Ilmajaamaks on Velleman WS1080 (tegelikult rebranded FineOffset WS1080 vanem mudel). Ilmajaamast loeb andmeid igal viiendal minutil Pythonis kirjutatud skript, mis kasutab lihtsustatud WeeWX FineOffset USB draiverit.

Tootja andmed ilmajaama kohta:

• Temperatuuri vahemik: -40,0 °C kuni + 65,0 °C, eraldusvõime 0.1 °C;
• Õhuniiskuse vahemik: 10% kuni 99%, eraldusvõime 1%;
• Õhurõhu mõõtevahemik: 919-1080 hPa, eraldusvõime 0.1 hPa ja täpsus 1.5 hPa;
• Vihmahulga näit: 0–9999 mm, eraldusvõime: 0,3 mm, kui vihmahulk on < 1000 mm ja 1 mm kui vihmahulk on > 1000 mm;
• Tuule kiirus: 0–44 m/s;

Ilmajaamale on lisatud nähava valguse, infrapuna- ja ultraviolettkiirguse andurid:

Nähtava valguse ja infrapunakiirguse anduril TSL2561 on kanalit: CH0 (nähtav valgus + infrapunakiirgus) ja CH1 (ainult infrapunakiirgus). Eraldusvõime sõltub integratsioonisajast (Sensor ei loe valgust hetkeliselt – see kogub footoneid teatud aja jooksul enne kui tulemus loendatakse. Lühema ajaga jõuab sensorisse vähem footoneid ja loend jääb väiksemaks. Samas iga loendi samm esindab suuremat valgushulka, st täpsus on halvem.See on sama põhimõte nagu kaamera säriaeg.) – vaikimisi 402 ms, mis annab parima tundlikkuse.

Valgustugevus (lux) arvutatakse CH0 ja CH1 suhtest. Vahemik 0.1–40 000 lux, täpsus ±15% (tootja andmetel).

Infrapunakiirgus on lineaarne teisendus väljundist. Ühik W/m², eraldusvõime 0.0008 W/m².

Ultraviolettkiirguse andur GUVA-S12SD annab väljundiks pinge ligikaudu 1.0V (UVI=0) kuni ~2.1V (UVI=11). Eraldusvõime 0.125 mV.

UV indeks (UVI) on lineaarne teisendus (uvi = (pinge - 1.0) / 0.1). Vahemik 0–11+, eraldusvõime ~0.1 UVI. Täpsus ±1 UVI, mis vastab WHO UV indeksi klassifikatsioonile.

UV kiirgustihedus on konstantne teisendus (uv_wm2 = uvi * 0.025). Ühik W/m², eraldusvõime 0.025 W/m² ühe UVI sammu kohta. Tegemist on lihtsustusega – tegelikkuses sõltub UV kiirguse spektraalne jaotus kellajast ja atmosfäärist.

Arvutuslikud suurused:

Mõõdetud GHI – global horizontal irradiance – (W/m²) (ghi_measured = ir_wm2 + uv_wm2) on IR ja UV komponentide summa. Tegemist on lihtsustusega, kuna see jätab välja nähtava valguse otsese energiapanuse. Absoluutväärtus ei ole võrreldav meteoroloogilise püranomeetriga, kuid suhteline muutus on usaldusväärne.

Teoreetiline selge taeva GHI (W/m²) arvutatakse Ineichen–Perez mudelist, sisendiks on päikese kõrgusnurk. Atmosfääri läbipaistvus τ = 0.75 on fikseeritud tüüpiline väärtus – ei arvesta niiskust ega aerosoolide kontsentratsiooni. Täpsus ±10–20% võrreldes täieliku mudeliga.

Pilvisusindeks (0–1) on mõõdetud ja teoreetilise maksimumi suhe (cloud_ratio = ghi_measured / ghi_clear ). Väärtus 1.0 = täiesti selge, 0.0 = täiesti pilvine. Arvutatakse ainult kui ghi_clear > 10 W/m² korral(st päike on piisavalt kõrgel).

Vahemik	Indeks
0.40	Pilvine
0.40 - 0.75	Vahelduv
0.75	Selge

Summaarne kiirgus:

Päevane kiirgussumma on integraal mõõdetud GHI × Δt, kus Δt on mõõtmiste vaheline aeg tundides. Ühik Wh/m². Eraldusvõime sõltub mõõtmissagedusest – 5-minutise intervalliga ~0.08 Wh/m². Lähtestatakse iga päev päikeseloojangul.

Aastane kiirgussumma on päevaste summade kumulatiivne liitmine, ühik kWh/m². Eraldusvõime 0.001 kWh/m².

Äike

Äike on kompleksne õhuelektriline atmosfäärinähtus, mis tekib tavaliselt kõrgele tõusvate õhuvoolude ja konvektsioonipilvede intensiivse arengu tagajärjel.

Äike liigitatakse õhumassisiseseks, frontaalseks ja orograafiliseks.

Õhumassisisene äike jaguneb omakorda termiliseks, advektiivseks. Termilist äikest põhjustab tormiline konvektsioon labiilses õhumassis, kaasnevate võimsate tõusvate õhuvooludega, mis tekivad maapinna ebaühtlase soojenemise tagajärjel harilikult pärast keskpäeva, mere kohal ka öösel ja hommikul.

Advektiivne äike tekib siis, kui soojale aluspinnale voolab külm õhumass, mistõttu tekivad konvektsioonivoolud päikeselt otseselt energiat saamata, tüüpiline on see külma frondi tagalas.

Frontaalne äike on seotud enamasti külma- või oklusioonifrondiga (atmosfäärifront), arenedes neis tekkivais pilvedes. Sel juhul muutub ilm pärast äikest tavaliselt jahedamaks. Mõnikord tekib frontaaläike soojal frondil ja võib siis olla iseäranis tugev. Sel juhul võib ilm pärast äikest tuntavalt soojeneda. Frontaaläike hõlmab suuremat piirkonda ning kestab kauem kui kohalik äike.

Orograafiline äike tekib mägisel maastikul, kui õhumass on õhurõhu horisontaalse gradiendi tõttu sunnitud liikumisel tõusma piki künka, mäe või mäeaheliku tuulepealset nõlva. Kõigi nende äikeseliikide tekkimise peamiseks eelduseks on ebapüsiva (labiilse) vertikaalse tasakaaliga õhumassi paiknemine antud geograafilisel alal.

Välk ehk pikne on võimas nähtav elektriline sädelahendus, mis esineb looduses äikesepilves, pilvede vahel, pilve ja maapinna vahel või ka pilvede ja pilvedest kõrgemal asuva õhukihi vahel.

Õhus on alati elektrilaenguid ka täiesti puhtas õhus leidub laetud osakesi. Äikesepilves tekib läbilöök väljatugevustel umbes 25–50 kV/m, välgu otste vahel võib pinge ulatuda 1 GV-ni. Välgu energiaallikaks on tõusvad õhuvoolud äikesepilves. Õhuvoolu kiirus võib ulatuda kuni 50 m/s. Vertikaalne õhuvool üles käivitab õhuosakeste hõõrdumisel n-ö staatilise elektrigeneraatori, suured raheterad ja veepiisad omandavad negatiivse laengu ning väikesed piisad positiivse laengu. Tõusev õhuvool viib positiivselt laetud kergemad väikesed piisad elektrilist tõmbejõudu ületades pilve ülaossa, kuni elektrivälja tugevus kasvab läbilöögiks piisavalt suureks.

Äikesetormide aktiivsuse jälgimiseks on sobiv vahend sfäärilised signaalid.

Sfäärilised signaalid

Atmosfäärilised raadiosignaalid ehk sfäärilised signaalid on lairibalised elektromagnetilised impulsid, mis tekivad looduslike välgulahenduste tagajärjel. Sfäärilised signaalid võivad levida oma allikast ilma suurema nõrgenemiseta Maa-ionosfääri lainejuhis ning neid saab vastu võtta tuhandete kilomeetrite kauguselt allikast.

Kui sfäärilisest signaalist tulev elektromagnetiline energia väljub Maa-ionosfääri lainejuhist ja siseneb magnetosfääri, hajub see Maa-lähedase plasma poolt, moodustades vilesignaali (inglise keeles Whistler).

Välgukanal koos kõigi oma harude ja elektrivooludega käitub nagu tohutu antennisüsteem, millest kiirgatakse igasuguse sagedusega elektromagnetlaineid. Välgusähvatuse tagasilöök (R-stroke ehk return stroke) tekitab elektrivoolusid, mis liiguvad mööda eelnevalt ioniseeritud kanalit maapinnalt pilve suunas. Need voolud on vastutavad välgu kõige eredama valgusnähtuse ja tugevaima elektromagnetilise kiirguse eest. Välgusähvatuse tagasilöökide või pilvesiseste löökide (K-löökide) ajal tekkivad mööduvad elektrivoolud on peamised allikad sfääriliste signaalide tekkimiseks. Kuigi see kiirgus domineerib sagedustel alla 100 kHz, muutub pidev mürakomponent kõrgematel sagedustel üha olulisemaks. Sfääriliste kiirguste levimine toimub Maa-ionosfääri lainejuhis Maa pinna ning ionosfääri D- ja E-kihtide vahel.

Sfääriliste signaalide maksimaalne spektraalne amplituud on tavaliselt umbes 5 kHz juures. Kui Maa pind oleks ideaalselt juhtiv väheneks spektraalne amplituud 1/f võrra sageduse suurenedes või vähendedes. Reaalse maapinna mõju põhjustab kõrgemate sageduste tugevamat nõrgenemist.

R-lained kiirgavad suurema osa oma energiast ELF/VLF vahemikus (ELF = äärmiselt madalad sagedused, < 3 kHz; VLF = väga madalad sagedused, 3–30 kHz; vaata ka http://www.vlf.it/). Need lained peegelduvad ja nõrgenevad nii maapinnal kui ka ionosfääri D-kihis. Peegeldumine ja nõrgenemine maapinnal sõltub sagedusest, kaugusest ja orograafiast. Ionosfääri D-kihi puhul sõltub see lisaks kellaajast, aastaajast, laiuskraadist ja geomagnetilisest väljast.

Maa-ionosfääri lainejuht on dispersiivne. Selle leviomadused sõltuvad peamiselt kaugusest ja sagedusest. VLF-vahemikus vähim sumbumine toimub umbes 15 kHz juures. Seega käitub Maa-ionosfääri lainejuht nagu ribapääsfilter, valides selle sagedusriba lairibasignaalist välja. 15 kHz signaal domineerib kaugustel üle ca 5000 km.

ELF sagedusalas (< 3 kHz) levivad peamiselt resonantslaineid, mis ergastuvad Maa-ionosfääri lainejuhi õõnsuses peamiselt kahe tagasilöögi vahel välguvoolu komponentide abil.

Iga üksiku välgulöögi ajaliselt eristamine ei ole võimalik, sest globaalne keskmine ergastussagedus (~50 välgulööki sekundis) segab üksikute välkude eristamise. Siiski esineb aeg-ajalt väga tugevaid välgulööke, mis tekitavad taustast selgelt eristatavaid signatuure. Neid nimetatakse „Q-purseteks“ (Q-bursts ehk extraordinary lightning strokes). Q-pursete nimi tuleneb laengu suurusest („Q“ tähistab füüsikas kogulaengut), sest selliste välgulöökide eripära ei ole mitte ainult hetkeline tugev vool, vaid just erakordselt suur kogulaeng, mis lühikese aja jooksul pilvest maapinnale kandub.

Q-pursked võivad ületada taustsignaali amplituudi enam kui kümnekordselt ning esinevad umbes 10-sekundiliste intervallidega, mistõttu saab neid käsitleda eraldiseisvate sündmustena ja määrata nende allikaks olnud välgu asukohta.

Tavaline välgulöök tekitab samuti elektromagnetilise impulsi, kuid see on suhteliselt lühike ja selle mõju Maa ja ionosfääri vahel jääb tagasihoidlikumaks. Q-purske puhul on olukord teistsugune: välgulöök kestab kauem ja kannab rohkem laengut, mille tulemusena „ergastatakse“ Maa ja ionosfääri vaheline ruum kui omamoodi resonantsõõs. Seda võib ette kujutada kui hiiglaslikku sfäärilist lainejuhti, kus Maa pind ja ionosfäär toimivad peegeldavate piiridena. Kui sinna süsteemi antakse piisavalt tugev impulss, hakkab see teatud sagedustel „helisema“.

Just seda „helinat“ me mõõdamegi Q-purskena. Q-pursete lainepikkused on sõltuvad Maa ümbermõõdust ja nende resonantssagedusi saab ligikaudselt määrata: fm ≃ mc/(2πa) ≃ 7,5 m Hz (kus m = 1, 2, ...; a on Maa raadius ja c on valguse kiirus). Neid resonantsrežiime oma põhisagedusega f1 ≃ 7,5 Hz tuntakse Schumanni resonantsidena. Q-purske ajal on need resonantsid ajutiselt väga tugevalt võimendunud ja eristuvad taustmürast selgelt. See tähendab, et üksik tugev välgulöök võib tekitada globaalselt mõõdetava elektromagnetilise sündmuse, mida registreerivad isegi väga kaugel asuvad mõõtejaamad.

Oluline on mõista, et Q-pursked ei ole eraldi „välgunähtus“ klassikalises mõttes, vaid pigem teatud tüüpi välgulöökide kaugmõõdetav elektromagnetiline avaldumine. Need on seotud nn positiivsete pilv–maa välgulöökidega, mis on haruldasemad, kuid palju energiarikkamad kui tavalised negatiivsed löögid. Selliste löökide tippvool võib ulatuda sadadesse kiloampritesse ning kogulaeng kümnetesse või isegi sadadesse kulonitesse, mis ongi piisav Maa–ionosfääri resonantssüsteemi tugevalt ergastamiseks.

Schumanni resonantsid

Schumanni resonantsid on äärmiselt madala sagedusega elektromagnetilised võnked, mis tekivad Maa pinna ja ionosfääri vahelises ruumis välgulöökide tagajärjel. Schumanni resonantsid tekivad, kuna ruum Maa pinna ja juhtiva ionosfääri vahel toimib suletud muutuva suurusega lainejuhina. Ruum ergastub välkudega seotud elektrivoolude toimel.

Schumanni resonantsid on sfäärilise õõnsuse omavõnkumised.

Kuna Maa ja ionosfäär moodustavad suletud õõnsuse, siis seal ei saa tekkida suvalist elektromagnetlainet – ainult sellised, mis "mahuvad" õõnsusesse täpselt ära, st nende lainepikkus sobib kokku õõnsuse mõõtmetega. Igat sellist lubatud mustrit nimetataksegi moodiks (reziimiks):

• 1. mood (põhimood, n = 1) → 7,83 Hz – lihtsaim võimalik muster
• 2. mood (n = 2) → 14,3 Hz – keerukam muster
• 3. mood (n = 3) → 20,8 Hz – veelgi keerukam muster
• 4. mood (n = 4) → 27,3 Hz – eelmisest veelgi keerukam muster
• 5. mood (n = 5) → 33,8 Hz – eelmisest veelgi keerukam muster

Ideaaljuhul kirjeldab Schumanni resonantside sagedusi valem:

kus c on valguse kiirus, R Maa raadius ja n = 1, 2, 3, 4 või 5.

Tegelik Maa-ionosfääri lainejuht ei ole ideaalne. Ionosfääri reaalse elektrijuhtivuse väärtuse tõttu tekkivad kaod vähendavad elektromagnetiliste signaalide levimiskiirust, mille tulemuseks on resonantssagedus, mis on madalam kui ideaalsel juhul oodata võiks, ja vaadeldavad piigid on laiad. Lisaks esineb mitmeid horisontaalseid asümmeetriaid – ionosfääri kõrguse erinevus päeval ja öösel, Maa magnetvälja laiuskraadi muutused, järsud ionosfääri häired, polaarkorgi neeldumine, Maa raadiuse varieerumine ± 11 km võrra ekvaatorist geograafiliste poolusteni jne, mis tekitavad Schumanni resonantsi võimsusspektrites muid efekte.

Schumanni resonantside normaalmoodide kirjelduses on põhirežiim seisulaine Maa–ionosfääri õõnsuses, mille lainepikkus on võrdne Maa ümbermõõduga. Madalaima sagedusega režiimil on suurim intensiivsus ning kõigi režiimide sagedused võivad veidi varieeruda Päikese poolt põhjustatud ionosfääri häirituste tõttu (mis suruvad kokku suletud õõnsuse ülemist piiri) ning muude tegurite mõjul. Kõrgemad resonantsrežiimid paiknevad ligikaudu 6,5 Hz sammuga, mis tuleneb atmosfääri sfäärilisest geomeetriast. Tippudel on ligikaudu 20% spektraalne laius, mis on tingitud vastavate režiimide sumbumisest dissipatiivses õõnsuses.

Schumanni resonantside vaatlusi on kasutatud globaalse välguaktiivsuse jälgimiseks. Igal ajahetkel esineb maailmas ligikaudu 2000 äikesetormi. Need tekitavad umbes 50 välgulööki sekundis ning on otseselt seotud Schumanni resonantsi taustsignaaliga.

Välgu ruumilise jaotuse määramine Schumanni resonantsi andmetest on keeruline ülesanne. Välgu intensiivsuse hindamiseks nende andmete põhjal tuleb arvestada nii kaugust välguallikateni kui ka lainete levikut allika ja vaatleja vahel. Üheks levinud lähenemiseks on teha esialgne eeldus välgu ruumilise jaotuse kohta, tuginedes välgu klimatoloogia tuntud omadustele.

Üks meetod, mis ei nõua eelduseid välgu jaotuse kohta, põhineb keskmise taustalise Schumanni resonantsi spektri lahutamisel komponentideks, kasutades keskmiste elektri- ja magnetvälja spektrite ning nende lineaarse kombinatsiooni suhteid. See meetod eeldab, et õõnsus on sfääriliselt sümmeetriline, mistõttu ei arvesta see teadaolevate asümmeetriatega, mis mõjutavad resonantsi ja elektromagnetlainete levikut selles süsteemis.

Schumanni resonantsi nähtuse kõige paremini dokumenteeritud ja samas enim vaieldud omaduseks on taustspektri ööpäevased muutused.

Iseloomulik Schumanni resonantsi ööpäevane salvestus peegeldab nii globaalset välguaktiivsust kui ka Maa–ionosfääri õõnsuse seisundit allika piirkonna ja vaatleja vahel. Vertikaalne elektriväli ei sõltu allika suunast vaatleja suhtes ning on seega globaalse välguaktiivsuse mõõt.

Vertikaalse elektrivälja ööpäevane käitumine näitab kolme selget maksimumi, mis on seotud kolme planeedi peamise välguaktiivsuse „kuumkohaga“: üks kell 9 UT (universaalaeg), mis on seotud Kagu-Aasia äikeseaktiivsuse päevase tipuga; teine kell 14 UT, seotud Aafrika välguaktiivsuse tipuga; ning kolmas kell 20 UT, seotud Lõuna-Ameerika välguaktiivsuse tipuga. Tippude ajastus ja amplituud muutuvad aasta jooksul vastavalt välguaktiivsuse hooajalistele muutustele.

Varases kirjanduses seletati Schumanni resonantsi võimsuse ööpäevaseid muutusi allika ja vastuvõtja (välk–vaatleja) geomeetria muutustega. Järeldati, et nende muutuste selgitamiseks ei ole vaja eeldada ionosfääri (mis toimib lainejuhi ülemise piirina) süstemaatilisi muutusi. Hilisemad teoreetilised uuringud toetasid varaseid hinnanguid ionosfääri päev-öö asümmeetria (päevase ja öise juhtivuse erinevuse) väikese mõju kohta täheldatud väljade intensiivsuse muutustele.

Schumanni resonantsi amplituudi andmed näitavad märkimisväärseid ööpäevaseid ja hooajalisi muutusi, mis sageli langevad ajaliselt kokku päev-öö ülemineku hetkega (terminaatoriga). See ajaline kokkulangevus näib toetavat oletust ionosfääri päev-öö asümmeetria olulise mõju kohta resonantsi amplituudidele.

Teisalt on palju päevi, mil Schumanni resonantsi amplituud ei suurene päikesetõusul ega vähene päikeseloojangul. On uuringuid, mis näitavad, et amplituudi üldist käitumist saab seletada äikesetormide ööpäevase ja hooajalise liikumisega ilma ionosfääri muutusi arvestamata.

Schumanni resonantside mõõtmised võimaldavad globaalset välguaktiivsust üsna hästi jälgida. Kuna VLF-lainete sumbumine on läänest itta levimisel ja öösel väiksem, võib öistes tingimustes läänest saabuvate signaalide puhul täheldada äikesetormide aktiivsust kuni umbes 10 000 km kaugusel. Muul ajal on edastusulatus suurusjärgus 5000 km.

Praegu arvatakse, et paljud Schumanni resonantsi siirdeprotsessid (näiteks Q-pursked) on seotud mööduvate valgusnähtustega (TLE – transient luminous events).

Staatiline müra

Atmosfäärimüra on raadiomüra ehk "staatiline müra", mida põhjustavad looduslikud atmosfääriprotsessid, peamiselt äikesetormide ajal tekkivad välgulöögid. Selle põhjustavad peamiselt pilvede ja maapinna vahelised välgusähvatused, kuna vool on palju tugevam kui pilvede vaheliste välgusähvatuste oma. Maailma mastaabis toimub iga päev 3,5 miljonit välgusähvatust. See tähendab, et sekundis on umbes 40 välgusähvatust.

Kõigi nende välgusähvatuste summa moodustab atmosfäärimüra. Seda saab hõlpsasti kuulda AM-raadioga, mis on häälestatud kasutamata sagedusele.

Sfääriliste signaalide (atmosfääriliste impulsside) kanal

Operatsioonivõimendi (OV) LF355 moodustab väga kõrge sisendtaksitusega elektrostaatiline eelaste, mis võtab vastu impulss- ja lairibamüra antennilt.

Operatsioonivõimendi 741 ülesandeks on aktiivne madalpääs filert ja signaali võimendus ning muuta impulsid kuuldavaks helisignaaliks. OV tagasisideahel R5 = 470kΩ ja C6 = 100pF moodustavad aktiivse madalpääsfiltri:

OV LF355 ja OV 741 vaheline sidestus C5 = 100nF ja R4 = 5,6kΩ moodustavad kõrgpääsfitri:

Seega OV 741 töötab kitsas sagesusvahemikus 2,8kHz kuni 3,4kHz. tegemist on klassikalise sfääriliste signaalide vastuvõtjaga - äike tekitab väga järske impulsse milliste spekter ulatub helialasse. LF355 ei pea andma kasulikku võimendust MHz-des, vaid peab reageerima väga järskudele impulsi servadele (suur dV/dt) ja mitte summutama impulssi enne, kui see muudetakse heliks. LF355 impulsi tõusunirk on ca 13V/µs ja GBW ca 20MHz, mis on täiesti piisav impulssdetektori rollis.

Antennina on kasutusel tavaline teleskoopantenn pikkusga 730mm. Antennist võimendini on kaabel RG174. 730 mm teleskoopantenni mahtuvus maapinna suhtes on ca 10…25 pF. Vastuvõetud pinge on proportsionaalne antenni pikkusega (kuni antenn on lühike võrreldes lainepikkusega). Kui antenni pikkust kahekordistada, suurenebimpulsi amplituud ca kaks korda. Võimendi sisendis domineerib kaabli mahtuvus ( ca 200pF), seega antenni enda 10–25 pF on teisejärguline. Antenni pikkus mõjutab tundlikkust (amplituudi), mitte skeemi lõikesagedusi ega stabiilsust.

Antenn ja kaabel toimivad elektrostaatilise sondina mille väljund on laeng/pinge, nende käitumise määrab peamiselt koormav mahtuvus ja lekked. Seetõttu on kriitiline küsimus mida antenn „näeb” koormusena.

Lüliti 1 mõju antenni koormusele

Asendis 1 toimib ühendus antenn -> C2 -> LF355 sisend. Ainus alalisvoolu leke on takist R1 = 47kΩ kaudu, vahelduvvoolu mõttes on impedants väga suur. Antenn „näeb” peaaegu avatud ahelat, ainult kaabli ja sisendi mahtuvust (~230 pF) ning väga nõrka takistuslikku leket. Tagajärg antennile - antenni laeng ei tühjene kiiresti ja see on väga hea aeglaste ja nõrkade väljade (kaugete äikeseimpulsside) vastuvõtuks. Sellist tööreziimi nimetatakse voltage probe-režiimiks.

Asendis 3 toimib Üüendus antenn -> C1 -> C2 -> LF355 sisend. Antenn on mahtuvuslikult lahutatud, alalisvoolu mõttes antenn on sisuliselt maandatud. Antenn „näeb” madalama efektiivse impedantsiga koormust. Laeng juhitakse kiiremini ära. Tagajärg antennile - antenni pinge ei saa kõrgeks kasvada, tugevad lokaalsed häired summutatakse. Antenn käitub pigem current probe-ina. Asend 3 „lühendab” antenni elektriliselt.

Parameeter	Lüliti asend 1	Lüliti asend 3
Efektiivne koormus	Väga kõrge Z	Madalam Z
Laengu säilivus	Suur	Väike
Tundlikkus	Maksimaalne	Väiksem
Kohaliku müra vastuvõtt	Suur	Väiksem
Kaugete impulsside vastuvõtt	Hea	Halvem
Mõju impulsi kujule	Impulss laiem, rohkem LF-komponente, rohkem „mürinat”	Impulss kitsam, teravam, rohkem HF-komponente, subjektiivselt „krõbedam” heli

Lüliti asendis 1 töötab antenn kui kõrge impedantsiga elektrostaatiline pingeandur. Lüliti asendis 3 töötab antenn kui madalama impedantsiga, kiire laengu äravooluga sond. Praktikas tähendab see et:

• Vaikne keskkond, nõrgad sferikud -> kasuta lüliti asendit 1;
• Linn, palju häireid -> kasuta lüliti asendit 3.

Heli

Staatlilise müra kanal

Antenn..

OV 741 on STATIC kanalis on võimendi, mille sisend on kapatsiivne antenn. Selle ahela eesmärk on aeglaste elektrivälja muutuste (DC…väga madal LF) võimendamine.

Sisend antenn -> JFET J176 -> OV 741 annab väga kõrge impedantsi. Sisend käitub integraatorina.

OV 741 tagasiside ahel R16 = 10MΩ ja C14 = 100pF moodustab aktiivse madalpääsfiltri:

Kui toimub väga järsk elektromagnetvälja muutus laeb mahtuvuslik antenn end. OV 741 väljund teeb aeglase astmelise nihke mille järeltoimub väga aeglane taastumine.

JFET J176 ei piira lõppsignaali vaid kujundab IC4 sisendit.

OV 741 aste on väga suure võimendusega aeglane võimendi ja on mõeldud staatilise elektrivälja muutuste võimendamiseks. Selline aste küllastub väga kergesti ja selle taastumine võib võtta aega sekundites.

JFET J176 töötab pinge abil juhitava dünaamilise takistina. JFET töötab tavaliselt sulgerežiimis (depletion mode), mis tähendab, et see on "normaalselt avatud" (juhib voolu, kui Vgs≈0). J176 on P-kanaliga JFET mis vajab juhtivuse vähendamiseks negatiivset Vgs. Lüliti 2 avatud asendis on JFET J176 Vgs≈0 ja JFET J176 on maksimaalselt juhtiv. Selle tulemusel summutatakse signaali tugevamalt, võimendi tundlikkus on väiksem, kuid stabiilsus on palju parem. Lüliti 2 suletud asendis JFET J176 JFET juhtivus väheneb, võimendi tundlikkus tõuseb, aga tõuseb ka küllastumise risk.

JFET J176 ja R7 ja R17 ja Lüliti 2 moodustavad OV 741 sisendi dünaamilise kaitse- ja lineariseerimisahela. JFET J176 hoiab OV 741 tööpiirkonnas, R7 ja R17 määravad Vgs-i. R7 on tundlikkuse regulaator, määrab summutuse tugevuse. R17 stabiliseerib ja määrab tööpiirkonna. Lüliti 2 võimaldab valida “täpne vs robustne” töörežiimi.

OV 741 on aeglane, tal on suur taastumisaeg küllastusest ja seega ta ei sobi hästi suurte impulsside jaoks. Ilma JFET J176-ta üks tugev välk lööb OV 741 väljundi “kinni” ning võimendi on mitu sekundit kasutuskõlbmatu. JFET J176 ei “lõika” signaali vaid surub dünaamiliselt kokku amplituudi. JFET toimib sisendisse ühendatud shunt-takistina, mis piirab signaali amplituudi, hoiab OV 741 lineaarses tööpiirkonnas ja vähendab küllastumist.

Kui JFET J176 on liiga agressiivne staatilise müra trend moonutatakse. Kui JFET J176 on liiga nõrk siis OV 741 küllastub ja tulemuseks on vale prognoos. R7 tuleb reguleerida nii, et staatilise müra kanal ei küllastu kuid reageerib aeglastele muutustele.

Võimendi on tahtlikult mittelineaarne, mõõdetav tulemus on signaali suhteline tugevus ja dünaamika. Lineaarne tsoon sobib trendi mõõtmiseks ja nõrkade nähtuste analüüsiks. Kompressioonitsoon sobib prognoosiks ja muutuste kiiruse hindamiseks.

Võimendi ülekandekarakteristik

Lineaarne tsoonis (~0…200 mV) on JFET mõju väike, OV 741 töötab lineaarpiirkonnas ja mõõtmine on täpne. Kompresseeruvas tsoonis (~200…800 mV) JFET hakkab juhtima, signaal “surutakse kokku” ja võimendus väheneb. Siin dünaamika säilitamib, aga absoluutne tugevus moonutub. Tugeva kompressiooni (>800 mV) tsoonis JFET toimib praktiliselt shuntina ja OV 741 ei saa enam suurt signaali mille tulemusena väljund “küllastub pehmelt” kuid süsteem jääb tööle ka väga tugeva äikese korral

Staatilise müra kanalis mõõdetakse välgulöögil tekkiva laengu taset, elektromagnetvälja taset ja jälgitakse trendi kujunemist.

Kahe kanali võrdlus

Omadus	Sfäärilise signaali kanal	Staatilise müra kanal
Sagedusala	2,8kHz kuni 3,4kHz	DC – ~0.1 Hz
Impulsi kuju	„krõps”, „plõks”	aeglane samm
Kuuldav	Jah	Ei

Selline kahe kanali kombinatsioon võimaldab valehäirete filtrit, eelhoiatust ja kauguse hinnangut.