Amateur-Radiostation für 10 GHz EME und Radioastronomie, Teil 3

3. Die Evaluierung der Anlage

Mit der Evaluierung der Anlage überprüfen wir hauptsächlich den Gewinn G der Antenne. Hierzu messen wir das Rauschen von 2 Rauschquellen: den kalten Himmelshintergrund und die Sonne. Aus diesen beiden Messungen lässt sich das Verhältnis G/Tsys berechnen, Tsys ist die Systemtemperatur der Anlage, die ein Maß für das Eigenrauschen ist und die wir abschätzen müssen.

3.1 Die Gleichungen

Die Differenz beider Messungen gibt uns einen Wert Y in dB, den wir für die weitere Rechnung entlogarithmieren müssen. Wir erhalten dann das G/Tsys zu [4]

mit

k= 1,38 10-23 W/K/Hz (Boltzmann-Konstante)
S= F 10-22 W m-2 Hz-1 (Solar Flux)
F= veröffentlichter SFU-Wert der Sonne (Solar Flux Unit, kann in [1] aus aktuellen Daten für jedes Amateurband berechnet werden)
λ= Wellenlänge/m

L ist ein Korrekturwert, der berücksichtigt, welchen Teil der Antennenapertur die Sonne ausfüllt [5]

Die Systemtemperatur Tsys kann aus dem Rauschfaktor NF bestimmt werden

Tsys= (NF-1) 290 K (3)

hier ist NF der Rauschfaktor als Zahlenwert einzusetzen.

Tsys setzt sich immer aus den Temperaturen mehrerer Rauschquellen zusammen, alle Einzeltemperaturen können addiert werden [5,6].

Tsys= T1 + T2 + T3 + T4.......... (4)

3.2 Die Ergebnisse

Die beschriebenen Messungen ergaben für den 1,7-m Spiegel den Wert Y=8,2 dB und für den vergrößerten Spiegel mit D= 2,4 m Y= 8,7 dB. Daraus ergeben sich die Werte

G/Tsys 1,7 m = 88,7/K und G/Tsys 2,4 m = 103/K.

Um den Gewinn zu bestimmen, muss nun die Systemtemperatur Tsys abgeschätzt werden:
nach (4) ergibt sich

Tsys= T Preamp + T Spillover + T Waveguide + T galaktisches HG-Rauschen +
T Transverter

= 55 K + 25 K + 30 K + 10 K + 5 K = 125 K

Damit ergeben sich G 1,7 m = 11087 (40,4 dB) und G 2,4 m = 12875 (41,1 dB). Die folgende Tabelle stellt die gemessenen Werte und die theoretisch zu erwartenden Werte [aus 1] gegenüber.

3.3 Diskussion

Der 1,7-m-Parabolspiegel ist ein kommerziell gefertigter Vollspiegel der Telekom. Als Fehlerquelle kommen deshalb nur ein nicht angepasster Feed sowie die Abschattung durch die Elektronik im Brennpunkt in Frage.

Der 2,4-m-Spiegel entstand aus der Erweiterung des 1,7-m-Spiegels durch einen Drahtgitter-Rand. Für diesen Spiegel gelten als Fehlerursachen alle im Teil 2 dieses Beitrags genannten Punkte.

In einer vorsichtigen Schätzung würden wir die Fehlerquellen folgendermaßen gewichten:

1,7-m-Spiegel:

Abschattung durch Elektronik: 2 dB
Schlecht angepasster Feed: 1,3 dB

2,4-m-Spiegel:

Abschattung durch Elektronik: 1,8 dB
Schlecht angepasster Feed: 1,5 dB
Spillover durch Drahtgitter: 1,0 dB (Verschlechterung des Tsys)
Schlechte elektrische Verbindung zwischen Gitter und Spiegel: 0,6 dB
Verlust durch Drahtgitter: 0,7 dB

Diese Werte erlauben die Auswahl eines optimalen Spiegels:

Offset-Vollspiegel mit gut angepasstem Feed!

Quellen

[4] Shaffer, D. B., Microwave System Calibration Using the Sun and Moon,   The ARRL UHF/Microwave Experimenters Manual, ARRL, 1990
[5] http://www.setileague.org/articles/g-t.htm
[6] http://www.amsat.org/amsat/archive/amsat-bb/200809/msg00046.html