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 (calcolato sulla tensione di uscita del convertitore I/V). 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 in potenza luminosa raggiunge i 26,5dB mentre in uscita del convertitore I/V il guadagno della tensione potrebbe raggiungere 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 in potenza è di 30,5dB portando un aumento della tensione in uscita del modulo I/V di 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 in potenza di 36,8dB con il BPW34 ottenendo un aumento della tensione di uscita del modulo I/V di 73,6dB.
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 Tevo Tornado 3D printer Scheda Audio su USB UGREEN 30724 anche su Amazon VISHAY EYE SAFETY RISK ASSESSMENT OF IR EMITTING DIODES