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Beamformer für das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

VLBI wird traditionell in cm wellenlänge beobachtet.


In den vergangenen Jahren war das MPIfR, das MIT Haystack Observatorium und andere weltweite Institute, Vorreiter für Beobachtungen mit einer Wellenlänge von bis zu 1 mm. Teleskope welche in mm beobachten können, sind generell kleiner als die traditionellen in cm-Wellenlänge beobachteten Teleskope. Die Empfänger sind nicht so empfindlich und die Instabilität der Atmosphäre hat einen größeren Einfluss auf die kurzer Wellenlängen. Somit ist die Sensibilität der VLBI Beobachtungen ein sehr wichtiger Aspekt der VLBI . Um die Grenzen der mm-Teleskope zu überwinden, werden die kohärenten
Signale aller  lokal beobachtenden Interferometer der mm Wellenlängen als ein ganzes Signal für die VLBI Beobachtungen addiert.

In Chile besteht ALMA  aus fast 66 hochpräzisen Antennen  und beobachtet bei Wellenlängen zwischen 0,3 und 9,6 mm. Das Interferometer hat eine erheblich höhere Empfindlichkeit und Auflösung als alle anderen Submillimeter-Teleskope. Die hohe Empfindlichkeit wird durch die große Anzahl von  einzelnen Teleskopen, die das Interferometer bilden, erreicht. Die Antennen können über das Chajnantor-Plateau bewegt und dabei in Abständen von 150 m bis 16 km positioniert werden. Das ermöglicht es, ALMA als variables „Zoomteleskop“ einzusetzen, Hersteller der Antennen sind europäische,  nordamerikanische und ostasiatische Partner des Projekts. Die Amerikaner und Europäer liefern jeweils 25 der 12-m-Antennen, die das Hauptarray ausmachen. Ostasien liefert insgesamt 16 Antennen (vier 12-m-Antennen und 12 Antennen mit je 7 m Durchmesser). ALMAs Empfänger arbeiten in den Frequenzbändern zwischen 30 und 950 GHz, für die die Erdatmosphäre am Standort durch die große Höhe und die geringe Luftfeuchtigkeit am Standort durchlässig ist. MPIfR‘ Aufgabe ist den sogenannten ‚phasing alogrithm‘ zu implementieren, welcher ein Kalibrationmodell ist, um fest zustellen wie das Phasensignal der jeweiligen Antennen aufeinander abgestimmt bzw. justiert werden können um in einer kohärenten Weise addiert werden zu können. Ausserdem hat das MPIfR die Aufgabe  übernommen, die linear polarisierten Signale von ALMA, in zirkular polarisiert Signale zu konvertieren, welches der aufgezeichente VLBI Standard ist bei allen weltweiten Antennen.

Digital Baseband Converters

Seit 2005 ist das MPIfR Partner bei der Entwicklung sog. Digital Baseband Converter (DBBC) beteiligt. Diese Konverter sind rein digitale Systeme und lösen die bisher an den Teleskopen für die VLBI-Datenaufnahme verwendeten analogen Konverter ab.Die neuen Systeme sind vollständig abwärtskompatibel und werden bei der Instrumentierung neuer Teleskope für geodetisches oder astronomisches VLBI verwendet.

Das DBBC-Projekt wurde 2012 erweitert.Mit finanzieller Unterstützung durch die EU (Projekt DIVA) konnte in einem ersten Schritt ein neues Gerät mit 4Ghz Bandbreite und 32 Gbit/s Ausgansdatenrate entwickelt werden. In einem zweiten Schritt soll das System Bandbreiten bis 14GHz unterstützen. Dies ist Voraussetzung für neuartige Empfänger, die ohne Frequenzumsetzung bei 14GHz messen.

Dies ist ein Gemeinschahftsprojekt zwischen INAF (Istituto die Radioastronomia) Noto in Italien und der VLVI Technologie-Gruppe am MPIfR. Das MPIfR steuert Boards für das Sampling und die Signalprozessierung bei und ist Verantwortlich für die Endkontrolle. DBBC werden jetzt von HAT-Lab produziert; einem INAF-Spinoff Unternehmen.

Atacama Pathfinder Experiment

Das Atacama Pathfinder Experiment APEX ist ein Teleskop des ALMA-Typ's und ist für Einzelteleskope modifiziert. Die VLBI-Technikergruppe hat dieses Teleskop auf 1 mm Wellenlänge für VLBI Beobachtungen aufgerüstet.

Es ist ein anspruchvolles Objekt in 5000m Höhe.

Wasserdampf-Radiometer

Eine erste Version eines Wasserdampf-Radiometer's wurde in Zusammenarbeit mit dem Hochfrequenz-Labor des MPIfR's entwickelt. Siehe: Wasserdampf-Radiometer. Als Folge der Ergebnisse ist eine zweite Version mit verbesserten Eigenschaften in der Umsetzung.

 
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