Antennentemperatur

Welche Signalstärken sind bei einem gegebenen Empfangssystem zu erwarten? Worauf ist dabei zu achten?


Starke Strahler wie die Sonne oder auch die interstellaren Anhäufungen aus neutralem Wasserstoff (HI) sind bereits mit sehr einfachen, weniger empfindlichen Empfangssystemen gut zu detektieren. Zur Darstellung eignen sich die inzwischen sehr weit verbreiteten SDR-Empfänger zusammen mit frei erhältlicher Software zur Visualisierung.


Bei starken Radiostrahlern ist eben auch das Verhältnis von gesuchtem Signal zum gesamten Rauschen im Empfangssystem sehr gut zu Gunsten des Nutzsignals (S/N >> 10/1). Bei der Sonne beschreibt die Einheit  1 SFU (Solar Flux Unit) zum Beispiel einen solaren Strahlungsfluss von 100.000 Jansky. Je nach Beobachtungsfrequenz liegen die Werte zwischen einigen Zehn und einigen Hundert Fluss-Einheiten. Bei 1415 MHz zum Beispiel beträgt der Radiofluss aktuell nahe dem Aktivitätsminimum etwa 45 SFU oder 450.000 Jansky.


Für die erfolgreiche Beobachtung einer Stahlungsquelle erscheint es sehr hilfreich zu wissen mit welcher Signalstärke die Quelle über dem Rauschen im Idealfall von dem benutztem Empfangssystem dargestellt würde. Dazu kann man sich der sogenannten Antennentemperatur bedienen. Sie beschreibt den zu erwartenden Signalanstieg als Temperaturanstieg in Kelvin über dem Rauschen. Physikalische Grundlage ist die sogenannte Fluss-äqivalente Temperatur.


Dabei ist die Größe des Signalanstieges abhängig vom Antennenquerschnitt, also zum Beispiel von der Reflektorfläche eines Parabolspiegels, dessen tatsächlicher Wirkfläche und der Strahlungsstärke der Quelle. Diese Beziehung wird so ausgedrückt:


                Tantenne = (Wirkfläche Aeff * Strahlungsfluss F) / 2k


wobei k der Bolzmannkonstante entspricht.

Am Beispiel eines 3 Meter Reflektors mit 50% Wirkungsgrad und 45 SFU (450.000 Jansky) ist eine zusätzliche Antennentemperatur von ca. 750 K zu erwarten. Bei einer Systemtemperatur für das empfangende System von 100 K ergibt sich dann  eine gesamte Antennentemperatur von ca, 850 K. Was sich rechnerisch nachweisen lässt:


                           T_sys*(POTENZ(10;p_signalanstieg/10)-1)



Der Signalanstieg sollte beim Maximum des Sonnensignals so um 7,5 dB betragen.



Eine Strahlungsquelle mit einem Strahlungsfluss von 1000 Jansky liefert am gleichen Empfangssystem dagegen nur eine zusätzliche Antennentemperatur von 1,28 K. In diesem Fall sollten die Systemeigenschaften sehr stabil und gut bekannt sein, weil jetzt der Signalanstieg kleiner als 0,05 dB ausfallen wird. Somit kann zum Beispiel bei einem thermisch instabilen und stark verrauschtem Empfangssystem das gesuchte Signal von den temperaturbedingten Schwankungen in der Darstellung unkenntlich gemacht werden

 

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