[Projekt: 21cm Wasserstoff-Linie] | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

[Projekt: 21cm Wasserstoff-Linie]

Hallo zusammen,

so langsam komme ich an den Punkt, an dem die ersten meiner Schritte im oben genannten Projekt aufzeigen kann. Ich möchte das in Blog-Form machen, also nicht erst wenn alles fertig ist und läuft... oder auch nicht. Das ermöglicht die Diskussion über Details und vermeidet ggf., dass ich lange in die falsche Richtung laufe.
Außerdem könnte der Thread dann vielleicht als kleines Muster dienen, wie man auf diesem Board eigene Projekte einstellen könnte.
Als Grundlage dienen die Dokumente vom Astropeiler, die Wolfgang letztens verlinkt hatte.
Mein erstes Etappenziel wäre eine "Ofenrohr"-Antenne, China-LNA, Cavity-Filter und SDR-Stick. Da die Teile für das Cavity-Filter sehr schnell geliefert wurden, habe ich damit angefangen.
So, das waren erst mal die einleitenden Worte. Im Anschluss tippe ich mal was zum Bau des Cavity-Filters und zeige schon mal ein paar Bildchen.

Viele Grüße und bis gleich,
Reinhard
 
So, da bin ich wieder : )

Nun zum Cavity-Filter:

Grundlage sind die Astropeiler-Dokumente zur 21cm Beobachtung, die Wolfgang letztens hier im Forum verlinkt hatte. Hier noch mal der Link zu den Dokumenten: https://astropeiler.de/beobachtungen-der-21-cm-linie-mit-einfachen-mitteln
Im zweiten Teil, zu Vorverstärkern und Filtern, wird auf die Web-Seite von Matjaž Vidmar verwiesen: http://lea.hamradio.si/~s53mv/cavity/cavity.html
Dort findet man unter Anderem auch die Konstruktios-Details für den Bau eines Filters für 1420 MHz, also genau das was wir brauchen. Nach Studium dieser Unterlagen habe ich mich, wegen der viel geringeren Durchgangsdämpfung, dazu entschlossen, kein Hairpin-Filter sondern ein Cavity-Filter zu bauen und umgehend das passende Alu-Rechteckrohr und die SMA-Flanschbuchsen im Netz bestellt, den Rest hatte ich schon im Bastelkeller liegen (es geht nichts über einen großen Fundus, oder "viel Krempel" wie meine Frau zu sagen pflegt ;-). An die Vorgaben habe ich mich streng gehalten und die Maße so gut wie es mir möglich war eingehalten, die Abweichungen dürften unter 0,1mm liegen.
Die meiste "Muskelarbeit" war das maßgerechte und winklige Absägen des Rechteckrohrs. Da habe ich mir Mühe gegeben, was dann spätere Feilerei erspart oder zu Mindes minimiert. Die Bohrungen wurden mit der Schieblehre angerissen, mit "Booster-Brille" gekörnert (normale Brille + Lesebrille davor ;-) und gebohrt. Dann wurden die M2,5 und M3 Gewinde geschnitten. Zum Schluss alles sorgfältig entgratet, was im Inneren des Rohrs etwas trickreich ist. Da meine Bohrer einigermaßen scharf waren, hielt sich der Grat im Inneren in Grenzen, ein scharfer Stechbeitel hat den Rest erledigt. Nach einem verregneten Sonntagnachmittag sah das fertig vorbereitete Rohr dann so aus:

01.jpg

Ach ja, die Resonatoren hatte ich auch schon gesägt, auf Maß gedreht und die M4-Gewinde geschnitten.

Die Einkopplungen haben mich etwas Gehirnschmalz gekostet. Die SMA-Flanschbuchsen haben einen Pin mit 1,4mm Durchmesser und die Einkoppel-Finger sollen einen Außendurchmesser von 2,0mm haben, das erfordert Feinarbeit.
Ich hatte im Bastelkeller ("Krempel-Keller") noch verkupferte Stahl-Schweißdrähte mit 2mm Außendurchmesser liegen, da müsste man versuchen ein 1,5mm Loch ins Ende zu bohren ... gedacht - getan, hat erstaunlich gut funktioniert, wenn man weiß wie's geht. In dieses Loch wurde ein Stückchen Elektronik-Lot (mit Flussmittel-Seele) gesteckt und dann das Ende mit dem Lötkolben erwärmt bis das Lot schmolz. Dann wurde der 1,4mm Pin der SMA-Flanschbuchse verzinnt, auf das Ende des Schweißdrahtstücks gestellt und das Ganze mit dem Lötkolben erhitzt, bis sich der Pin im Loch versenkte und der PTFE-Zylinder der Buchse auf dem planen Ende des Schweißdrahtes auflag, abkühlen lassen, feddisch:

02.jpg


So sieht das dann montiert aus:

03.jpg


Und ins Ende geschaut:

04.jpg


Jetzt fehlen noch die Endverschlüsse, aber da habe ich eine eigene Idee, die zeige ich später, wenn sie mal montiert sind.
Als Nächstes muss ich nun meine Rauschquelle in ein HF-dichtes Gehäuse einbauen und mir ein 50 Ohm Dämfungsglied basteln. Dazu fehlen mir noch die bestellten SMA-Printbuchsen und passende SMD-Widerstände. Wenn dann noch die bestellten SMA-Verbindungskabel ankommen, kann ich einen Abgleich versuchen.

So, damit möchte ich es fürs erste mal gut sein lassen.

Viele Grüße und ein gutes SNR,
Reinhard

PS: Das Paket mit dem 150mm Ofenrohr ist soeben gekommen :)
 

astropeiler

Mitglied
Hallo Reinhard,
Dein Filter sieht super aus, und es sollte auch gut funktionieren. Die Gesamtlänge ist übrigens nicht kritisch, nur die Abstände zwischen den Fingern und zu den Koppelstiften sollten genau sein. An den offenen Enden ist das Feld schon stark abgefallen, so dass dort nicht mehr viel passiert. Deswegen braucht man auch nicht unbedingt Abdeckungen, das dient eher dem Staubschutz. Die Dicke der Einkoppelstifte ist auch nicht so kritisch. Wenn sie ein wenig dünner sind, ist das auch ok. Vielleicht müssen sie dann ein wenig länger sein. Aber Du hast ja alles nach den Maßen von Matjaž gemacht.
Dann bin ich mal auf den Abgleich gespannt.
Wolfgang
 

Fritz Lensch

Mitglied
Hallo Reinhard und Wolfgang!
Ich hätte da eine Frage bez. Ofenrohr. Da handelt es sich doch um lineare Polarisation. Ich möchte gerne zirkulare Polarisation verwenden, weil ich da laut Theorie einen Gewinn von +3 db erwarten könnte. Ist das auch in der Praxis so? Das wäre meine Frage an Wolfgang. Was mich daran stört ist das der Strahler auch direkt die Erde sieht. Könnte man das nicht kombinieren so das der zirkulare Strahler in dem Ofenrohr steckt um das SNR zu verbessern?
 

astropeiler

Mitglied
Hallo Fritz,
die Anwendung des Ofenrohrs ist ja die Beobachtung der 21-cm Linie. Diese Emission ist unpolarisiert. Insoweit ist es egal, ob man linear oder zirkular polarisiert beobachtet. Man kann 3 dB im Signal gewinnen, wenn man beide Polarisationen (egal ob linear oder zirlular) nimmt. Allerdings gewinnt man nicht einen Faktor 2 im SNR, sondern nur Wurzel 2 weil man ja auch den Rauschhintergrund verdoppelt.
Warum soll der Strahler die Erde sehen? Üblicherweise wird man ja mehr oder weniger nach oben sehen. Natürlich hat man Nebenkeulen, und auch etwas Empfindlichkeit in Richtung der Rückseite. Aber das ist deutlich gedämpft. Wen das Richtdiagramm eines "Ofenrohrs" interessiert, der kann sich mal https://astropeiler.de/sites/default/files/Astropeiler_1.2m.pdf ansehen. Dort benutzen wir ein Ofenrohr als Feedhorn, und in Abb. 4 ist das gemessene Beamprofil des Feedhorns (=Ofenrohr) abgebildet.
Gruß
Wolfgang
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Passt das mit dem Ofenrohr und dem f/D von 0,5 des Spiegel bei euch?
 

astropeiler

Mitglied
Schau einfach mal in das Papier, da steht unter 3.1 etwas zu dem Thema. Es ist halt nicht optimal aber es geht ganz vernünftig.
Ich habe im Moment noch keine volle Charakterisierung des Teleskops (Apertureffizienz, SEFD, Systemtemperatur....), das kommt in den nächsten Wochen.
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Ok, tolles mobiles Teil ist das auf jeden Fall :)
Wenn alles heute mit der Familie hinhaut, komm ich eventuell dazu, mein mobiles Setup vom Dachboden zu holen. Vllt geht das "Gelumps" noch. Dazu muss ich aber bestimmt zaubern, um etwas vom Wasserstoff zu sehen. Fingers cross
 

Fritz Lensch

Mitglied
Hallo Alle,

Danke vor allem an Wolfgang für die Aufklärung. Ja an das Hintergrundrauschen das ja auch verstärkt wird hatte ich nicht gedacht. Da ich Erfahrung im Amateurfunk habe ist da immer der Unterschied zwischen Horizontal und Vertikaler Polarisation in meinem Kopf. Das ist natürlich bei unpolarisierter Wärmestrahlung nicht der Fall. Dann werde ich doch wieder bei meinem Spargeltopf bleiben den ich seit 2009 an unserem 3m Spiegel F/D 0,5 verwende. Ein Dankeschön auch an die Moderatoren und an Reinhard der diesen interessanten Beitrag begonnen hat. Liebe Grüße Fritz
Horn.JPG
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Wenn du bei 3db schon optimieren willst, dann kannst du dir auch mal deine Dose anschauen. Da könnte man noch optimieren. Eine fehlangepasste Dose macht recht schnell aus einem "nicht-optimierten" 3m Spiegel einen 2m "optimalen" Spiegel. :)
(Wobei man immer schauen muss, für welchen Anwedungsbereich man die Schüssel einsetzen will und dementsprechend Ausleuchten will)
Du bist dir bei deinem 3m Spiegel sicher, dass der ein f/D von 0,5 hat?
 
Hallo miteinander,

da ich mein Filter jetzt mechanisch halbwegs fertig habe und heute die SMA-Verbindungskabel eingetroffen sind, muss ich mir nun um den Abgleich konkretere Gedanken machen. Mein Ansatz war ja, eine Rauschquelle an den Eingang des Filters anzuschließen und mir mit dem SDR-Stick das Ausgangssignal anzuschauen. Dazu gibt es anscheinend Software, mit der man mit dem SDR-Stick über weite Bereiche sweepen kann. Da muss ich mich aber noch intensiver drum kümmern, erst mal werde ich das diskret probieren. Dabei ist natürlich die Anpassung zu beachten. Das Filter ist auf 50 Ohm Eingangs- und Ausgangs-Impedanz designt. Die China-Rauschquelle soll auch 50 Ohm haben, passt also. Allerdings werden die SDR-Sticks im allgemeinen mit 75 Ohm Eingangsimpedanz angegeben, was aus der TV-Technik her rührt. Andererseits vertreibt NooElec SDR-Sticks mit SMA-Eingang und dazugehöriger Antenne mit RG58U-Kabel, was ja bekanntlich 50 Ohm Impedanz hat. Ich habe nun einen "NooElec NeSDR Smart" mit SMA-Eingang hier liegen und den möchte ich für den Abgleich einsetzen. Bei einer Fehlanpassung von 50 Ohm an einem 75 Ohm Eingang wird im Netz ein Signalverlust von 0,2 dB angegeben, sollte zumal bei einer "vergleichenden Messung" kein Problem sein.
Meine Frage wäre nun: Wirkt sich eine solche moderate Fehlanpassung auch auf das Frequenzverhalten des Filters aus, oder kann ich den Abgleich damit durchführen?

Das Thema "Messtechnik" ist eigentlich einen eigenen Thread wert, deshalb werde ich dazu nachher mal einen neu anlegen.

Viele Grüße & CS,
Reinhard
 

astropeiler

Mitglied
Durch eine eventuelle Fehlanpassung bekommst Du (auch) eine Welligkeit in den Frequenzgang. Am besten hält man die Kabel deswegen möglichst kurz, dann sind die "Wellen" in der Frequenz weit auseinander gezogen und stören nicht so. Aber wahrscheinlich hast Du jetzt nur die eine Länge der Kabel, also einfach mal probieren. Für einen ungefähren Abgleich sollte es reichen.
Wolfgang
 

Fritz Lensch

Mitglied
>>Du bist dir bei deinem 3m Spiegel sicher, dass der ein f/D von 0,5 hat?

Hallo sdr_herrmanns!
Nein natürlich nicht der Spiegel hat ein f/d von 0,3. Hab ich mit meinem 136 cm verwechselt. Danke für deine Nachricht gerne möchte ich noch ein oder zwei db gewinnen. Die Berechnung von meinem Spiegel habe ich als Bild noch eingefügt. Der Topfstrahler ist mit Sicherheit noch zu verbessern. Der Durchmesser ist 155 mm. Das SWR liegt bei 1,8 da ist sicher noch eine bessere Anpassung möglich. Ein Ofenrohr habe ich schon bestellt. Ich bin aber nicht sicher ob ich eventuell eine Erweiterung der Öffnung brauche. Und von wo dann die Brennweite gemessen wird. Viele Fragen und Unsicherheiten.
3m Berechnung.jpg
Spiegel.JPG
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Nee, dann passt das schon. Ich hatte nur etwas Angst, wenn deine Dose an einem 0,5er Spiegel seine Arbeit verrichtet hätte.
Das ist ein wirklich schöner Spiegel!
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Gute Idee APM, dann könnten wir alles Schüsseln zu einem grossen Radioteleskop verbinden. VLGART = very large german amateur radio teleskope und auch mal ein Bild von einem schwarzen Loch veröffentlichen :)
 

astropeiler

Mitglied
@Fritz,
ich glaube wegen der Anpassung brauchst Du Dir bei einem SWR von 1,8 erst mal keine Gedanken zu machen. Das bedeutet ja einen return loss von rund 10 dB, oder mit anderen Worten verliertst Du rund 10% vom Signal. Da gibt es sicher andere Stellschrauben, die mehr bringen. Wenn ihr den Aufwand treiben wollt, dann wäre ein Kumar-Feed anstelle des Spargeltopfes sicher eine Option. Damit erreicht man eine bessere Ausleuchtung des Spiegels.
Was ich an Eurer Stelle jedoch erst einmal machen würde, wäre die jetzigen Leistungsparameter festzustellen. Dann weiß man besser, wo man steht. Welche das sind und wie man sie misst, könntest Du bei unserem Bericht über unseren 3-m Spiegel nachlesen: https://astropeiler.de/sites/defaul...ckert_Charakterisierung_und_Beobachtungen.pdf
Sorry wenn ich immer unsere Papiere zitieren, aber das erspart mir Schreibarbeit.
Wenn ich Deine Frage nach der Brennweite richtig verstehe: Das Feedhorn sollte so positioniert sein, dass der Brennpunkt des Spiegels genau an der Öffnung bzw. wenige mm innerhalb liegt.
Gruß
Wolfgang
 

astropeiler

Mitglied
Hallo Fritz,
mir ist an Eurem Spargeltopf-Feed gerade noch eine Sache aufgefallen: Wenn ich die Dimensionen betrachte, dann sieht es so aus dass Eure Probe so grob 55 mm von hinteren Ende platziert ist. Das wäre ungefähr ein Viertel der Freiraum-Wellenlänge. Die Wellenlänge innerhalb eines zylindrischen Hohlleiters ist jedoch anders und hängt vom Durchmesser ab. Bei 21 cm Freiraum-Wellenlänge und einem Durchmesser von 155 mm ist die Wellenlänge 34,6 cm, ein Viertel davon also ca. 8,6 cm. Dann wäre Eure Probe zu weit hinten. Es kann aber sein dass man das auf dem Foto nicht so genau sieht.
Gruß
Wolfgang
 

Fritz Lensch

Mitglied
Hallo Wolfgang,
ja, das habe ich auch vermutet als ich vor einigen Tagen die Maße von dem Ofenrohr-Feed gesehen habe. Danke für deinen sehr kompetenten Beitrag. Leider kann ich zurzeit die Leistungsparameter nicht messen, weil unser Teleskop in einer exponierten Lage steht und alle heiklen Teile abmontiert sind. Das Teleskop ist schon einmal von einem direkten Blitz getroffen worden außerdem ist die Windangriffsfläche gewaltig und deshalb ist das Teleskop jetzt auch horizontal nicht drehbar. Ich habe schon einige Male versucht die Systemtemperatur zu messen und mit diversen Programmen zu berechnen. Die Ergebnisse sind sehr unterschiedlich und daher für mich nicht brauchbar. Mathematik ist halt nicht meins. (Probieren geht bei mir über Studieren)  Dafür kann ich mich jetzt mit der Sache beschäftigen. Den Link von dir muss ich erst mal verdauen aber ich bin guter Hoffnung. Mein 3. Versuch mit der Wasserstofflinie war aber (hoffentlich) erfolgreich. Anbei ein kurzes Video von den ersten Versuchen im Jahr 2014 Leider ist die Frequenz nicht genau wegen dem Quarz im Mischer. Aber durch das Drehen der Antenne könnte es die Wasserstofflinie gewesen sein.
Leider klappt das mit dem kurzen Video nicht. Ich hab es auf YouTube geladen. https://youtu.be/d5ovwTEikm4
 

astropeiler

Mitglied
Hallo Fritz,
das Video kann ich leider nicht sehen. Wenn ich es aufrufe, dann kommt: Vidoe nicht verfügbar. Dieses Video ist privat.
Wahrscheinlich muss man da noch was setzen, aber mit Youtube kenne ich micht nicht aus.
Wolfgang
 

Fritz Lensch

Mitglied
Vorverstärker Kuhne 30 db, 3m RG 213 , Filter -3 db, Converter von 1420 auf 165 MHz +20 db, 30 m RG231, Verstärker 165 MHz 20 db, Converter 165 MHz auf 30 MHz -6 db und Perseus . Kompliziert aber damals gab es noch keine SDR für 1420 MHz
LG Fritz
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Hört sich interessant an :)
Das mit dem SDR der auf 1420 Mhz "richtig" kann ist heute auch noch schwierig. Aber ich hatte ja schon mal die Kombi AR5000 mit einem SDR an der IF erwähnt. So hatte ich das damals geregelt. Die Kombi geht heute noch sehr gut.
 

astropeiler

Mitglied
@sdr_herrmanns
Hallo, Du hast Dich verschiedentlich skeptisch bezüglich SDRs geäußert. Kannst Du mal konkreter werden? Was genau siehst Du als Problem an?
In einer "Radioastronomie-Konfiguration" wird man immer einen LNA direkt am Feedhorn haben, und danach ein Filter. Insoweit spielt Rauschzahl, Großsignalverhalten usw. des SDR keine Rolle. Was ein Thema bleibt, sind Gain-Stabilät und Glattheit des Frequenzgangs.
Gruß
Wolfgang
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Im Gegenteil ich mag SDR sogar sehr. Ich halte nur nichts von diesen umfunktionierten DVBT Dingern.
 

astropeiler

Mitglied
@Fritz:
Leider kann man auf dem Video nicht genug erkennen um beurteilen zu können, ob das Wasserstoff sein kann. Dazu müsste man mehr Details über den Versuch wissen.
Viele Grüße
Wolfgang
 

Fritz Lensch

Mitglied
@Hallo Wolfgang, die Frequenz kann ich leider nicht sagen wegen der 2 Mischer wo ich gewönhliche Quarze verwendet habe. Einen Messender hatte ich damals noch nicht. Aber der Fehler ist sicher nicht mehr als 2 bis 3 KHz. Die Anordnung der Verstärker, Mischer, Filter usw. hab ich noch mal um die Antenne ergänzt. 3m Spiegel, Spargeltopf, Vorverstärker Kuhne 0,43db Rauschen 30 db Verstärkung, 3m RG 213 , Filter -3 db, Converter von 1420 auf 165 MHz +20 db, 30 m RG213, Verstärker 165 MHz 20 +db, Converter 165 MHz auf 30 MHz -6 db und Perseus . Diese Aufnahme hatte ich nach 2 Tagen wiederholt um diese Aufzeichnung davon zu machen. Eine längere Version ist unter Wasserstofflinie gespeichert. Die Äderung der Frequenz ergab sich nur beim Bewegen der Antenne. Unter dem Sternbild Adler. Leider konnte ich keine Wiederholung der Aufnahme machen weil es nach einer Woche einen direkten Blitzeinschlag in die Antenne gab und Alles kaputt wahr.
 

Ehemaliger Benutzer (28957)

Ein Wasserfall wäre für mich eleganter gewesen, aber es ist trotzdem ausgesprochen schwierig eine richtige Auswertung anzufertigen. Dazu müssen etwas mehr Parameter einfliessen. Nichts desto Trotz... keep going!
 
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