Fenster_Interfrometer

Das Projekt Interferometer
Die Besonderheiten und was man beachten muss wenn man Interferometrie macht wurde von den Teilnehmern bei Jugend Forscht Wettbewerb 2014 aufgezeigt. Evgeny Ulanov, Noah Schneiders haben mit ihrer Arbeit damit den 2. Platz im Landeswettbewerb erreicht. Ihre Arbeit ist zu finden unter               http://jufo.stmg.de/Projekte/2014/
Weitere Arbeiten die sich mit Radioastronomie Beschäftigen sind zu finden unter                           http://jufo.stmg.de/

Hier der Aufbau, von einem kleinen Interferometer für die Fensterbank

Fensterbank Interferometer

                                                                                                                        Aug.2014     Horst   DK2KA

Die Nachmittags-Sonne schien ins Zimmer da kam die Idee, die beiden LNB´s vom Interferomemal mit einem Abstand von 1,45 Meter auf die Fensterbank zu legen.

Ob das geht, ohne Antennenschüssel und durch die Doppelverglasung?
Um 17:35 wurde die Messung gestartet, es war zu sehen wie die Sonne aus der maximalen LNB-Richtung verschwand und eine typische Interferometer Schwingung entstand.

In den Messkanälen vom Ost-LNB und West-LNB ist keine Signalveränderung durch die Sonne sichtbar. Die langgestreckte Beule ( 0,2 dB ) ist durch die Änderung der Raumtemperatur  entstanden.
Dagegen ist die Phasendifferenz aus den beiden Messkanälen gut sichtbar. Die Schwingung hat eine Periodendauer von 395 Sekunden.

Mit der Formel zur Winkelberechnung von Parabolantennen kann auch der Winkel berechnet werden, der sich durch die Basisbreite ergibt.
Winkelbreite          a  =  57,3*λ/Β  =  57,3 *0,03/1,45   =  1,19°

Die Erdrotation beträgt    1° in 240 Sekunden
Die Interferometer Periodendauer ist somit:           t  =  1,19 * 240 Sec  =   284 Sec

Dies ist die Periodendauer für die Blickrichtung Süd, da aber mein Fenster in Richtung West liegt vergrößert sich die Periodendauer. Die Sonnenbahn geht schräg zu Messbasis.
Ende August und in der Blickrichtung Ost bzw. West bewegt sich die Sonne mit ca. 45 Grad zum Horizont.
Die Vergrößerung der Periode ist dann:          tmess   =   284 / cos 45    =     401 Sec
Das ist der Wert der auch bei der Messung ermittelt wurde.

Zweite Messung

fenster+

Diesmal wurde die Messung mit einer schrägen Basis von ca. 45 Grad durchgeführt.

Der Abstand der LNB’s wurde wieder auf 1,45 Meter eingestellt.

 

Beim Beginn der Messung ist die Periodendauer 400 Sec. und verringert sich dann auf 287 Sec. am Anfang des letzten Drittels und zum Ende hin steigt die Dauer auf 300 Sec..

Bei einem so großen Erfassungsbereich ändert sich während der Bewegung, der Winkel von der Sonne somit stimmt nur im hinteren Drittel der Messung der Sonnenwinkel mit der Montage der LNB‘s von 45 Grad überein.

Der ganze registrierte Durchlauf ist 4 Std. und 20 Min. lang.

Die Erde dreht sich in einer Stunde um 15°, somit ist der erfasste Winkelbereich ca. 66 Grad.

Kann man mit einem LNB diesen Winkelbereich Erfassen?
Die Parabolantennen für den Satellitenempfang haben ein F/D-Verhältnis von 0,6 , um eine Antenne auszuleuchten benötigt man einen LNB mit einem Öffnungswinkel, 53° bei -3dB , b.z.w.   98° bei -10dB
Dies passt auch zu dem Empfangsbereich der Messung. bild2_plus

 

Hardw                          Blockschaltbild

blockschalt

 

 

 

 

 

 

Die Frequenz der beiden 650MHz Filter ist nicht kritisch (640-830MHz), sie muss nur gleich sein.

Interferometer Komponenten

SAT-Spiegel
Ein Aufbau mit Camping Spiegeln von 35cm Breite reicht für die Messungen von Sonne und Mond aus. Mit Offsetspiegeln von 1,2m Breite sind über 10 Objekte nachweisbar.
Parabolantennen werden teuer wenn die Größen die Standartware überschreitet. Bei einer Größe über 1,2 Meter wird es mit der Mechanik aufwendig. Ein Spiegel von 1,2 m hat einen Öffnungswinkel von 1,4 Grad. Bei Wind bewegt sich auch ein 60 mm Antennenmast. Eine Positionsänderung der Spiegel von 15mm ergibt eine Phasenumkehr die das Signal auslöscht. Bei starkem böigem Wind ist keine Messung möglich.

LNB
Für den Empfang benötigt man eine LNB-Ausführung mit PLL-Schaltung z.B. BS1K1EL 100 (ca. 4 Euro ) LNB mit 2 Ausgängen BS1K1EL 200 (ca. 13 Euro ). Die LNB’s sind umzubauen und sind mit einer Zentral erzeugten Frequenz (25 MHz) zu versorgen.

Tiefpassfilter
Damit die Messungen nicht durch die starken SAT-Signale übersteuert werden benötigt man hinter dem LNB ein Tiefpassfilter, dann kann man unterhalb vom SAT-Bereich bei 840 MHz bis 620 MHz gut messen. Type TUZ 198-62 (ca. 7 Euro)

Splitter
Für SAT und Kabel-TV gibt es Splitter die einen Frequenzbereich von 5 bis 2200MHz haben. Es gibt sie in den Bauformen 1:2, 1:4 und 1:8 (3 bis 14 Euro), mit ihnen können Signale aufgeteilt und zusammengefügt werden. Durch die interne Verschaltung sind die Anschlüsse untereinander entkoppelt.

Verstärker
Die Breitbandverstärker für den SAT-Bereich gehen von 25 MHz bis 2,3 GHz; 13 V bis 18V Die Verstärker für Kabel-Fernsehen gehen von 25 MHz bis 860 MHz; 9 V bis 12 V

Gleichrichter
SAT-Finder sind nicht zu empfehlen, da sie sehr Temperaturabhängig sind und die Anzeige keine Zuordnung zur Signalstärke zulässt. Gleichrichter mit einer Diode und entsprechender Temperaturkompensation erreicht 20dB Dynamik. Die bessere Lösung ist hier ein Gleichrichter mit Logarithmischer Kennlinie, die haben fast alle über 60dB Dynamik. Es gibt leider nur selten als fertige Baugruppen oder Leiterplatten. Für die SAT-Zwischenfrequenz geeignet sind AD8313 oder MAX4000.
Aug. 2014: zurzeit gibt es bestückte Bords, mit dem AD8313, von SV1AFN über EBay oder Homepage

Gleichrichter Alternative
Bei Interferometer je nach Ausführung wird die Messung mehr oder weniger durch Amplitudenschwankungen gestört (Wolken), eine Verbesserung bringt hier eine Phasenmessung. Gute Ergebnisse brachte der Einsatz eines AD8302 von Analog Device. Trotz der Benutzung des Phasenausganges ist es möglich eine Aussage über die Signalstärke der gemessenen Objekte zu machen.

A/D Wandler
Da gibt es einige Analog/Digitalwandler die eine Schnittstelle zum PC haben. Die Bit-Auflösung sollte nicht zu klein sein, wir haben deinen hohen Pegelunterschied vom Sonnenrauschen bis zum Empfängerrauschen. Bei der Radioastronomie suchen wir Signaldifferenzen im Rauschen, deshalb sollte der Wandler hier eine gute Auflösung haben. Eine Messung pro Sekunde reicht. Gut ist es wenn der A/D-Wandler in der Zeit zwischen den Abfragen, selber mehrere Messungen durchführt und eine Mittelwertbildung macht. Eine Windows-Lösung mit hoher Auflösung und 8 Kanälen ist der adx-24 von Tobka.
Der Nachteil aller Preiswerten Lösungen ist das sie keinen exakten Zeittakt für die Messung haben.

Motorsteuerung
Um Objekte auf verschiedenen Galaktischen Winkel zu erfassen muss die Antenne verstellbar sein. Ein Schubstangenmotor (Axcellometer) von 24 Zoll Größe reicht, die gibt es für ca. 40 Euro.
Was geht, aber den Spiegel unstabiler macht ist ein Schrauben-Lager was aus zwei gekonterten Schrauben aufgebaut ist.

Winkelmessung
Zur Messung kann ein 3D G-Sensor z.B. MMA7260 verwendet werden, dieser kann an einen ARDUINO angeschlossen werden, der dann auf dem Display die Antennenwinkel anzeigen kann.