il BPW34 è di 11dB in linea con quanto misurato nei precedenti test con la fixture che simula un telescopio. Il crollo della sensibilità del SFH213 è dovuta sicuramente all'ampio angolo della luce (>80°) che converge sul fotodiodo che da specifica ha solo 20° contro i 120° del BPW34 (il data sheet non riporta l'angolo per il VTP1188S ma vista la lente è probabile sia paragonabile a quello del BPW34).
Non sono state valutate misure di guadagno della lente dato che le misure indoor risentono molto dalla riflessione di pareti, pavimento e mobili introducendo errori, anche fino a 2dB solo per la riflessione del pavimento. Inoltre su dinamiche oltre i 40db nutro seri dubbi sulla linearità sia del mio sistema di misura che dei fotodiodi. Comunque nei miei primi esperimenti con questa lente nel 2017 avevo visto un gain di circa 67dB con un BPW34 contro i circa 80dB teorici.
Note: misura effettuata con la scheda sonora esterna, sw usato Spectran (vedi settings in figura), distanza tra lente e LED di 10m, messa a fuoco con SFH213 molto critica.
   
 
Confronto degli angoli di risposta tra fotodiodi BPW34 e SFH213 (assenti nel datasheet del VTP1188S) e riferimenti degli angoli generati da un telescopio F10 (viola) e dalla lente di Fresnel con una lunghezza focale molto corta (verde).
  
  
02/2021 - test di verifica ad 1m senza lenti e prove di "accecamento" del sistema
Per la verifica del test fatti in precedenza ho preferito fare un test in aria senza lenti e schermi ad una distanza di 1m tra il LED Kingbright L7113ID e il fotodiodo. In un secondo momento ho avvicinato il LED al fotodiodo sino ad ottenere l'accecamento (saturazione del sistema con conseguente assenza di segnale in uscita).
Il test ha confermato le differenze già rilevate tra i fotodiodi, il VTP1188S è il più sensibile segue il SFH a circa -5dB e il BPW34 a circa -12dB.
Anche le prove di "accecamento" hanno confermato in modo approssimativo le differenze di sensibilità, il 5 cm per il VTP1188S, 3,5cm per il SFH213 e 2,5cm per il BPW34.
 
  
04/2021 - Fresnel formato tessera
L'idea è quella di metter su un sistema ricevente facile e compatto che sia complemenare al TX QUBO. Il mio primo approccio è stato con le piccole lenti di Fresnel formato tessera dato che sono facilmente reperibili a costi irrisori (~2€ per 10 pezzi su Amazon) e hanno una lunghezza focale molto contenuta che permette di contenere le dimensioni del "telescopio".
Queste lenti hanno una superficie utile di 3200mmq, ben superiore a quella di una lente di binocolo da 50mm (~1960mmq), con un BPW34 (7mmq di area sensibile) il guadagno teorico raggiunge i 53dB.
Piccole lenti di Fresnel formato tessera, dimensioni utili 80x40mm, lunghezza focale ~180mm con angoli verso il fuoco da 12° e 24° (~0.2€ su Amazon).
  
 
  
 
  
 
I risultati del test non sono chiari. Se da un lato si osserva che con il BPW34 si sono raggiunti quasi 48dB di guadagno (su 53 teorici) dall'altro i risultati con il VTP1188S e SFH213 non trovano una spiegazione plausibile se non qualche effetto di compressione dovuto al segnale troppo alto in uscita. Ripeterò il test in un secondo momento cercando di lavorare con segnali 10-15db più bassi. Si riconferma sia la criticità di messa a fuoco con il SFH213 che le differenze di risposta dei fotodiodi (senza lente) già vista nei test precedenti.
Note: misura effettuata con la scheda sonora esterna, sw usato Spectran (vedi settings in figura), distanza tra lente e LED in TX di10m.
  
Il test è stato ripetuto cambiando il LED nel TX. Il segnale si è attenuato di circa 10dB ma i risultati sono stati confermati. Questo elimina il sospetto di non linearità o compressione del segnale nel ricevitore, forse è necessario fare il test su distanze maggiori.
Al momento,considerando la reperibilità e la minore criticità di messa a fuoco, il BPW34 pare la migliore scelta per la "minifresnel" 40x80mm.
  
  
04/2021 -  Lente di ingrandimento da 100mm
Un'altra soluzione possibile è quella della lente di ingrandimento. Il modello da 100mm è più difficile da reperire rispetto al modello da 75mm, il costo è inferiore ai 10€ su Amazon.
Questa lente ha una superficie utile di 7850mmq e con un BPW34 (7mmq di area sensibile) il guadagno teorico raggiunge i 61dB.
  
 
  
 
  
 
Purtroppo con questa lente non sono riuscito ad ottenere dei risultati soddisfacenti. La situazione rispetto alla "minifresnel" si ribalta, il VTP1188S sfiora i 46dB di guadagno.
Ripeterò i test con un sistema di puntamento migliorato.
 
  
05/2021 -  Fresnel per telefonino 240x140mm
La lente è incollata ad un astuccio che fa anche da supporto per il telefonino. La rimozione della colla è un po' laboriosa ma considerando il costo di circa 5€ (Amazon) ne valeva la pena. A poco più di 7€ si trova la variante con un box plastico telescopico (che testerò in futuro) ma ho preferito iniziare con questa disegnando e stampando le parti necessarie.
la superficie di 33600mmq ha un gain teorico di 76,6dB su un BPW34 (7mmq).
 
  
 
 La lunghezza focale un po' lunga, 290mm per il rosso e 300mm per l'infrarosso (calcolata con target a 10m) ha richiesto un sistema di puntamento un po' più preciso.
  
  
 
Anche con questa lente il BPW34 si conferma come un'ottima scelta. Probabilmente il maggiore guadagno del VTP1188S e del SFH213, visibile nell'ultimo grafico free, viene perso per dei problemi di accoppiamento. Il test è stato ripetuto due volte in serate diverse e i risultati sono stati confermati.
  
 
Nell'infrarosso il BPW34 migliora ancora. Sorprende la risposta del SFH213FA, mi aspettavo una risposta simile al BPW34. In futuro ripeterò il test con la versione filtrata IR (BPW34FA).
  
 
  Prossimi test/lavori/idee ... in ordine sparso :-)
- RX compatto con lente di Fresnel formato tessera;
- test di confronto fotodiodi con il telescopio al fuoco diretto;

- circuito squadratore BF>TTL per sperimentare i modi digitali come FT8 e WSPR;
- valutare la possibilità di usare un RTX QRP con un transverter per FM e CW;
- quando possibile nuovi test su distanze più lunghe (500m/1km) con QUBO.
  
   
  
Data Sheet e link utili
  
Pagine radioamatoriali, documenti e video
IK1WVQ Mauro Dai GHz ai THz
SP 50km QSO
K3PGP Experimenter's.Corner
KA7OEI Optical (through-the-air) communications
VK7MJ MODULATED LIGHT DX
Laser and optical communications (gruppo facebooK)
AD7OI Adventures at 300-750THz (400-1000nm) - pdf document
DL6NAA - DKMN - pdf document
DH5YM 48km QSO - video
One way 635nm FM subcarrier modulated laser QSO S51VA - S57RW @ 10,4km - youtube video

Data sheet componenti
Amplificatore operazionale TEXAS LFx5x
Amplificatore operazionale TEXAS TL081
Amplificatore operazionale TEXAS OP07

Fotodiodo OSRAM BPW34
Fotodiodo OSRAM SFH213/SFH213FA
Fotodiodo PERKINELMER VTP1188S - Catalogo completo e app. note PERKINELMER
LED rosso 624nm alta luminosità CREE C503B
LED rosso 627nm alta efficienza KINGBRIGHT L7113ID
LED rosso 625nm da 1W acquistato su Amazon
LED IR 890nm VISHAY TSHF5410
LED IR 850nm OSRAM SFH4550
LED IR 940nm OSRAM SFH4544

LED IR 940nm KINGBRIGHT L-7113F3BT
MOSFET VISHAY IRF510
MOSFET driver MICROCHIP TC142x
Regolatore MOTOROLA 78xx
Transistor FAIRCHILD 2N3904
Transistor PHILIPS 2N2222A
Transistor STM 2N3019
 
Telescopi e binocoli
BRESSER

CELESTRON
OMEGON
SKY-WATCHER
 
Laser
Compact red Dot laser su supporto picatinny  IRON JIA'S su Amazon

Software

Spectran

Altro
IW3SGT PIC board v4
Mikrobasic PRO for PIC
EasyPIC v7
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