Einleitung
Der Versuch Extraterrestrische Mikrowellen bietet Studenten einen Einstieg in die moderne Radioastronomie und in Hochfrequenztechnik. Mit einer 1,75m Parabolantenne messen wir den Fluß der Sonne, der Milchstraße und sogar des Orion. Auch Meteosat wird empfangen und ausgewertet. Besonders wichtig empfanden wir aber auch die Einführung in die Hochfrequenztechnik, und ihre Besonderheiten und Tücken. Diese Tücken sind oft das eigentlich Problem an einem Messaufbau und werden sonst im Studium eigentlich nirgends vermittelt.
Prinzipieller Aufbau
Die Parabolantenne ist fest auf einen Azimut von etwa 15° eingestellt, die Antennenelevation ist variabel. Das Signal wir im Brennpunkt der Antenne von einem Dipol in einem Hohlleiter aufgenommen, und dann sofort von einem Vorverstärker verstärkt, um Verluste in Kabeln möglichst zu minimieren. Die Anlage ist dabei induktiv gekoppelt um Schäden durch elektrostatische Aufladung oder Blitzschlag zu vermeiden. Um Skineffekt zu minimieren wird das Signal in einem Frequenzumsetzer auf eine niedrigere Frequenz umgesetzt. Dann teilt sich die Messanlage auf mehrere verschiedene Messplätze zur Auswertung auf.
Berechnung der Höhe und des Azimut von Meteosat
Der Meteosat Satellit befindet sich auf einer geostationären Umlaufbahn, er steht über genau über 0° N 0°O. Die Bedingung für eine geostaionäre Umlaufbahn lautet:
mit
und
Da geostationäre Satelliten eine Umlaufzeit von 24 Stunden haben müssen, ergibt sich für den Abstand Erdmittelpunkt Meteosat 42200km.
Zur weiteren Rechnung führen
wir Kugelkoordinaten ein:
mit
und
Für den Ortsvektor von Garching, der auch gleichzeitig der Normalenvektor der Horizontalebene ist ergibt sich (normalisiert auf Länge 1)
Die Himmelsmeridianebene ist
parallel zur Nord-Süd Achse
und
steht senkrecht auf der
Horizontalebene von Garching. Der Normalenvektor der Himmelsmeridianebene ergibt sich also zu:
Der Ebene, die durch den
Großkreis, der durch Meteosat, den Zenit und Garching
festgelegt ist, enthält den Vektor Garching-Meteosat
.
Ausserdem steht sie senkrecht auf der Horizontalebene Garching. Für
den Normalenvektor dieser Ebene (Ebene GM) ergibt sich also:
Der Azimut ergibt sich aus
dem Winkel zwischen
und
zu
15.4°.
Den Höhenwinkel von
Meteosat erhält man, indem man den Winkel zwischen der
Horizontalebene Garching und
berechnet.
Dies ist 90° minus dem Winkel zwischen
und
dem Normalenvektor der Horizontalebene. Die Höhe ergibt sich
dann zu 33.5°
Berechnung des Sonnendurchganges
kapier ich net.......
Bestimmung des Signals von Meteosat
Die Antenne wird auf den Azimut und die Höhe von Meteosat ausgerichtet, und die Frequenz wird passend eingestellt. Die Signalstärke wird gemessen, indem man einen bekannten Spannungspuls mit einer variablen Dämpfung so weit dämpft, daß dieser Puls genauso groß wird wie das Signal von Meteosat. Wenn die verschiedenen Dämfungen und Verluste des Meßstrangs bekannt sind, so lässt sich damit das auf das Eingangssignal von Meteosat zurückrechnen.
Antennentemperatur und Fluss der Sonne
Während der Mittagspause läuft die Sonne an der Antenne vorbei, das Signal wird vom Schreiber festgehalten. Anschliessend wird mit einer variablen Dämfung eine Eichung auf das Diagrammpapier gebracht: Das Signal wird etwa um den Faktor 1.25 verstärkt, was 1dB entspricht. Dies wiederholt man für 2dB und 3 dB. Somit erhält man eine Eichung relativ zum kalten Himmel bei 19° Elevation. Die Himmelstemperatur von 19° kann man durch die zweite Eichung ermitteln, bei der die Antenne in 10° Schritten vom warmen Boden bei -15° auf den kalten Himmel bei 50° gerichtet wird. Nun wird nur noch die Bodentemperatur mit einem Thermometer gemessen, und man kann alle Werte zurückrechen. Hierbei setzt man eine Eigenrauschtemperatur von 64°K der Antenne voraus, die jedes Jahr durch den Betreuer mittels Heiss-Kalt Messung bestimmt wird. Dazu kommen noch -0,5dB Verluste in Kabeln den Aussenanlage.
Allgemeines
-Bei den Flussberechnungen bitte noch den Faktor 2 noch einbauen, wir messen unpolarisierte starhler mit ner polarisierten Antenne ( Sonne/Orion/GE)
-Den Zeitpunkt des Sonnendurchganges kann man entweder auf die fiese mathematishe Methode machen, oder auf die „ Essen“ Methode vom Chris, die mir symphatischer ist......wär nett wenn du das noch einbaust.
-die Vektorklammer hab ich net grösser hingekriegt........WIE GEHT DAS??