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[Messtechnik]

Michael_Haardt

Mitglied
Ein kurzer SMA-Terminator für kleinstes Geld wird mit Sicherheit einen normalen SMD-Widerstand verwenden. In den langen billigen SMA-Terminatoren sind bedrahtete Widerstände drin, die darf man auf keinen Fall kaufen. Ich habe keine Ahnung, welche Impedanz der SMD-Widerstand hat, aber Du hast Recht und ich kann hier nicht die 1 GHz ansetzen, die ich im Kopf hatte, weil der LNB die liefert. Mehr Bandbreite wird es schon sein, aber zunehmend schlechter angepasst.

Dein Argument mit dem Arbeitsbereich verstehe ich, aber ich sehe das so: Ich werde nicht besser werden als das, was ich bei Termination schon sehe und anderslautende Ergebnisse wären vermutlich falsch.

Mir fiel eben ein, dass der AD8318 ja einen Temperatursensor hat und ich den an Kanal 1 des ADC anschloss, also habe ich Code geschrieben, um den auszulesen: 51 Grad. Au weia, egal wie gut der temperaturkompensiert ist, wird er sicher einen Drift nach dem Einschalten zeigen. Naja, 340 mW wollen halt irgendwo hin. Vielleicht sollte ich eine thermische Verbindung zum Deckel der RF-Abschirmung schaffen.

Michael
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ich muss das Datenblatt vom AD8318 nochmal lesen. Das sieht nicht temperaturkompensiert aus:

temperatur.png


Michael
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ich glaube, da habe ich mir ein Bein gestellt: Ein Terminator bietet vermutlich das ganze Frequenzspektrum, wenn auch weniger im oberen Bereich wegen schlechterer Anpassung, und der Temperaturdrift ist frequenzabhängig: 0.0011 dB/C bis 1.9 GHz, aber 0.028 dB/C bei 8 GHz. Ich sehe 0.33 dBm bei 25 C Unterschied, was mit 0.013 dB/C zwischen den Werten von 1.8 GHz und 8 GHz liegt.

Die Tests mit dem Terminator klangen erst wie eine gute Idee, aber mit dem Signal eines LNB verhält sich auch das Radiometer anders, d.h. ich werde nicht sehen können, was dann am LNB und was am Radiometer liegt.

Michael
 

Fritz Lensch

Mitglied
Ein tolles Messgerät mit dem man Antennen und Filter messen kann um Euro 64 ein Vektor-Netzwerkanalysator-Kit 10-kHz-1,5-GHz-HF-UKW-UHF.
Ich habe damit bei meiner Dosenantenne das SWR gemessen. Ebenso kann man unter anderem Filter überprüfen und abgleichen. Wie ich glaube ein sehr preiswertes Gerät um eine Wasserstoffempfangsanlage zu bauen.

LG Fritz​

 

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Okke_Dillen

Mitglied
Jepp, den NanoVNA hab ich auch und finde den superhilfreich! Vor allem zum Antennenfeintuning eine feine Sache :cool:
Hier hatte ich das erstmals im Einsatz.

LG Okke
 

Michael_Haardt

Mitglied
Das Gute an Ostern ist, dass man nicht arbeiten muss, also greife ich den alten Faden nochmal auf. Zusammenfassung: Ich verstand und schaffte die Kalibrierung und war dann der Meinung, dass die Radiometergleichung Hoffnung macht, CAS A zu sehen. Wolfgang wies dann auf Gainschwankungen als Problem hin, von dem in der Radiometergleichung keine Rede ist, und ich versuchte das zu messen und lernte einiges, wie es nicht geht.

Nochmal zum Anfang der Kalibrierung:

Die Systemtemperatur ist das Eigenrauschen des Radioteleskops als Äquivalent des empfangenen Rauschens durch einen Strahler dieser Temperatur.

Die Steigung c ist das Verhältnis von Temperaturunterschied zu Signal:

Signal(T_Strahler [K]) [DN] = c [DN/K] * (T_Strahler [K] + T_sys [K])

Es ist üblich, Signale mit Hilfe von c in Temperaturen umzurechnen, weil Temperaturen nicht teleskopspezifisch sind. In c ist alles enthalten: Apertureffizienz, Verlust durch Polarisation, Signalverstärkung, etc.

Die Radiometergleichung ergibt die Standardabweichung des Radiometers:

stddev = T_sys / sqrt(Bandbreite * Integrationszeit)

Der Irrtum bestand darin, die Systemtemperatur für eine Konstante zu halten. Tatsächlich sieht man oben, dass sie von c abhängt. Die Auflösung der Radiometergleichung zur Bestimmung der Integrationszeit, um eine bestimmte Antennentemperatur nachzuweisen, kümmert sich aber nur um das statistische Rauschen des Signals der Systemtemperatur und nicht um den enthaltenen Faktor c und ist darum nur für den Fall die untere Grenze, dass man die Schwankungen von c in den Griff bekommt - wovon ich weit weg bin. Die Kalibrierung sollte diese Schwankungen messen, wofür man eine Rauschquelle der Hintergrundtemperatur braucht. Mit einem Nullsignal würde man Variationen eines Rauschoffsets messen, aber nicht des Gains. Davon abgesehen hat das Nullsignal z.B. eines Terminatorwiderstands nicht der Freundlichkeit halber die Wunschbandbreite und mein Radiometer wird mit steigender Frequenz immer temperaturempfindlicher, d.h. die isolierte Messung des Rauschoffsets geht so nicht. Wolfgang schlug als Rauschquelle den Himmelspol vor: Wegen des Pols konstant (von Wolken und Atmosphäre abgesehen) und zufällig kalt.

Die Kalibrierung ist also noch nicht fertig.

Michael
 
Hallo miteinander,

schön zu lesen, dass Ihr auch noch da seid :).

@ Michael:
Danke für die recht zugängliche Erklärung der Zusammenhänge! Mir stellt sich die Frage, was denn da die Gain-Stabilität beeinflusst. Kann man da evtl. den Hebel ansetzen (wenn es z. B. die Temperaturstabilität von Komponenten wäre, die Temperatur zu regeln, also möglichst konstant zu halten).

Bei mir ist das Wasserstoff-Projekt auch noch in der Mache. Allerdings musste ich ein "größeres Projekt zur Wahrung des Hausfriedens" zwischen schieben :whistle:, aber da bin ich auf der Zielgraden. Außerdem gab es ein paar "normalastronomische" Projektchen. Es geht also auch bei mir weiter. (Außerdem wird es helfen, wenn wir denn irgendwann mal von Laumann's Gnaden tatsächlich geimpft sein werden. Hoffentlich war das jetzt nicht zu politisch... ).

Viele Grüße und starke Signale,
Reinhard
 

Michael_Haardt

Mitglied
@Reinhard_Lauterbach Man kann zwar für 3,50 Euro einen LNB kaufen, erwirbt aber ein Wunderwerk der Technik: Mikrowellenverstärker mit sagenhaftem Faktor, Filter, Mischer usw. Es ist nachvollziehbar, dass man für den Preis keine Temperaturkompensation bekommt, besonders, weil Sat-TV bestens ohne auskommt. Der LNB sitzt mit dem Rücken zum Himmel an einer dämlichen Stelle, wo er entweder Sonne abkriegt oder gut abstrahlen kann, d.h. es gibt starke externe Temperaturschwankungen. Dann enthält der LNB einen linearen Spannungsregler, der aus 12-18 V typischerweise 5 V macht und die Mikrowellenverstärker leben nicht von Luft und Liebe, sondern wollen richtig Strom sehen, d.h. Du hast Verlustleistung im LNB. Insgesamt braucht ein LNB 100-200 mA. Bei Mikrowellen gehört alles in der Geometrie des Aufbaus zur Schaltung: Form und Richtung von Leiterbahnen, die innere Form der metallenen Gehäuseschalen. Du kannst nicht mal eben einen Kühlkörper irgendwo anbringen, um die Bauteile auf einer konstanten Temperatur zu halten. Zur Vorstellung: Funkamateure, die die ZF etwas ändern, nehmen sich kleine Schnipsel Kupferfolie und positionieren sie an strategischen Punkten der Leiterbahnen, um das SNR für die neue ZF zu verbessern.

Man hat also eine Temperaturabhängigkeit, wechselnde Temperaturen und muss damit leben. Was kann man tun?

Erstmal messen, wie arg es denn nun ist. Ich habe gesucht und nichts dazu gefunden, aber ok, das kann man machen. Manche Leute dämmen den LNB zum Himmel ein wenig, um den Temperaturgradienten zu verringern.

Ich möchte danach gerne versuchen, eine Polarisationsrichtung zu erden und damit eine Art Dicke-Switch zu bekommen. Nach viel Lesen glaube ich, ein bisschen was verstanden zu haben: Es gibt zwei Arten, den Vorverstärker zu bauen: FETs oder MMICs. Erstere brauchen ein bias am gate, was ich mir wie den Arbeitspunkt bei bipolaren Transistoren vorstelle. Das wird realisiert, indem man die bias Spannung mit einer Spule zuführt, die real ein gerades, dünnes Stück Leiterbahn ist. Man sieht, dass der Anschlusspunkt der Antenne zum gate geht, aber auch noch mit einer Leiterbahn zu einem 51 Ohm Widerstand und weiter zu einem Chip, der die bias Spannung erzeugt. Ich denke, wenn ich die Antenne mit ihrem Pad entferne und nur die bias Kopplung am gate belasse, ist Ruhe auf dem Kanal. Bei MMICs ist es anders, die haben ein Input mit der Antenne und ich vermute, eine Erdung müsste hier kapazitiv erfolgen, vermutlich auch mit Terminierungswiderstand. Erfreulicherweise sind FETs sehr beliebt.

Ich hoffe, dass man sieht, wie der Gain driftet, der das thermische Rauschen verstärkt. Dazu muss ich aber erst brauchbare Messwerte ohne den Umbau haben.

Zu Deiner politischen Anmerkung: Unsere Regierung zeigt gerade besonders deutlich ihr Gesicht und ich kann da in keinem Bereich etwas Gutes erkennen, aber weder hier noch woanders sind entsprechende Meinungsäußerungen beliebt. Man kann über die Situation klagen oder sich andere Wege suchen. Die Wertpapierhändler sagen: Stelle Dich nicht gegen den Markt. Er ist mächtiger und Du bist ihm egal. Trade den Markt, nicht Deine Meinung darüber, und denke an den Gewinn. Die Segler sagen etwas Ähnliches über den Wind und Herr Dicke über den Temperaturdrift von HF-Verstärkern.

Michael
 

Michael_Haardt

Mitglied
Halbe Stunde aufbauen, 3h messen, halbe Stunde abbauen und die Erkenntnis: Da stimmt was nicht. Ich sah in bisherigen Tests noch nie Störungen am ADC:

gain-drift.png


Ich habe jede Sekunde mit dem AD1115 einmal die Temperatur des AD8318 gemessen und dann ca. 500 ms vertikal und ca. 500 ms horizontal. Im Diagramm sieht man jeweils den Durchschnitt der halben Sekunde. Der AD8318 war vom vorigen Schreibtischtest noch warm und kühlte draussen deutlich ab. Laut Datenblatt ist die Temperaturabhängigkeit des AD8318 0,0011 dB/C, was bei 10 Grad Unterschied ca. 5 mV ausmacht. Das könnte hinkommen. Der ADS1115 hat so gut wie keinen Temperaturdrift. Der LNB war vor dem Test nicht in Betrieb. Der AD8318 hat drinnen immer so um die 53 Grad, d.h. es war draussen ziemlich kalt.

Ich kann nicht sagen, was die erste Stunde los war und will nicht hoffen, dass Vögel auf dem Spiegel saßen oder es dauert, bis der LNB stabil ist. Das Hauptproblem sind aber die Störungen am ADC, die ab ca. 8500 s dauerhaft auftreten.

Das horizontale und vertikale Signal hat einen Offsetunterschied. Zieht man den ab, kann man beide Signale fast übereinander legen.

Ich werde den Versuch bei Zimmertemperatur wiederholen und schauen, ob dann auch noch solche Störungen auftreten.

Michael
 

Fritz Lensch

Mitglied
Hallo aus dem Osten,
das leidige Temperaturschwanken ist bei den Verstärkungen mit denen wir da arbeiten müssen wahrscheinlich mit der HW nicht zu lösen. Vor einigen Jahren habe ich Messungen mit einem 10 GHz LNC gemacht wo ein Temperatursensor mit Wärmeleitpaste angeklebt war. Die SW war RadioSkyPipe. Da hat man die Möglichkeit 2 oder mehr Kanäle mathematisch zu verknüpfen. Leider ist die Mathematik nichts für mich und so habe ich das Problem wieder beiseite gelegt. Anbei ein Versuch ohne Verknüpfung, der sehr schön zeigt wie die Temperatur die Verstärkung beeinflusst. Unsere Politiker sind sehr raffiniert wie das 2. Bild zeigt. Und was das Impfen angeht komme ich am Dienstag unter die Nadel. Euch noch 2 besinnliche Feiertage, Fritz
 

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Michael_Haardt

Mitglied
Hallo Fritz,

die Sache ist schon deswegen nicht so einfach, weil LNB und Radiometer verschiedene Temperaturen haben und beide auf das Ergebnis wirken. Das ist genau der Grund, warum mich ein Dicke-Switch interessiert, der einen Referenzpunkt liefert.

Temperatursensoren sind immer so eine Sache, weil sie nie direkt am Ort des Geschehens messen und thermische Masse zusammen mit thermischen Übergangswiderständen einen inneren Zustand des Objekts schafft. Man sieht das, wenn man in einem Klimaschrank Temperaturrampen hoch und runter fährt, und die Reaktion auf die Temperatur deren Messung erheblich hinterher läuft, was im Diagramm wie eine Hysterese aussieht.

Bevor ich das angehe muss ich aber meine ADC-Probleme lösen.

Michael
 

Wilm-52

Mitglied
Hallo Michael,
den ADC, genau genommen den 12 Bit ADS-1015, habe ich auch im Einsatz. Das Problem lässt sich vielleicht lösen indem du die Abtastrate von128 SPS(default) etwas runtersetzt.
Was bedeuten die horizontalen und vertikalen Signale?
Viele Grüße,
Wilhelm
 

Michael_Haardt

Mitglied
Laut Datenblatt wird mit weniger als 128 SPS das Rauschen nicht mehr kleiner, wenigstens verstehe ich Table 1 so. Figure 14 zeigt, dass da ein ganz klein wenig noch drin ist, aber hier geht es ja um erhebliche Fehler von ein paar mV. Weiter oben hatte ich ein Diagramm Signal vs. Temperatur an einem Terminator, wo ich dieses Problem nicht hatte, aber das waren nur 3000 Sekunden und damit vielleicht Glück.

Eine Veränderung ist, dass ich bei der letzten Messung die Spannung vom AD8318 mit continuous mode wandle, d.h. ich schalte für die Temperatur zwischen single und continuous mode um. Die Details sind nicht dokumentiert. Wie ich herausfand, kann der ADC keine Wandlung abbrechen, d.h. man schaltet auf single um und muss dann noch warten, bis die laufende Wandlung fertig ist. Im Schreibtischtest funktionierte das, aber ich habe kein gutes Gefühl bei der Sache.

Beim Nachlesen wurde mir klar, dass die eigene Referenzspannung bedeutet, dass der ADC seine eigene Versorgungsspannung messen kann. Da ich noch zwei Kanäle frei habe, werde ich das verbinden. Die Temperaturmessung sollte ich mit einem kleineren Messbereich für mehr Auflösung programmieren.

Ansonsten muss ich mal einen Langzeitversuch mit Terminator aufbauen, um zu sehen, ob das Problem auch ohne LNB auftritt.

Ich habe keine Erklärung für die Signale in der ersten Stunde der Messung. Vermutlich wäre eine Webcam in Spiegelrichtung eine gute Idee, um zu sehen, ob es Wolken, Vögel oder sonst was zu sehen gibt.

Michael
 

Wilm-52

Mitglied
Hallo Michael,
danke für deine Antwort. Ich wollte auch auf einen Timingproblem hinaus. Das Problem ist ja auch bei ca 1500 s zu sehen.
Du hast ja nur eine geringe Datenrate, so dass du ein Delay einbauen könntest.

Hallo Fritz,
heute Abend bekomme ich den Stich.
Viele Grüße,
Wilhelm
 

Fritz Lensch

Mitglied
Ich mache sehr gerne Messungen wenn ein Tag mit gleichbleibender Temperatur ist. Gleichzeitig dürfen auch möglichst keine Störungen sein. Ich warte auf eine günstige Gelegenheit einen kleinen Weinkühler zu erwerben. Hab ich in der Schweiz bei Christian Monstein gesehen. Der Scannt 24 Stunden den ganzen Himmel und das schon 5 Jahre er braucht noch ein Jahr wegen der Servicezeiten. Er ist für Forscher der ETH in Zürich unterwegs auf der Suche nach schwarzer Materie. Unter dem 8m Teleskop im Fundament wird alles aufgezeichnet. Alle Temperatur abhängigen Geräte sind in einem Weinkühler untergebracht. Anbei einige Bilder. Das ist für Langzeitmessungen sicher eine gute Lösung.
 

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Michael_Haardt

Mitglied
Ich habe wieder einen Terminator am Radiometer angeschlossen, d.h. kein bias tree und kein LNB, und lasse den ansonsten in Hard- und Software unveränderten Aufbau bei stabiler Temperatur im Keller mal ein paar Tage einfach nur laufen, um zu sehen, ob sich die Probleme wiederholen. Wenn das nichts ergibt, schließe ich bias tee und LNB ohne Spiegel an und probiere auch das.

Aktuell sitzt die Kombination AD8318/ADS1115/Ladungspumpe zur Versorgung des eigenen LDO in einem Metallgehäuse mit Durchführungsfilter für Strom und Ferritringen auf den I2C-Leitungen. Dieses Gehäuse befand sich beim letzten Test unter freiem Himmel, was natürlich nicht so bleibt, sondern mindestens in ein 19" Gehäuse wandert.

Michael
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ich vermute, dass ein Softwarefehler das Rauschen auslöste, weil es mit dem Terminator zu den gleichen Zeiten reproduzierbar war und das Problem nach Umschreiben einer problematischen Stelle verschwand. Hier also zwei Messungen, eine mit Terminator am Radiometer und eine mit dem LNB, beide in einem ungestörten Kellerraum.

gain-drift.2.png


Die zwei Spikes nach unten sind nicht erfreulich, weil ich jeweils für ein paar Sekunden immer wieder Abweichungen von 1 mV hatte, obwohl ich pro Sekunde auf jedem Kanal etwa 60 Messwerte mittele. Das Temperatursignal zeigt keine Probleme, d.h. ADC bzw. die Software ist es dieses Mal nicht schuld. Nun muss man sagen, dass 1 mV bei diesem Bereich extrem wenig Signal bedeutet, aber mit LNB und wegen der Kellerwände sehr viel Signal sieht es ähnlich aus, wie man ganz am Anfang und am Ende sieht:

gain-drift.png


Zusätzlich gibt es hier immer wieder für längere Zeit deutliche Störsignale, für die ich keine Erklärung habe. Wie bei der Messung am Himmel ist nachts Ruhe. Da ich diese Signale nur mit LNB sehe, wird hier vielleicht wirklich etwas empfangen. Was könnte das sein? Oberwellen von WLAN, Dect oder Mobiltelefon? Wie könnte man einen LNB von elektrischen Feldern bei 10-12 GHz gut abschirmen? Vielleicht mit nassen Handtüchern?

Wie man sieht, ist die Aufwärmphase nicht zu gebrauchen. Zu Beginn der Messungen war die gesamte Hardware kalt, aber die Signale stabilisieren sich relativ bald.

Ich werde als Nächstes die Versorgungsspannung noch mit messen und einen Lauf mit dem Terminator machen, aber ich wäre überrascht, da etwas zu sehen.

Michael
 
Hallo Michael,

bin mal gespannt ob Du die Störungen identifizieren kannst.
Könnte man nicht für die "Keller" - Messungen die Öffnung des LNBs mit Alu-Folie verschließen?

LG, Reinhard
 

Michael_Haardt

Mitglied
Nachdem ich einige Messungen mit dem Terminator machte, bin ich nicht viel schlauer. Gelegentlich gibt es Bündel von Störungen, selten mehr als ein paar Sekunden lang, und die einzelnen Pulse im Bündel dauern immerhin einige Millisekunden. Maximal sind es um die 2 mV weniger, was bedeutet, dass der AD8318 mehr Leistung gemessen hat. Das könnte also eine echte Störung sein, die die Abschirmung und den Terminator überwindet. Was weiss denn ich, wie man 10 GHz korrekt schirmt?

Man könnte solche Samples über die Standardabweichung ausschließen. Innerhalb des Samples ist das Fenster für so eine Filterung zu klein. Ich frage mich, wie richtige Radioteleskope an der Stelle vorgehen. Störungen kann es ja immer mal geben.

Um sicher zu sein, dass es wirklich der AD8318 und nicht der ADC ist, mache ich nochmal eine Langzeitmessung der gleichen Art, bei der ich nur den Kanal wechsele, um die Versorgungsspannung zu messen, und alles andere gleich lasse.

Zur Abschirmung des LNBs: Soweit ich das verstand, strahlen alle LNBs auch etwas ab und mit Alufolie erzeugt man dann evtl. eine stehende Welle. Angesichts der Tatsache, dass ich mit LNB gelegentlich mehr Spannung sehe, d.h. weniger Leistung, kann es eigentlich keine Einstrahlung sein. Habe ich ein mobiles schwarzes Loch im Keller? Versteckt das auch Werkzeug? Vielleicht stecke ich den LNB in eine Tüte und versenke die mit Gewicht in Wasser, dann ist Schluss mit Mikrowellen. Außerdem werde ich nochmal ein anderes Modell zum Vergleich kaufen.

Michael
 

Wilm-52

Mitglied
Hallo Michael,
um auszuschließen dass es der ADC ist, könntest du die Masse messen.
Welchen Computer und Software verwendest du?
Viele Grüße,
Wilhelm
 

Michael_Haardt

Mitglied
Stimmt, die Masse könnte ich auch messen. Nun gut, schauen wir mal was morgen mit +5V rauskommt.

Ich habe aktuell einen Arduino Nano, der den ADC über I2C anspricht und die Daten aufbereitet über USB serial an ein Linux System übergibt. Später soll das ein Raspberry Pi sein, im Moment ist es ein Netbook. Der Nano steuert über GPIO auch die Umschaltung Horizontal/Vertikal und High/Low der LNB Spannungsversorgung. Leider hat er sehr wenig RAM. Eine Alternative wäre ein ESP32, dessen GPIOs zur Ansteuerung von TTL reichen müssten und als Inputs 5 V tolerant sind. Vorerst reicht der Nano aber. Mit dieser Kombination erledigt man Echtzeitaufgaben dort, wo es keine Probleme damit gibt.

Die Datenverarbeitung geht bisher mit Gnuplot und Shell. Auf lange Sicht wäre mir EPICS als Schnittstelle lieb, und als Speicherformat FITS. Aber bisher stehe ich noch ganz am Anfang und muss erstmal mit der Hardware klarkommen.

Michael
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ich habe eine Messung der Versorgunsspannung über 16 Stunden laufen lassen und da gibt es keinerlei Störungen zu sehen, d.h. ADC und Software funktionieren korrekt. Damit ist klar, dass die Störungen mit Terminator am Eingang des AD8318 wirklich vom AD8318 gemessen oder erzeugt werden und nicht erst danach entstehen.

Ich bestellte einen zweiten LNB eines anderen Typs, um zu sehen, ob der die gleichen leichten gelegentlichen Signalverluste zeigt. Dauermessungen mit Abschirmung durch Wasser kommen auch noch.

Michael
 

Wilm-52

Mitglied
Danke für die Info. Bin gespannt, wie es weitergeht.
Ich hatte schon auf einen fehlenden Levelshifter getippt. Wenn du von 3.3 V auf TTL und umgekehrt gehst, solltest du Levelshifter verwenden. Die arbeiten bidirektional, sind billig und einfach zu verdrahten. Verwende ich auch zwischen ADC und Jetson Nano.

Zwei Fragen habe ich noch: was willst du mit dem LNB messen und bedeuten horizontal/vertikal die Polarisierung?
Viele Grüße,
Wilhelm
 

Michael_Haardt

Mitglied
An sich hast Du mit den Levelshiftern recht, aber in vielen Situationen braucht man sie nicht. 3,3 V reicht als high für 5 V TTL und viele 3,3 V TTL Eingänge sind 5 V tolerant. Je nach IC reicht der Störabstand.

Ein LNB ist ein guter Einstieg, weil man ihn fertig kaufen kann. Man kann sogar mit kleinen Spiegeln Sonne und Mond messen, lernen wie man das System kalibriert, thermische Radiobilder machen und sich mit der Software befassen. Ja, horizontal/vertikal ist die Polarisierung und high/low das Band. Man kann auch ein K-Band LNB für 4 GHz kaufen (altes US Sat TV). Wenn ich sehe, was ich bisher alles lernte, dann bin ich froh, ein paar Komponenten zu haben, die ab Werk funktionieren. Dann enthält ein LNB zwei Antennen und einen Multiplexer und ich möchte schauen, ob ich einen Zweig erden kann, um ihn als Dicke-Switch zu benutzen. Schließlich bin ich neugierig, was geht. So gut wie alle Sonnendrifts mit LNB, die ich bisher sah, hatten ein grauenhaftes SNR, weil der Aufbau sehr einfach war. Es ist reizvoll zu schauen, wo die Grenzen mit einem Aufbau liegen, der etwas bessere Komponenten benutzt. Schließlich kann man auch ein SDR-Modul anschließen, um sich mit Spektrografie vertraut zu machen und hat schon ein Radiometer, um die integrierte Leistung zu vergleichen. Kürzlich las ich etwas über die Messung von Methanol-Masern bei 12,2 GHz. Aus dem LNB kommen 1-2 GHz raus, d.h. man kann auch den LNB gegen einen Feed für Wasserstoff mit LNA und Filter tauschen und den ganzen Rest behalten.

Michael
 

Wilm-52

Mitglied
Michael, danke für die Erklärungen.
Ich finde auch, dass die Radioastronomie eine sehr spannende Disziplin ist. Meine Schwerpunkte liegen zur Zeit mehr bei der Messwerterfassung und Bildverarbeitung mit Python3 und Opencv. Die Ansteuerung und das Auslesen des ADCs (ADS1015) z.B habe ich selber programmiert. Der Computer, ein Nvidia Jetson Nano, befindet sich an Board eines Kopters und misst dort das Erdmagnetfeld, z.B um Rohre unter der Erde zu finden. Hier in der Radioastronomie lese ich die Spektrogramme vom PC-Bildschirm ab und verarbeite sie in Echtzeit. Infos oder Code dazu gebe ich gerne weiter.
Einen schönen Abend wünsche ich Euch,
viele Grüße,
Wilhelm
 

Michael_Haardt

Mitglied
Inzwischen kam mein neuer LNB an, ein Telestar Skysingle HC Rev 2. Das Diagramm oben war von einem Goobay 67269. Ich war einfach neugierig, ob beide LNBs sich ähnlich verhalten, aber es gibt große Unterschiede. Der Telestar hat immer eine wenigstens doppelte so große Standardabweichung der Samples und das Signal variiert viel mehr als beim Goobay:

gain-drift.png


Ich frage mich, ob er einfach Ewigkeiten braucht, bis er thermisch stabil ist, oder was ich hier sonst sehe. Die Verstärkung ist geringer als beim Goobay und die zwei Polarisationsrichtungen sind nicht nur um einen Offset verschoben, sondern haben auch noch einen Faktor.

Die einzige Gemeinsamkeit liegt in der ersten Stunde, wo sie beide heftigste Schwankungen zeigen.

Wie ich inzwischen lernte, ist gain bei LNBs nicht konstant, sondern es gibt etwas namens gain compression, um bei großen Spiegeln und starken Signalen den Empfänger nicht in die Sättigung zu treiben. Von alten Sat-Anlagen weiß ich, dass man in dem Fall Dämpfungsglieder brauchte, d.h. alte LNBs hatten das vermutlich noch nicht. Ich weiß nicht, wie es realisiert ist und ob man das abschalten kann. Das thermische Signal oben hat ca. -20 dBm und da sollte gain compression noch nicht aktiv sein, aber falls diese Regelung temperaturabhängig ist oder zu schnell regelt, würde man durchaus heftige Schwankungen sehen. In dieser Konfiguration habe ich 0.02 dBm/mV, d.h. 0.2 dBm weniger Signal bei 10 mV mehr. Gain sinkt im Laufe der Messung.

Bei der Messung der Sonne fällt das alles kaum auf, weil man da sehr viel Signal hat, aber ansonsten verbieten so starke Schwankungen eigentlich jede Messung, d.h. das muss man in den Griff bekommen.

Erkenntnisse:

Der Goobay LNB gefällt mir erheblich besser und die zwei LNBs verhalten sich sehr verschieden. Vielleicht gibt's welche, die noch besser sind?

Ich weiß nicht, was diese starken Schwankungen verursacht. Ich werde mit jedem LNB nochmal einen Testlauf mit Abschirmung durch nasse Handtücher machen.

Der Systemtemperatur wird viel Beachtung geschenkt. Die Varianz von c in der Y-Kalibration ist in diesem Fall aber viel wichtiger, was mich erstaunt, weil ich dazu im Web bei den diversen Kleinstteleskopen noch nie etwas las. @astropeiler Weißt Du vielleicht mehr über die Funktionsweise von LNBs und wie obiges Verhalten kommt?

Michael
 
Hallo Michael,

ich verfolge mit Interesse Deine Untersuchungen. Zum Thema Signalabschirmung für die Messungen ist mir noch was eingefallen. Meine Idee mit der Alu-Folie ist aus den von Dir genannten Gründen keine so gute. Ich habe früher, als in der Szene noch mehr selber gebaut wurde, recht regelmäßig in Zeitschriften der Funkamateure gelesen (UKW-Berichte, hoch interssant). Da gab es im Mikrowellen-Bereich häufig das Problem, dass Aufbauten nach dem Verschließen durch einen Deckel schwangen. Klar, der Deckel reflektierte die Strahlung, so "sah" der Eingang einer Verstärkerstufe plötzlich den Ausgang und das Ganze schaukelte sich auf. Abhilfe schaffte eine Lage antistatischen Schaumstoff-Padas, so wie man sie zum lagern und transportieren von CMOS-Bauteilen her kennt. Die sorgte dann für die nötigen Verluste. Sogar Holz soll dafür schon zum Einsatz gekommen sein.
Vielleicht wäre das, in Kombination mit Alu-Folie mal einen Versuch wert.

Viele Grüße und viel Erfolg,
Reinhard
 

Michael_Haardt

Mitglied
Wie ich schon schrieb: "Bei Mikrowellen gehört alles in der Geometrie des Aufbaus zur Schaltung: Form und Richtung von Leiterbahnen, die innere Form der metallenen Gehäuseschalen."

Ich habe den Telestar LNB in eine Tüte gesteckt, ein pitschnasses Handtuch restlos drum gewickelt und so läuft jetzt wieder eine Dauermessung. Die ersten Daten sehen wie vorher aus, d.h. die gleiche Art von Schwankungen. Irgendwie war das schon fast zu vermuten, denn welche Störung sollte schon dafür sorgen, dass weniger Leistung empfangen und verstärkt wird? Morgen werde ich vergleichbare Daten haben und dann wiederhole ich das Experiment mit dem Goobay LNB.

Ich hoffe, dass Wolfgang mich vielleicht erhellen kann, was ich hier genau sehe. Das ist kein Temperaturdrift, also was ist es dann? Leider kenne ich sonst niemand, der Ahnung von Mikrowellenschaltungen hat.

Das nächste Experiment ist dann der Versuch, den Goobay LNB umzubauen, indem ich eine Antenne entferne, so dass der erste FET nur noch seine bias Spannung ohne Antennensignal bekommt. Ich bin nicht der erste Mensch, der das probiert, aber vielleicht der Erste, der Daten veröffentlicht.

Michael
 

astropeiler

Mitglied
Hallo Michael,
ich kann Dir nur bedingt etwas zu den LNBs sagen. Wir haben zwar LNBs in unserem Ku-Band Interferometer und im 10-m Spiegel im Einsatz, aber das jeweilige Design ist von jemand anderem aus unserem Team gemacht worden. Den muss ich erst befragen, was er zur Stabilität sagen kann. Dann ist es auch so, dass in unserem Anwendungen die Gainschwankungen nicht so eine große Rolle spielen: Im Interferometer kommt es auf die Phasenlage an, und mit dem 10-m Spiegel mache ich spektrale Messungen. Ich habe mir zwar auch mal Kontinuumssignale am 10-m Spiegel angesehen, aber nicht sehr intensiv.
Ich habe die Diskussion nicht forlaufend verfolgt, aber jetzt mal "zurückgeblättert". Ein paar Dinge fallen mir dabei auf.
Bei dem Versuch, bei dem der AD8318 mit einem 50 Ohm Widerstand abgeschlossen ist, wird der AD8318 außerhalb seines spezifizierten Bereichs für die Eingangsleistung betrieben. Daher sind alle Aussagen zur Stabiltät in diesem Fall zumindest mit Vorsicht zu genießen. Bei dem Versuch über den Du heute geschrieben hast, ist es auch vom Eingangspegel her grenzwertig. Was dabei auffällt, ist die "scharfe Kante nach oben". Das weist darauf hin, dass irgendetwas in die Sättigung läuft. Ähnlich ist es auch beim anderen LNB (Beitrag vom Mittwoch). Da höhere Spannung aber kleineres Signal bedeutet, kann es keine Sättigung des LNB selber sein.
Ich melde mich, wenn ich noch von unserem Experten mehr erfahre.
Gruß
Wolfgang
 

Michael_Haardt

Mitglied
@astropeiler Beim Versuch mit dem Terminator liegst Du richtig, weil ich den minimalen Signallevel aller Bänder deutlich unterschreite. Beim Versuch mit dem Telestar LNB ist das aber nicht so, weil ich den AD8318 mit X=2 konfiguriert habe:

2050 [mV] / 1000 / (2 * -0.0245 [V/dBm]) + 22 [dBm] = -19.84 [dBm]

Der Goobay LNB liefert sogar noch etwas mehr. Für Messungen am Himmel wären dBm im Diagramm sicher besser, aber für Tests wählte ich mV, damit man noch einen Bezug zum ADC hat.

Ich bin gespannt, was hier zu sehen ist!

Michael
 
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