interferometrie op de korte golf

[WimApon]

Ook met amateurmiddelen is het mogelijk interferometrie te doen.
Ik gebruik hier 2 kleine antennes voor die op een afstand van 34 m. van elkaar af staan.
In elke antennecentrum bouwde ik een zeer gevoelige hoogfrequent voorversterker.

[attachment=0:qdcf8ek3]interf8.jpg[/attachment:qdcf8ek3]

De output van deze 2 versterkers gaat via 2 exact evenlange coaxkabels naar een ontvanger.
De sterkte van de ruis die uit de ontvanger komt wordt elke 10 seconden gemeten en
opgeslagen. De ontvangst frequentie is 35 MHz.
Ook schreef ik een computerprogramma dat de output van de ontvanger simuleert uitgaande
van 3 bronnen. t.w. Centrum van de Melkweg, CygnusA en CasiopeiaA.
Ik moet wel bekennen dat het nogal veel testen, afregelen , uitproberen, langdurig meten
en heel veel denkwerk kost om tot resultaat te komen.
Toch lijkt het erop dat niet alleen de jongens van LOFAR resultaten krijgen.
Voor meer info , de grafieken en wat foto's kun je op mijn site kijken:
http://home.kpn.nl/~apon001/huis.htm
Ik ben heel benieuwd naar commentaar.

Uitleg bij de grafiek: de onderste 3 golven zijn de gesimuleerde grafieken per bron.
de bovenste 3 rommelige lijntjes zijn de echte metingen. Op de x-as staat de tijd in uren (UTC),
op de y-as het voltage van de ruis die uit de ontvanger komt.

[Jeffrey]

Leuk project!
Ik neem aan dat je de signalen dus gewoon bij elkaar optelt. Je telt dan ook de ruis van beide antennes op.
Je hebt het geluk dat op de lage golflengtes waarop je zit bronnen als CygA en CasA heel sterk zijn.
Misschien is het mogelijk correlatie tussen de 2 signalen te gaan krijgen door zogenaamde "phase switching" te gaan toepassen. Zie hier: http://scienceworld.wolfram.com/physics ... ching.html
Hier:
http://books.google.nl/books?id=9KHw6R8 ... q=&f=false
vind je trouwens een mooi boek over interferometrie, vanaf blz 200...

[WimApon]

Jeffrey, ik weet nog niet precies wat er allemaal mogelijk is.
Mijn eerste bedoeling is om te bepalen of ik met eenvoudige middelen kan aantonen
dat interferometrie werkt.
Als het inderdaad werkt, en de meetresultaten een beetje kloppen met wat je zou
verwachten ga ik verdere plannen maken (en geld uitgeven).
Ondertussen moet ik nog veel studeren en proberen te snappen.
Het boek wat je opgeeft kan me daar geweldig bij helpen. Dankjewel.

Uiteindelijk ga ik proberen om de 35 MHz, faseconstant om te zetten naar een lagere
frequentie en die signalen dan met minimaal 3 sampels per trilling te digitaliseren.
De ontvangen ruis wordt dan een rij getallen. Met deze getallen kun je dan
de meest fancy berekeningen gaan doen.. Ik zou dan door de antennes te verplaatsen
en op andere afstanden en richtingen te zetten een kaart van de hemel moeten kunnen gaan
maken. Alles hangt ervan af of het met betaalbare middelen ( een pc geluidskaart denk ik)
mogelijk is de ontvangen ruis om te zetten in een rij getallen, of eigenlijk 2 rijen getallen.
Van elke antenne een.



Stap voor stap probeer ik mijn doel te bereiken.. en ik weet het: LOFAR kan het allang,
maar ik wil ook!

[WimApon]

Jeffrey,
Na flink wat denkwerk gedaan te hebben geloof ik dat ik het principe van "phase switching"
begrepen heb. Wat je eigenlijk doet is de "gelijkstroom component" van het signaal
elimineren.. Dat geeft inderdaad versterking van de fringes die je zoekt.
Ik wil mijn apparatuur hier niet voor aan gaan passen omdat ik een andere weg in wil gaan
slaan. Maar met wat gerommel met mijn metingen kan ik bijna het zelfde bereiken.
Ik pak een gemeten curve en trek die dan een tijdje verschoven van zichzelf af.
Als je dat tijdje handig kiest.. (halve golflengte van de fringes) krijg je ook versterking.
Om te bewijzen dat het echt werkt vermenigvuldigde ik de gemeten curve met 2..
je krijgt dan wel een grotere amplitude maar de breedte van de curve wordt dan ook
2 maal zo groot.. daar schiet je dus niets mee op.[attachment=0:1nhqastp]pict1b.jpg[/attachment:1nhqastp]

Maar eerst moet ik uitzoeken waarom de meting niet overeenkomt met mijn simulatie.
Morgen ga ik de beide antennes veranderen in een 2 elements yagi waardoor ik
richting melkweg wat versterking ga krijgen.. Als ik dan zeker weet dat ik iets van
het centrum van de melkweg ontvang, kan ik zeker weten of de fase van mijn systeem
goed is of niet....


Het ligt in mijn bedoeling om 2 volledig coherent reagerende ontvangers te gaan bouwen,
die elk naar een zo snel mogelijk werkende AD-convertor gaan.
Beide AD-convertors laat ik op precies hetzelfde moment een serie metingen doen.
Ik krijg dan 2 rijen getallen die de informatie van de ontvangen wisselspanning van
35 Mc bevatten... hiermee kan je dan op 35MHz frequentie-nivo gaan rekenen...
Het zullen wel Fast Fourier Transformaties worden.
Ik weet nog wel niet hoe, maar dat ga ik nog uitzoeken.

Weet jij een plek waar ik een FFT algoritme (of een basic programma) kan vinden?....
Ik heb er ooit eentje uit een boekje gehaald, maar die geeft output die er als een hyperbool uitziet.. en dat is niet handig...

[WimApon]

Het FFT algorithme heb ik gevonden en geprogrammeerd.. gaat prima.
Ik ga toch nog maar een tijdje testen met phase switching.
De apparatuur heb ik inmiddels gebouwd en ben ik aan het inregelen.

Ik zoek nog steeds een methode om te testen of de 2 signalen van de 2 antennes
en de 2 voorversterkers in fase of in tegenfase zijn......

[ErikF]

Hoe je dat zou kunnen testen .... .... Een kant en klaar antwoord heb ik er niet voor maar als we de meting ga beredeneren komen we er wel denk ik.

Als je recht voor de antennes een meetzender neerzet waarbij de afstand tot beide antennes precies gelijk is, dan zou bij antenne a en b het signaal exact gelijk moeten zijn, dus in fase.
Dus bij opgaande flank van de sinus gaan ze beide gelijk op en bij afgaande flank natuurlijk tegelijk naar beneden. Als je deze signalen bij elkaar optelt krijg je een versterkte signaal. Het signaal van de twee antennes bijelkaar zal sterker moeten zijn dan dat je het signaal via 1 antenne ontvangt.
Zijn de antennes in tegenfase dan zouden de signalen van de meetzender elkaar meer of minder opheffen, het totaal van het signaal zal zwakker zijn dan als je de meetzender met 1 antenne ontvangt.

Deze redenatie is voor signalen die 180 graden in fase verschoven zijn. Is de faseverschuiving kleiner dan denk ik dat er een schakeling bij moet om de fase enkele graden te kunnen verschuiven tov elkaar.

Hoe denk jij over deze redenatie? Ik weet nog niet of dit in de praktijk ook zo werkt maar als ik alles overdenk zou het moeten kloppen.

[Rudy]

Om te meten of de twee signalen in fase of tegenfase zijn dacht ik aan iets gebaseerd op een dubbele gebalanceerde mixer. Na een beetje zoeken heb ik dit gevonden, het komt van Mini-Circuits. Ze zeggen: "phase detector: provides a DC output voltage proportional to the difference in phase between two RF input signals. A double-balanced mixer can perform as a phase detector when the LO and RF signal inputs are at the same frequency. DC offset: the small amount of voltage present at the output when there should actually be zero voltage, such as when only one input is present, or when the two RF input signals are 90 degrees out of phase. This offset voltage is due to slight mismatches in the diodes and/or imperfect balance in the transformer windings. Maximum DC output from a phase detector occurs when the RF and LO signals are in phase or 180 degrees out-of-phase."

Kijk ook even naar het elektrische schema in de datasheet van een mixer van Mini-Circuits, de SBL-1. Voorzover ik het correct beredeneer, als de signalen op L (LO) en R (RF) in fase zijn, dan is de DC-spanning op I (IF) maximaal negatief. Zijn de signalen 180 graden uit fase, dan is die spanning maximaal positief. Bij 90 graden uit fase moet de spanning (zo goed als) nul zijn. Het werkt eigenlijk hetzelfde als een detector voor SSB, dan krijg je alles tussen het ingangssignaal en een lokale oscillator, naar beneden tot aan DC. In dit geval dus alleen een DC-spanning die een maat is voor de fase.

Zo zou je zoiets met relatief weinig componenten moeten kunnen bouwen...

Edit: die SBL-1 heb ik even als voorbeeld gebruikt, in de praktijk zou je dan eentje moeten gebruiken die ook met DC kan werken, de genoemde SBL-1 begint pas vanaf 1 MHz. Ik heb even gekeken op de site van Barend Hendriksen, zulke typen zijn wel verkrijgbaar. En hij heeft nog iets interessants in z'n aanbod, de MPD-1 van Mini-Circuits, die lijkt speciaal gemaakt te zijn om als fase-detector te gebruiken. Datasheet hier.

[WimApon]

Beste ErikF en Rudy,
Ik ben even weggeweest, maar de interferometry ging gestaag door.
Rudy ik vrees dat jou idee me veel te ingewikkeld is. Maar toch: dankjewel voor de moeite die je deed.
En ErikF, ik denk dat jouw redenatie precies klopt, maar ze is niet eenvoudig
te controleren. Als je 1 antenne loshaalt, verstemt de boel .....

Als ik met de serie metingen van dit moment klaar ben, ga ik de volgende test uitvoeren.
Ik zet de antennes ongeveer 40 meter uit elkaar.
Ik ga me een meetzender op ongeveer 60 meter van beide antennes staan..
De beide antenne draden ga ik loodrecht op de lijn van de antenne naar de zender zetten.
En wel zo dat dezelfde aansluiting steeds rechts zit, als je van de zender naar de
antenne kijkt.
Ik zou dan versterking moeten krijgen , daarna ga ik 1 van de antennes omdraaien en
dan zou ik verzwakking moeten krijgen...
Dit zou mijn probleem moeten oplossen.

Op dit moment ben ik bezig met het ontwikkelen van een heleboel software om
de positie van bronnen te kunnen bepalen aan de hand van mijn metingen.
De afstand tussen de beide antennes is op dit moment 140 meter. Dit geeft fantastische
metingen van "fringes" waardoor ik de positie van de bron heel nauwkeurig kan bepalen.
Het werkt perfect,.
Om de boel nu te kunnen caliberen moet ik de precieze coordinaten van de bron
in Casiopeia te weten zien te komen.. de bron noemen ze bij LOFAR: Casiopeia A.
het is een overblijfsel van een super nova.
Mijn metingen geven aan dat hij de volgende coordinaten zit:
RA = 23 uur 28 minuten en de declinatie = 58 graden en 30 minuten.

Binnenkort ga ik beginnen met de bouw van 2 a 3 direct conversion ontvangers voor
35 MHz, en het digitalisreren ga ik doen met een geluidskaart.....
elke antenne krijgt dan een eigen ontvanger.

Op mijn site staan steeds de laatste ervaringen....

[WimApon]

Mijn addition interferometry project begint zijn voltooing te naderen.
Het fase probleem is opgelost doordat de metingen heel precies bepalen waar de bronnen
zitten. Mijn gevonden posities kloppen ongeveer met een meetfout van 1 graad.

Voor de volledigheid nog even twee plaatjes:[attachment=1:3cn21ztf]intrf18.jpg[/attachment:3cn21ztf]
Mijn vriendin toont hoe klein en hoe simpel de antenne eigenlijk is.
Toch zijn de resultaten verbluffend.
Je ziet de antenne die ik het meeste gebruik: een 2 elements inverted V beam.
Op de foto staat hij op het zuiden gericht.
140 meter verderop staat er nog eentje.[attachment=0:3cn21ztf]intrf20.jpg[/attachment:3cn21ztf]
Bovenstaand plaatje is 1 van de mooiste metingen die ik deed.
Je ziet de fringes van buiten naar binnen toe steeds dichter bij elkaar komen.
Om het plaatje mooier te maken, berekende ik een voortschrijdend gemiddelde van
de meetpunten en gaf dit aan met de rode lijn.
De kleinste aftsand tussen de fringes kun je omrekenen tot de declinatie van de bron.
Het punt waar de fringes het dichts bij elkaar staan kun je omrekenen tot de Richt Ascenssion.

In het begin klopte mijn simulaties niet met de metingen.
Dit kwam doordat ik dacht dat de radiobron CassiopeiaA het zelfde was als als de ster
Cassiopeia Alfa.... oliedom...
Toen ik eenmaal kon berekenen waar mijn bron stond, bleek deze positie met alle eerdere
metingen te kloppen. Uiteindelijk vond ik de officiele coordinaten van CassiopeiaA.
Dit bleek behoorlijk goed overeen te komen.
Op mijn site staan nog veel meer plaatjes van metingen:
http://home.kpn.nl/apon001/huis.htm

Al met al was het een heel leuke en leerzame excersitie.....

Nu ga ik beginnen met de phase interferometrie. Eerst 2 coherent werkende direct conversion
ontvangers bouwen, en dan uitzoeken hoe ik de output kan digitaliseren.

Is er iemand die me kan helpen met info over geluidskaarten... want ik vrees dat ik die
zal moeten gaan gebruiken.... Ik weet dus absoluut niets van geluidskaarten.
Ik moet ongeveer 18 000 keer per seconde een getal gaan digitaliseren.
En dat dan nog eens over 2 kanalen......

Help help help me please....

[Rudy]

Wim, ik was vanmiddag op visite bij m'n ouders en keek daar even in de nieuwe
Electron, leuk om je verhaal in het blad te lezen.