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[Projekt: 21cm Wasserstoff-Linie]

astropeiler

Mitglied
Hallo Reinhard,
Dein Rohr sieht aber schick aus. Da wird der Wasserstoff mit Freuden hineinfallen ;-)
Zu Deiner Frage zu der Erweiterung des Rohrs: Ich bin immer etwas vorsichtig bei Aussagen zu Dingen, die ich nicht selber ausprobiert habe oder über die ich verlässliche Informationen gelesen habe. Man kann aber zunächst einen gewissen Analogschluss machen: Hörner, die sich nach außen hin erweitern, sind z.B. bei Paul Wade in http://www.w1ghz.org/antbook/chap6-4a.pdf beschrieben. Dort sieht man, dass sie für große f/D Verhältnisse geeignet sind und einen engeren Beam haben. Solche Hörner werden auch verwendet, wenn man eine Cassgrain Anordnung hat und einen engeren Beam braucht um den Sekundärspiegel auszuleuchten. Wir selber haben so etwas an unserem 10m Spiegel in Betrieb. Diese Hörner haben eine nach außen kontinuierlich verlaufende Erweiterung. Ich denke nun, dass eine Erweiterung mit einer Stufe ähnliche Auswirkung hat. Ich habe aber leider auf die Schnelle keine konkrete Berechnung gefunden.
Es gibt dann das Papier von Marcus Leech (A 21cm Radio Telescope for the Cost-Conscious – Canadian Centre for Experimental Radio Astronomy) in dem er auch darauf abhebt, dass die stufenweise Erweiterung das Horn für große f/D Verhältnisse geeigneter macht.
Insoweit glaube ich schon, dass eine solche Anordnung einen engeren Beam hat und damit, wenn man einfach so benutzt, eine bessere Auflösung bringt.
Also mal probieren!
Viele Grüeß
Wolfgang
 
Hallo Wolfgang,

ich gehe auch davon aus, dass das funktioniert. Allerdings spukt mir noch was Anderes im Kopf rum. Mein "Ofenrohr" hat ja diese schöne Halterung mit der Fläche vorne, das würde einen schönen Flansch für den Anschluss eines konischen Horns, also so eine Art Trichter, ergeben. Wäre doch gelacht, wenn man das nicht halbwegs anständig gefertigt bekäme...
Ansonsten kann ich sagen "ich habe fertig!" :). Hier noch drei Bildchen:

05.jpg

Die Rückseite der Reflektorplatte. Die Vorderseite ist noch nicht komplett mit dem selbstklebenden Alu-Band bezogen, so sieht man noch den Wollfaden, den ich 2 x um die Platte gelegt habe. Das soll später für einen Andruck an der Rohrinnenwand sorgen.

06.jpg

Fertig eingesetzte Reflektorplatte. Die SMA-Buchse mit dem Strahler ist nun auch eingebaut.
Das mit dem Andruck durch den Wollfaden funktioniert prima.

07.jpg

Blick ins offene Maul. Die SMA-Buchse ist von innen mit Senkkopfschrauben montiert, so stört nichts den Wasserstoff beim "reinfallen" ;).

Den "Strahler" habe ich nach Vorgabe mit 49mm Länge zur Rohrwandung gefertigt. Die Reflektorplatte ist auf 9,5cm eingestellt und hat so um die +-20mm Einstellbereich.
Was jetzt noch fehlt ist der LNA aus China. Hoffentlich wurde der verschickt, bevor der Mist mit dem Virus los ging.

Wie man sieht, ist der Aufbau nicht für Dauerbetrieb vorgesehen. Für den Fall, dass ich mal "mehr will" (was nicht ganz unwahrscheinlich ist … ;-), weiß ich ja wie's geht und kann mir was Wetterfestes bauen. Aber bis dahin gibt es noch viel zu experimentieren und darauf freue ich mich schon.

Vielen Dank für Deine wertvolle Unterstützung!

Viele Grüße,
Reinhard
 

astropeiler

Mitglied
Noch kurz zu der Länge unseres Ofenrohrs: Ich habe heute nachgemessen, und es sind in der Tat 25 cm und nicht 45 cm. Es ist mir nicht klar wieso sich die 45 cm so in meinem Kopf festgesetzt haben und ich das dann auch noch geschrieben habe.
Wolfgang
 
Ok, kein Problem, Absägen geht immer noch wenn nötig, aber erst mal bleibts so.
Ich habe hier ein paar Vorverstärker mit MMICs liegen, die würden bei 21cm um die 20dB verstärken, haben aber 3dB Rauschmaß. Wenn's mich zu sehr juckt kann ich damit ja mal probieren, das H1-Signal kann nicht mehr als im Rauschen unter gehen. Aber der rauschärmere LNA kommt ja ... hoffentlich.
Viele Grüße & Gute N8,
Reinhard, auch mit wenig Haare auf'm Kopp, aber mit Resthaar-Zopf :D.
 
Apropos "rauschende LNAs":
Als alternder, bastelnder und fotografierender Amateurastronomicus könnte einem zum Begriff "Rauschen" auch "Kühlen" einfallen. Diese chinesischen MMIC-Module sind ja nun mal nicht sonderlich groß und Peltier-Elemente kein Hexenwerk (wenn man auch die Wärmeabfuhr mit bedenkt). Da könnte man ja auf die Idee kommen...
Bei Silizium halbiert sich das thermische Rauschen bei einer Abkühlung um die 7°C, was eine Materialkonstante ist. Nun weiß ich leider nicht, welche Materialien in den MMICs zum Einsatz kommen und wie da die Zusammenhänge sind, aber das wäre doch mal ein interessantes Experiment.
Die ganze Themen sind so interessant, da kommt man gar nicht dazu müde zu werden ;-)

Noch mehr Grüße,
Reinhard
 

astropeiler

Mitglied
Ja, kühlen wäre nicht schlecht. Aber das ist technisch nicht so einfach umzusetzen, weil man sofort das Thema Kondenswasser hat. Außerdem muss man wohl eher in Richtung flüssiger Stickstoff gehen, um ernsthafte Vorteile zu haben. Zumindest ist das mein letzter Stand.
Wolfgang
 

Michael_Haardt

Mitglied
Man muss die Gehäuse luftdicht machen und idealerweise eine Silica-Gel-Patrone einbauen, sowie außen dämmen, wie man das bei Klimarohren macht. Dann gibt es kein Kondenswasser.

Aber in der Tat ist die Frage, wie sehr es das Rauschen beeinflusst. In den Verstärkern sind schließlich keine riesigen Detektoren wie in Kameras.

Michael
 

astropeiler

Mitglied
Drei Aspekte hierzu:
Wenn ich recht häufig mein Gehäuse mit einer neuen Silicagel-Patrone ausrüsten kann, dann ist es sicher machbar. In unserem Fall kommen wir nicht so ohne weiteres an den Empfänger heran (er müsste jeweils aus dem Primärfokus ausgebaut werden). Da hilft dann nur ein metallisch hermetisch dichtes Gehäuse (sprich zugelötet) um einen Gasaustasch/Diffusion auch langfristig zu verhindern.
Aber die entscheidende Frage ist: Lohnt es sich? Hierzu folgende Überlegung:
Nehmen wir einen LNA mit einer halbwegs ordentlichen Rauschzahl von 0,49 dB bei 290 K Umgebungstemperatur. Das entspricht einer Rauschtemperatur von 35 K. Wenn ich richig überlege (und Quantenrauschen beseite lasse), dann geht die Rauschtemperatur linear mit der Umgebungstempertur runter. Wenn ich nun mit einem Peltier-Element auf -15 °C kühle, bin ich bei 258 K. Damit wäre meine Rauschtemperatur vom LNA 35 K * (258/290) = 31 K. Das entspricht einer Rauschzahl von 0,44 dB. Das ist die Mühe nicht wert. Wenn ich hingegen mit flüssigem Stickstoff kühle, dann bin ich bei 35 K * (77/290) = 9,3 K. Das sind dann 0,13 dB Rauschzahl. Das ist dann schon ein Wort. Also muss flüssiger Stickstoff her, und damit habe ich technologisch und betrieblich eine andere Herausforderung.
Der dritte Aspekt ist, dass meine Systemtemperatur ja nicht nur vom LNA abhängt. Wenn ich im Bereich von 35 K vom LNA bin, dann werdem Spillover, Streuung etc. immer dominanter. Mir nutzt der tolle LNA nichts, wenn ich mir thermische Strahlung über Nebenkeulen etc. einfange. Wie ich an anderer Stelle schon mal geschrieben habe: Das Gesamtpaket zählt, weniger die Optimierung einer einzigen Komponente.
Viele Grüße
Wolfgang
 
Hallo miteinander,

ok das ist alles plausibel. Mein Gedanke zielte auch eher auf meine derzeitige konkrete Situation hin, das hätte ich etwas deutlicher formulieren sollen.
Der Stand meiner Aktivitäten ist ja nun, dass ich eine einsatzfähige Ofenrohrantenne, ein vorabgeglichenes Cavity-Filter, diverse MMIC-Verstärkerchen und einen SDR-Stick habe. Leider werden die Verstärker mit 3dB Rauschen und 26dB Verstärkung bei 1,5GHz angegeben, was für ein Frontend weit weg von optimal ist. Dazu kam mir dann der Gedanke, den ersten Verstärker zu kühlen.
Nun habe ich dazu etwas weiter recherchiert und das Datenblatt zu dem, in den Verstärkern verbauten, MMIC gefunden. Hier mal ein Auszug daraus (unten rechts habe ich mal ein Bild von so einem Verstärker-Modul rein kopiert):

MMIC-noise.jpg

Die gute Nachricht ist, dass das Rauschen bei 1,4 GHz mit "nur" etwa 2,5dB angegeben wird. Die schlechte Nachricht ist, dass das Rauschen bei einer Abkühlung von 50°C um nur ca. 0,25dB abnehmen soll. Das sich das lohnt bezweifele auch ich.
Also doch auf den bestellten LNA warten... :coffee:.

Viele Grüße,
Reinhard
 

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astropeiler

Mitglied
Hallo Reinhard,
auch wenn die Rauschzahl von dem Teil nicht "berauschend" ist, probieren könntest Du es ja mal. Ich halte das nicht für aussichtslos. Wenn man übrigens den von mir aufgezeigten Rechenweg auf die Daten dieses Verstärkers anwendet, kommt man auf 0,29 dB Abnahme bei einer Temperaturdifferenz von 50°C, also ziemlich genau das was auch im Datenblatt steht.
Viele Grüße
Wolfgang
 

eberhard_ehret

Mitglied
Ein Mensch saß vorm Gerät und tut mal lauschen –

Was er auch macht – erhört nur Rauschen.

Er dreht am Knopf, mal links, mal rechts –

Was er auch macht: S‘ kommt nur Gekrächz.

Frustriert greift er zu einer rauschigen Quelle –

Und eins, zwei, drei - so auf die Schnelle,

leert das Glas, so zwei, drei, vier sind auch schnell leer.

Die Quelle, die rauscht nicht mehr,

dafür des Menschen Kopf ist doppelt schwer.

Der nächste Tag beginnt mit großem Rauschen –

der Mensch ist baw nicht zu gebrauchen !
 
Hallo in die Runde,

über Kühlen brauche ich mir jetzt keine unmittelbaren Gedanken mehr zu machen. Da verdrahte ich doch grade meine Spannungsversorgung für die Vorverstärker so vor mich hin, da trudelt der bestellte LNA ein :). Also wurde der erste Verstärker in der Kette gleich wieder ausgetauscht, was sich als sehr einfach herausstellte, da die Abmaße und Befestigungsbohrungen genau dem Vorgänger entsprachen.
Um einfacher an der Installation arbeiten zu können, habe ich Vorverstärker, Filter und 5 Volt Regler für die Verstärker auf einer separaten Sperrholzplatte aufgebaut:

08.jpg

Rechts vorne der rauscharme LNA, in der Mitte das Filter, Links vorne der zweite Vorverstärker und links hinten der 5V-Regler auf Kühlkörper. Als 5V-Regler dient ein 7805 Stabi, der hat am Ein- und Ausgang einen Tantal-Kondensator nach Masse, sowie eine Verpolungsschutz-Diode im Eingang und eine Schutzdiode in Sperrichtung vom Ausgang zum Eingang zurück. Die Stabis mögen es nicht, wenn der Ausgang eine höhere Spannung hat als der Eingang. Dies könnte auftreten, wenn am Eingang ein Kurzschluss auftritt und der Ausgang vom Elko hoch gehalten wird. Gegen diesen Fall empfehlen die Hersteller besagte Diode vom Aus- zum Eingang.
Die Verbindungen vom Stabi zu den Vorverstärkern sind gesteckt. Dazu habe in die Versorgungs-Lötaugen der Verstärker 1mm versilberte Stifte gelötet und entsprechende Kabel angefertigt. Obwohl die Komponenten massemäßig miteinander verbunden sein sollten, habe ich trotzdem eine DC-Masse-Versorgungsleitung installiert, sicher ist sicher.
Auf die Stifte an den Verstärkerboards sind sowohl am + wie auch am Masse-Anschluss Ferrit-Perlen aufgeschoben, wodurch die Versorgungen zusätzlich HF-mäßig entkoppelt werden und eine HF-Masseschleife verhindert wird (hoffentlich). Auf den Boards liegt ein Kondensator von Versorgungsspannung nach Masse.
Der LNA rechts hat eine Abschirmkappe auf dem Board, der zweite Verstärker (links) allerdings nicht. Für den Fall, dass ich da einen Oszillator gebaut habe, werde ich diesem Verstärker auch noch eine Abschirmung spendieren.

Die Sperrholzplatte wird dann einfach mit sogenannten "Foldbackklammern" im restlichen Aufbau befestigt. Super simple und ohne Werkzeug zu montieren / demontieren. Das Ganze sieht dann so aus:

09.jpg


Dass ich ganz gerne mit Holz arbeite werdet Ihr ja schon bemerkt haben. Deshalb bekommt die Antenne vor ihrem Einsatz noch eine Art Dobson-Montierung, schon vorbereitet für einen evtl. motorischen Antrieb. Anfangs hatte ich ja vor, sie auf eine meiner parallaktischen Montierungen zu setzen, aber ich möchte nun lieber daraus eine eigenständige Einheit machen.
Durch den Einsatz der 5V-Regler kann ich das Ganze dann entweder mit einem 12V-Steckernetzteil (mit altmodischem Trafo, kein Schaltregler) oder meinem Blei-Gel Montierungsakku betreiben.
Und optisch soll's natürlich auch was her machen. Wie sagt mein Freund Schubi immer: "Das Auge sieht mit" ;).

Viele Grüße & CS,
Reinhard
 
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astropeiler

Mitglied
Hallo Reinhard,
auch wenn es für das Auge dann nicht mehr so schön aussieht: Der erste LNA sollte möglichst direkt am Horn sein, d.h. kein Kabel dazwischen. Allerdings wirst Du nicht umhin kommen einen Adapter zu verwenden um SMA/f mit SMA/f zu verbinden.
Das heißt nun nicht, dass Du es nicht auch so probieren kannst und solltest, wenn Du einen solchen Adapter nicht zur Hand hast.
Viel Erfolg,
Wolfgang
 

Optikus

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Moin moin,

das erinnert mich ans Studium, wir haben in der Amateurfunk-AG einen Topfkreis geklempnert, ich habe das immer bewundert, von den HF-Platinen über die einkäschtelung und die ganze Hohlleitertechnik - ich wünsch Dir echt Erfolg, das sieht toll aus. Ich hoffe es funktioniert wie Du Dir vorstellst. Berichte bitte weiter.

CS
Jörg
 

Fritz Lensch

Mitglied
Hallo Reinhard, schaut ja alles Super aus. Brauchst nur mehr den SDR anschließen und kannst schon den ersten Test machen. Ich bin schon sehr neugierig auf den Kalt-Warm-Test und wie viel db Unterschied bei den nicht ganz 300° Temperatur da herauskommt. Wünsche dir viel Erfolg dabei. Grüße Fritz
 
Hallo miteinander,

@ Fritz:
Ich habe die Seite grade mal probiert, funktioniert bei mir auch nicht, seltsam :-/.
Die Zeichnung mit der dazugehörigen Maß-Tabelle habe ich bei mir als screenshot abgespeichert, darf ich das jetzt hier so einfach rein stellen? Wenn ja, dann kein Problem!

Viele Grüße,
Reinhard
 

astropeiler

Mitglied
@Fritz : Zu dem Thema Feed und 2. Ring/Kragen
Hallo Fritz, es handelt sich dabei um einen sogenannten Kumar-Feed. Wie Du vermutest, dient es dazu die Ausleuchtung des Spiegels zu verbessern. Gerade bei einem tiefen Spiegel mit kleinem f/D braucht man einen großen Öffnungswinkel des Feeds. Der Kragen ist gegenüber dem Horn ein kleines bisschen zurück versetzt. Das ist übrigens einer der wenigen kritischen Parameter, bei dem es auf Millimeter ankommt. Es gibt ein Excel Sheet von der Seti League mit dem man ein solches Horn rechnen kann, das findet man auf der Seite Care and Feeding of a SETI Dish
Ich würde hier gerne das Sheet anhängen, aber .xls Dateien sind hier nicht erlaubt. Stattdessen füge ich hier ein PDF des Sheets bei, aus dem die Paramter unseres Horns ersichtlich sind. Wie Du siehst, ist unser Horn dünner als die 15cm von einem Ofenrohr. Wir haben das so gewählt, weil dann der Bereich der OH Maser noch mit erfasst wird. Wenn man aber von einem Ofenrohr ausgeht, kann man das entsprechend auch mit dem Sheet rechnen, ein Beispiel ist hier ebenfalls begefügt.
Jetzt noch ein Hinweis zu der Positionierung des Kragens (Choke). Bei uns haben die Messungen ergeben, dass der doch dichter an der Öffnung sein sollte als nach der Rechnung. Da muss man halt ein wenig probieren.
Viele Grüße
Wolfgang
 

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Fritz Lensch

Mitglied
@Wolfgang
>Bei uns haben die Messungen ergeben, dass der doch dichter an der Öffnung sein sollte als nach der Rechnung. Da >muss man halt ein wenig probieren.

Meinst du den Durchmesser vom Chokering oder die Versetzung nach hinten? Und Danke für die Maße.
Fritz
 

Fritz Lensch

Mitglied
@astropeiler

Hallo Wolfgang,
Nun habe ich mal einen Teil der PDF-Datei Teil 2_3m Radioteleskop ( Systemtemperatur ) durchgelesen und versucht mit der Kalt-Heiß Methode meine Systemtemperatur mit der Formel unter der Apbildung 4 zu berechnen.
Meine Kalt- Heiß Messung ergibt in relativen Werten 4800 und 8000. Also Y = 1,66. Damit gerechnet = überm Strich 8000 -7968 =32. Also 32 / 0,66 = 48,48 Das sollten 48,5 K sein oder was????
Das kommt mir aber viel zu gut vor. Kuhne gibt für den Vorverstärker eine Rauschtemperatur von 50K an. Ich hätte mal mit 100K gerechnet. Also stimmt da was nicht bei meiner Rechnung. Was mach ich da falsch? Wahrscheinlich meine Berechnung. Die Mathematik ist halt wirklich nicht meins. In ein bis 2 Wochen möchte ich das mit dem 3m Spiegel und mit einem neuen Horn versuchen. Herzliche Grüße
Fritz
 

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Michael_Haardt

Mitglied
Die Sache interessiert mich auch, darum habe ich es mal versucht:

T_hot = 300 K
T_cold = 10 K
S_hot = 8000 DN
S_cold = 4800 DN

Y = S_hot / S_cold = 8000 / 4800 = 1.66
T_sys = (T_hot - Y * T_cold) / (Y-1) = (300 - 1.66*10) / (1.66-1) = 429

Mir ist immer noch nicht klar, warum das so geht. Woher weiss ich, welcher Anteil im gemessenen Wert mein Eigenrauschen ist und welcher evtl. ein Offset? Vielleicht sehe ich da den Wald vor Bäumen nicht.

Michael
 

Fritz Lensch

Mitglied
T_sys = (T_hot - Y * T_cold) / (Y-1) = (300 - 1.66*10) / (1.66-1) = 429

Ja das ist wohl richtig Hab mir schon mal gedacht das ich nicht mit Formeln rechnen kann 429 K ist wahrscheinlich ok
Das kommt schon eher hin Danke für die Nachhilfe und noch einen schönen Tag Fritz
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ich kam endlich dazu, an dem Projekt mal weiter zu basteln. Es ist ja sehr beliebt, diese kleinen Platinchen in massive Metallgehäuse einzubauen und mit SMA zu verbinden, was wunderbar flexibel ist. Die Stromversorgung läuft über einen Durchführungsfilter mit einer Kabelöse als Masse. Was ist da für den experimentellen Aufbau beliebt? Man wird doch wohl nicht immer alles löten, oder?

Was die Kontaktierung von Alugehäusen angeht, bin ich jetzt etwas schlauer. Man kann blankes Alu tatsächlich mit Speziallot löten, aber man braucht einen großen Brenner. Mit einer kleinen Lötlampe kriegt man gerade mal ein Fleckchen verzinnt, danach verkohlt das Flussmittel, weil man unter der Flamme löten muss (soll man nicht, weiss ich). Zum Anschluss einer Masse reicht es aber. Ohne Verzinnen kriegt man bei Alu keine zuverlässig niederohmige Verbindung hin, auch wenn es anfänglich zu funktionieren scheint.

Michael
 

astropeiler

Mitglied
Hallo,
wie korrekt gerechnet wird, ist ja nun schon geklärt.
Zu dem Prinzip: Der Zusammenhang zwischen Termperatur und Signal ist linear (zumindest in dem Bereich, von dem wir hier reden). Mit anderen Worten, wenn man Signal gegen Temperatur aufträgt, bekommt man eine Gerade. Wäre das Ganze ideal (T_sys = 0), dann würde die Gerade durch den Nullpunkt gehen (kein Signal bei T=0 K). Aufgrund der Systemtemperatur ist die Gerade verschoben. Nun ist jede Gerade durch zwei Punkte eindeutig bestimmt. Also messe ich zwei Punkte auf der Geraden, nämlich Signal und Temperatur an zwei Stellen. (siehe Y-factor - Wikipedia)
Gruß
Wolfgang
 
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