Universität zu Köln

Zukünftige Radioastronomische Empfänger werden über einen erweiterten Frequenzbereich und damit auch eine höhere Bandbreite (Oktave) verfügen, um die Empfindlichkeit zu steigern und mehr Flexibilität bei der Auswahl des Frequenzspektrums zu haben. Dies stellt hohe Anforderungen an das Design eines analogen Frontends. Um bessere Polarisationseigenschaften zu bekommen, ist eine flacher Phasenverlauf über immer größere Bandbreiten nötig, was am einfachsten mit digitalen Methoden zu erreichen ist. Hier besitzt man die Möglichkeit eine zirkulare Polarisation mit perfekter Polarisationsverteilung über eine vorgegebenen Bandbreite zu formen, da mit digitalen Mitteln einfacher eine quadratur Phasenverschiebung zu erzeugen ist. In analogen Systemen ist die nötige Phasenverschiebung nicht exakt, sobald man von dem Frequenzpunkt abweicht für den das System entworfen wurde. Im Gegensatz dazu besteht bei digitalen Systemen die Möglichkeit, die exakte Phasenverschiebung durch Verrechnung der Signalvektroren jedes einzelnen Frequenzpunktes innerhalb des Frequenzbandes zu erzeugen. Daraus resultiert dann eine perfekte quadratur Phasenverschiebung innerhalb des kompletten Bandes. Der schnelle Fortschritt bei Field Programmable Gate Arrays (FPGA) bringt neben der nötigen Rechenleistung, einem günstigen Preis und der Portierbarkeit auch die Möglichkeit zur einfachen und schnellen Rekonfiguration des Systems, wodurch das Formen einer zirkularen Polarisation mit digitalen Mitteln auch praktisch sinnvoll wird. Dieses System kann dann für breitbandige Polarisationsmessung genutzt werden. Zirkulare Polarisation wird aus Geometrischen- und Stabilitätsgründen bei der Radiointerferometrie mit sehr langen Basislängen (very long baseline interferometry, VLBI) genutzt. VLBI wird häufig bei der Untersuchung der Polarisation von Radiowellen verwendet. Die Polarisation dieser Wellen wird durch Syncrotron Effekte, Zeeman Effekte innerhalb von Atomen und Molekülen, Zyklotron Strahlung und Plasma Schwingungen in der solaren Atmosphäre hervorgerufen. Außerdem findet VLBI Anwendung bei Methoden der Synthese der Rotationsmessung, welche verwendet werden kann um die magnetische Feldstärke zu ermitteln. Weiterhin kann durch Beobachtung verschiedener Wellenlängen die Richtung des magnetischen Feldes bestimmt werden. Daher würde ein digital arbeitender Polarisator eine Vielzahl von Anwendungen in VLBI Systemen finden. In dieser Arbeit untersuche ich die Effizienz eines digitalen zirkularen Polarisators. Wir entwarfen einen digitalen zikularen Polarisator in dem die Zwischenfrequenzsignale eines Empfängers mit ursprünglich linearer Polarisation abgetastet wurden. Diese wurden nach dem Abtasten in eine zirkulare Polarisation gewandelt. Die frequenzabhängige Phasen- und Amplitudendifferenz des Systems wurde mit Hilfe eines zugeführten Rauschsignals bestimmt. Dieses wurde auf beide linearen Polarisationen gegeben um die Übertragungsfunktion der beiden Polarisationskanäle abzugleichen. Dieser Abgleich wurde mit 512 Frequenzpunkten über eine Bandbreite von 500 MHz durchgeführt. Die zirkulare Polarisation wurde durch eine quadratur Phasenverschiebung und anschließende Summation des Signale erzeugt. Hierbei erzeugten wir über das ganze Band eine Polarisationsreinheit von -58 dB, was einem D-Wert von 0.0012 entspricht. Dieses D-Wert eine Obergrenze Diese Technik ermöglicht die Entwicklung eines zirkularen Polarisators für VLBI, der mit einem breitbandigen radioastronomischen Empfänger mit linearer Polarisation arbeiten kann

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