Interferometer-Komponenten

Von H.G. Thum (DK2KA)  Dez 2014
SAT-Spiegel

Ein Aufbau mit Camping Spiegeln von 35 cm Breite reicht für die Messungen von Sonne und Mond aus. Mit Offsetspiegeln von 1,2 m Breite sind über 10 astronomische Objekte nachweisbar.

Parabolantennen werden teuer, wenn die Größen die Standardware überschreitet. Bei einer Größe von über 1,2 Meter wird es mit der Mechanik aufwendig. Ein Spiegel von 1,2 m hat einen Öffnungswinkel von ca. 1,4 Grad.

Bei Wind bewegt sich auch ein 60 mm Antennenmast. Eine Positionsänderung der Spiegel von 15 mm ergibt eine Phasenumkehr, die das Signal auslöscht. Bei starkem böigem Wind ist keine Messung möglich.


Blockschaltbild

 

 

LNB

Bei einem Interferometer müssen die Empfangsorte auf gleicher Frequenz die Signale phasenstar empfangen. Dies ist möglich wenn alle LNBs mit einer Referenzfrequenz versorgt werden. Dazu benötigt man einen LNB, der mit einer PLL-Schaltung aufgebaut ist. Von der Firma Sharp ist dies die Serie BS1K1EL, jedoch hat der Hersteller Ende 2014 das Design geändert, dies führte zu einer Qualitätseinbuße, siehe PDF-Dokument Sharp Umbau. Die Firma Octagon vertreibt das Modell OTLSO, die PLL kann mit einer 27 MHz Referenz synchronisiert werden, siehe PDF-Dokument Octagon Umbau.
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 2200 MHz 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. Da die Splitter ein tiefe untere Grenzfrequenz haben, können sie auch zur Aufteilung der Referenzfrequenz verwendet werden.

Verstärker

Die Breitbandverstärker für den SAT-Bereich gehen von 25 MHz bis 2,3 GHz; Spannung 13 V bis 18 V. Die Verstärker für Kabel-Fernsehen gehen von 25 MHz bis 860 MHz;  Spannung 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. Ein Gleichrichter mit einer Diode die temperaturkompensiert ist, erreicht 20 dB Dynamik. Die bessere Lösung ist hier ein Gleichrichter mit logarithmischer Kennlinie, die haben fast alle über 60 dB Dynamik. Es gibt sie leider nur selten als fertige Baugruppen oder Leiterplatten. Für die SAT-Zwischenfrequenz geeignet sind AD8313 oder MAX4000. Siehe PDF-Dokument Analog-Device-IC!

[Aug. 2014: zurzeit gibt es bestückte Bords, mit dem AD8313 von SV1AFN, über EBay oder Homepage.]

Gleichrichter Alternative

Jede Messung wird mehr oder weniger durch Amplitudenschwankungen gestört (Wolken). Da bei einem Interferometer Objekte eine Fingerfrequenz erzeugen, kann eine Phasenmessung durchgeführt werden. Gute Ergebnisse brachte der Einsatz des Phasen Detektors AD8302 von Analog Device. Trotz der Benutzung des Phasenausganges ist es möglich eine Aussage über die Signalstärke der gemessenen Objekte zu machen. Siehe PDF-Dokument Analog-Device-IC!

A/D Wandler

Es gibt 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, dass sie keinen exakten Zeittakt für die Messung haben.

Motorsteuerung

Um Objekte auf verschiedenen galaktischen Winkeln zu erfassen muss die Antenne verstellbar sein. Ein  Schubstangenmotor (Axcellometer) von 24 Zoll Größe reicht, die gibt es unter 40 Euro.

Als Drehlager können gekonterte Schrauben verwendet werden, das reicht aus. Eine solche Lagerung hat ein Achsenspiel, dadurch kann sich der Spiegel im Wind etwas bewegen. Ein richtiges Lager ist besser, erhöht aber den Aufwand.

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. Es sind folgende Winkel für eine Antennenanzeige zu berücksichtigen: Winkelberechnung aus den Sin- und Cos-Wertes des G-Sensors unter Berücksichtigung der Referenzspannung. Einrechnen vom Breitengrad des Wohnortes. Einrechnen des Offsetwinkels von der Antenne. Jeder Antennentyp selbst vom gleichen Hersteller hat einen unterschiedlichen Offsetwinkel. Der Offsetwinkel liegt in der Größenordnung 29 bis 35 Grad. Winkelausgabe auf dem Display.

Bandpassfilter

Eine gewisse Selektion sollte jeder astronomische Empfänger haben. Allgemein gilt: Mit einer hohen Bandbreite kann ich viel Rauschenergie empfangen. Ein Interferometer dagegen wertet die Laufzeitunterschiede zwischen zwei oder mehreren Empfangsorten aus und dies bezieht sich auf eine Frequenz. Somit sind schmalbandige Empfangskanäle nötig. Wo liegt der Kompromiss?

Leider gibt es in dem Frequenzbereich 600 bis 1000 MHz keine schmalbandigen Filter zu kaufen, alle haben eine Bandbreite von 30 MHz und mehr. Mit einem Selbstbaufilter erreichte ich ca. 6 MHz Bandbreite. Damit die Schwingkreise so selektiv werden sind sie schwach gekoppelt, was natürlich die Durchgansdämpfung erhöht, diese liegt bei 10 dB. Dies ist aber nicht störend, weil auf der ZF-Ebene genügend Verstärkung vorhanden ist.

Dies ist ein schmalbandiger Betrieb. Bezieht man die 6 MHz Bandbreite auf die Empfangsfrequenz von 10 GHz bezieht, so sind das ca. 0,06 % Bandbreite. Siehe PDF-Dokument Filteraufbau!