Wie wir das 2D Strahlungsdiagramm einer Antenne kartieren

Während ein einzelner Driftscan durch die Mitte der Sonnenscheibe uns einen Eindruck von der Breite der Hauptkeule und der Wichtigkeit der Nebenkeulen einer Antenne vermitteln kann, so erhalten wir aber nur einen Schnitt in horizontaler Richtung durch das Strahlungsdiagramm. In anderen Richtungen kann es durchaus anders aussehen, beispielweise in der Lage der Maxima von Nebenkeulen. Um dies zu klären, führen wir vielfache Driftscans aus, indem wir die Antenne längere Zeit auf einer festen Position belassen, und die Sonne auf ihrem täglichen Gang über den Himmel vor der Antenne vorbeiwandern lassen, während sie gleichzeitig jeden Tag ein kleines Stückchen höher (im Frühling) oder tiefer (im Herbst) kommt. Dies erfordert viel Zeit und einiges an Arbeit bei der Datenaufbereitung, aber die entstandene Karte des Strahlungsdiagramms wird viele Einzelheiten zeigen, die ein Einzelscan nicht liefern kann.

Nebenbei bemerkt, könnten wir ein derartige Karte auch erstellen, indem wir mehrere Driftscans ausführen, wobei die Antenne jeweils auf eine Position gefahren wird, die gegenüber der späteren Sonnenposition in vertikaler Richtung etwas versetzt ist. Dies erfordert aber eine genaue Eichung des Positionierungsystems der Antenne. Ebenso könnte man die Antenne in einem Raster über die (vorausberechnete) Sonnenmitte fahren lassen. Es der hoher Präzision der Himmelsmechanik zu überlassen, die Sonne an der Antenne vorüberziehen zu lassen, stellt keinerlei Anforderungen an die Antennenpositionierung und ist viel bequemer!

Die besten Zeiten für ein solches Unternehmen sind die Wochen um den 21. März und 21.September, weil dann die Sonne sich am schnellsten in Deklination bewegt: etwa 0.4° pro Tag, und die Konstruktion der Karte am effiziensten ginge. Aber auch Zeiten außerhalb der Sonnenwenden können nützlich sein, insbesondere weil die langsamere Geschwindigkeit in der Höhe eine höhere Winkelauflösung gibt, allerdings auch eine größere Geduld erfordert.

Ein einzelner Driftscan der Sonne, als sie vor der Antenne in ihren täglichen Wanderung vorbeizieht. In den Rohdaten (rote Kurve) müssen wir das Niveau des Rauschuntergrunds schätzen und markieren (blaue Kurve), um die unvermeidbare Änderung des Systemrauschens und der Verstärkung zu kompensieren, weil wir das Empfangssystem ohne jede Kalibrierung laufen lassen. Wir schätzen den Rauschpegel bei verschiedenen Zeiten (blaue Punkte) und interpolieren dazwischen mit geraden Linien. Dies ist zuerst etwas willkürlich, aber nach einiger Zeit ist es einfach, aus den eigenen Fehlern zu lernen!

Das Strahlungsdiagramm eines Driftscans durch das Zentrum der Hauptkeule. Wie in StRahlungsdiagramm einer Antenne erklärt, ziehen wir die lineare Leistung des Rauschuntergrunds von der linearen Leistung der aufgezeichneten Daten ab, und drücken das Ergebnis wieder in dB aus, aber diesmal relativ zum Wert im Zentrum der Hauptkeule (diesen Wert behalten wir als Bezugswert für alle Einzelscans). Die Zahlen nummerieren die Nebenkeulen. Man beachte die Asymmetrie in den Nebenkeulen, insbesondere die Stärke der ersten Nebenkeule auf der Westseite, und ihre Schwäche auf der Ostseite.

Die vollständige Karte des Strahlungsdiagramms des 9 m Spiegels auf 1.3 GHz. Die Stärke ist als Farbe zwischen 0 dB (rot) und -40 dB (violett/schwarz) gekennzeichnet, nach der Farbskala rechts. Die Zahlen nummerieren die Nebenkeulen. Bei manchen Richtungen ist sogar die 7. Nebenkeule erkennbar. Die schwarzen radialen Striche deuten Störungen des Strahlungsdiagramm an, die offenbar durch die vier Stützen verursacht werden, die die Speiseantenne im Primärfokus halten. Die erste Nebenkeule ist am kräftigsten im Südwesten, und verursacht die Asymmetrie, die bereits im Einzel-Driftscan sichtbar war. Andere Nebenkeulen weisen ebenfalls Asymmetrien auf. Daher waren die Arbeiten von April und Mai 2018 sehr wohl der Mühe wert! Siehe DUBUS 1/2019, 28; Technik XVII, 19

Theoretische Strahlungsdiagramme eines gleichmäßig ausgeleuchteten kreisförmigen Spiegels von 8 m Durchmesser bei 1.3 GHz: mit einer Abschattung durch eine 50 cm große kreisförmige Speiseantenne (links) sind die Nebenkeulen breiter und weiter voneinander entfernt als im Diagramm ohne diese Abschattung (rechts). Dies ist sehr ähnlich zur gemessenen Karte; es gibt eine tiefe Lücke zwischen erster und zweiter Nebenkeule, und alle Nebenkeulen sind stärker als beim unblockierten Spiegel. Die Anhebung der Nebenkeulen schwächt die Hauptkeule. Da dies aber nur 0.04 dB ausmacht, ist es leicht hinnehmbar.