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PAF - „Phased Array Feed Receiver″

Ein PAF-Empfänger ist im wesentlichen eine Radio-Kamera, die aus einer dichten Anordnung von Antennenelementen im Fokus des Teleskops besteht (ein „Phased Array Feed”). Das Bild kann durch verschiedene Kombinationen der Ausgangssignale der Elemente verfeinert werden. Das hier beschriebene PAF-System wurde für das ASKAP-Teleskop in Australien entwickelt, aber für den Einsatz in Effelsberg modifiziert. Trotz der geschützten Lage im Tal ist das Effelsberger Teleskop mehr menschlicher Radio-Störstrahlung ausgesetzt als ASKAP im australischen Outback. Aus diesem Grund verwendet das PAF schmalere Bandbreiten, um insbesondere Interferenzen von Mobiltelefonen und niederfrequenten digitalen Fernsehdiensten zu unterdrücken.  Das Bild oben zeigt den PAF-Empfänger, der im Mittelpunkt des 100-m-Radioteleskops Effelsberg (Bildnachweis: Reinhard Keller, MPIfR) installiert ist.

Ein Array aus 188 verbundenen „Schachbrett” -Antennenelementen ist über einen Kreis mit 1,2 m Durchmesser verteilt. Es ist ein Empfänger mit zwei Polarisationen und jede Polarisation hat 94 Elemente. Die analogen Signale aller Elemente mit einer Bandbreite von jeweils bis zu 600 MHz werden über RF-über-Fiber-Verbindungen an den Digitalempfänger übertragen und abgetastet. Die digitalen Empfänger kanalisieren die Daten auch über eine mehrstufig über-abgetastete Filterbank auf 1 MHz. Die digitalisierten Signale werden von acht „Redback”-Instrumenten zu Radiostrahlen (sogenannte „Beams”) am Himmel verarbeitet. Dies resultiert in bis zu 36 Dual-Polarisationsstrahlen mit einer Bandbreite von 384 MHz (48 MHz pro Strahl) in 1-MHz-Frequenzkanälen. Insgesamt leiten wir 336 MHz von 16-Bit-Beamforming-Basisbanddaten (42 MHz pro Beamformer) mit der vollen Abtastrate an die GPU-Knoten (Graphics Processing Unit) über Ethernet-Verteiler in 7-MHz-Frequenzblöcken weiter.

Wir haben zwei Wissenschaftsmodi für den Empfänger, den Suchmodus und den Spektroskopiemodus. Der Suchmodus wurde entwickelt, um einzelne Impulse von Fast-Radio-Bursts (FRBs) und starken Pulsaren zu suchen. Der Spektroskopiemodus liefert Daten mit hoher Frequenzauflösung (~ 1,16 KHz) in mit allen vier Stokes-Parametern oder getrennten Polarisationen  zur Himmelskartierung und Spektroskopie. Der Suchmodus erlaubt es gleichzeitig hochaufgelöste Spektroskopie zu betreiben. Eine spezielle Software erlaubt es bei Pulsarbeobachtungen die Daten mit geeigneter Periode zu falten, so dass Echtzeitmessungen möglich sind.

Einzelner Puls des Crab-Pulsars, der im Suchmodus entdeckt wurde. Bild vergrößern
Einzelner Puls des Crab-Pulsars, der im Suchmodus entdeckt wurde.
S7-Karte (Eichquelle) im Spektroskopiemodus beobachtet. Bild vergrößern
S7-Karte (Eichquelle) im Spektroskopiemodus beobachtet.
 
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