Kuehlung der Eingangsstufe

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Moin!
Ich rätsele gerade, was bei Empfängern eigentlich gekühlt werden muß. Wenn man mal Radarastronomie kühn unter die Radioastronomie
substituiert, sind die Geräte ziemlich ähnlich: Eine große "Schüssel", die das reinkommende Zeugs auf ein Empfangshorn bündelt, und dahinter sitzt ein Empfänger, der es möglichst rauscharm verstärken muß. Der Unterschied zwischen Effelsberg und Radar ist dabei eigentlich nur, daß die Radarschüssel auch sendet, aber die Empfangsverhältnisse sind durchaus vergleichbar.
Die Untergrenze der unvermeidlichen Rauschleistung ergibt sich natürlich aus der Temperatur des Empfängers. Genau deswegen wird der in Effelsberg mW gekühlt.
Aber was ist eigentlich "der Empfänger", und was davon muß gekühlt werden?
Denn die Schüssel selbst wird offenbar nicht gekühlt. Bei einer nicht weit entfernten Großradaranlage wird auch der Empfänger nicht gekühlt, was wohl daran liegt, daß der im Gegensatz zu Effelsberg nicht direkt am Horn sitzt, sondern über einen Hohlleiter angekoppelt ist, und der wird definitiv auch nicht gekühlt. (Hohlleiter muß beim Radar sein, weil der Sender zu groß ist, um ihn an die Schüssel anzubauen und mitzubewegen, also kann man den ohnehin vorhandenen Hohlleiter für den Empfänger gleich mitbenutzen.)
Fragt sich jetzt, warum es eiegentlich nichts ausmacht, daß die Schüssel nicht gekühlt ist, bzw. warum die nicht thermisch strahlt.
Versuch einer Erklärung: Ihre Reflexivität ist so hoch, daß sie kaum noch Emissivität hat, d. h. sie kann im fraglichen Wellenlängenbereich kaum thermisch strahlen (und ist außerdem undurchsichtig, wodurch sie von hinten einfallende thermische Störstrahlung freundlicherweise gleich abschirmt). Dann reicht es offenbar, Horn und Empfängereingangsstufe zu kühlen.
Beim Radar wird die Eingangsstufe nun angeblich deswegen nicht gekühlt, weil das sinnlos wäre, denn dann müßte man auch das Horn und denn Hohlleiter kühlen.
Und das verstehe ich nicht so ganz: Das Argument der hohen Reflexivität gilt doch auch für die, d. h. die sollten auch nicht thermisch strahlen.
Das Gegenargument wäre, daß die zwar ziemlich "weiß" sind, aber aufgrund ihrer Form Hohlräume, und sich deswegen darin trotz sehr kleiner Emissivität ein thermisches Strahlungsgleichgewicht, eben "Hohlraumstrahlung" einstellt. Dann nützt es freilich nichts, die Eingangstransistoren zu kühlen. (Bei der Schüssel ist es anders: Die kann sich selbst nicht sehen, deshalb befindet sich in ihr kein "Hohlraum".)
So, was stimmt daran denn nun?
Ich weiß zum Beispiel nicht, warum die Radarmimik nicht einfach doch gekühlt wird. So aufwendig kann das doch nicht sein: Da muß außen auf die Hornantennen ein Fenster drauf, dann kann man von unten durch den Hohlleiter Kühlgas durchpusten, und oben braucht man eigentlich nur einen Schauch, durch den es wieder zurück zum Kühlaggregat gelangt. Vielleicht sollte man dann noch den Hohlleiter nach außen hin wärmeisolieren, um die erforderliche Kühlleistung zu senken. Aber so unendlich aufwendig kann das doch wohl nicht sein.
Für Radarastronomie könnte man im übrigen Sendeantenne und Empfänger räumlich trennen: Im Prinzip könnte irgendeine Beleuchtungsantenne Pulse abstrahlen, und dann eine Schüssel wie Effelsberg (oder auch mehrere weltweit gleichzeitig) die Reflexe detektieren.
Gruß aus Bremen Ralf
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eigentlich nur die FETs im Eingang...
Gruß R.R.
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Robert Rohling schrieb:

In der guten alten Zeit wurden noch Paramps in den Satellitenbodenstationen verwendet, die dann mit Gifford-McMahon Gaskältemaschinen auf wenige K abgekühlt wurden (Wurzel T und so, viel hilft viel ;-]). Bei der Umstellung auf MESFET konnte man eine Zeit lang sehr günstig diese Kälteanlagen kriegen, Institute die da flexibel waren konnten da echt Geld sparen...
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mfg Rolf Bombach

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So undifferenziert hat man das uns im Kindergarten auch immer erzählt.

Insbesondere, nicht nur. Der Unterschied besteht insbesondere in der Signalstärke und Spektrum des Signals das verarbeitet werden muss.

Genau das ist die Frage. Wer sagt, dass "der Empfänger" gekühlt werden muss? Das warst doch du?

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"Ralf . K u s m i e r z" wrote:

Ohmsche Widerstaende produzieren Rauschen und muessen daher gekuehlt werden. Widerstaende schlucken aber auch Signal und muessen daher sowieso vermieden werden.

Die ist auch so konstruiert dass da moeglichst wenig Signal geschluckt wird - also wenig Widerstand und daher wenig Rauschen.

So ein Hohlleiter produziert je nach Laenge natuerlich einen merklichen Signalverlust in seinem eigenen ohmschen Widerstand - der produziert auch Rauschen, um so mehr je laenger der Hohlleiter ist - genau wie auch bei Koaxkabel.

In der Empfaengereingangsstufe sind notgedrungen Widerstaende, z.B in den Transistoren, aber auch in der Kapazitaetsdiode die als parametrischer Verstaerker verwendet wird befindet sich ein Verlustwiderstand in Serie, der Rauschen produziert.

Kommt drauf an wie lang der bis zum Empfaenger ist.

Ich wuerde sagen es haengt einfach davon ab wieviel Signal in der Leitung von ohmschen Widerstaenden geschluckt wird, nicht nur weil das das Signal verkleinert, sondern weil diese Widerstaende auch Rauschen erzeugen, das dann mitverstaerkt wird.

Moeglich ist das auf jeden Fall.
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Am 05.11.2010 08:48, schrieb Carla Schneider:

Die Eingangsstufe, das reicht. Vielleicht noch das aktive Element der ersten Verstärkerstufe.
Aber wenn man einmal beim Kühlen ist, dann kühlt man gleich alle Elemente im Eingangsbereich.

Das "ohmsche Rauschen" ist das kleinste Problem.
Das Problem ist das Eigenrauschen der aktiven Elemente und seine Verstärkung.

Sie reflektiert nur. Sie verbessert das Signal. / Rauschverhältnis.
Carsten
--
http://www.nichtlustig.de/toondb/080115.html

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Carsten Thumulla wrote:

Das ist aber das Rauschen das man durch Kuehlen verringern kann, im Gegensatz z.B zum http://de.wikipedia.org/wiki/Schrotrauschen Bei einem Parametrischen Verstaerker tritt es gar nicht auf.

Und das kommt von den in diesen Elementen enthaltenen Widerstaenden.
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Carla Schneider wrote:

Nicht nur. Bei aktiven Elementen gibt es neben dem normalen Wrmerauschen der Elektronen innerhalb der einzelnen Kristallstruktur noch ein sprunghaftes Funkelrauschen, das seine Ursache wahrscheinlich in pltzlichen Vernderungen der Sperrschichten hat (Quelle: Nhrmann).
Viele Gre Steffen, f2dsp
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Also z.B. beim Planck-Satelliten werden die Indiumphosphid-HEMTs auf 20K gekühlt.

Der Mischer-Oszillator gehört aber normalerweise in nen Ofen. SCNR
Gruß R.R.
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Robert Rohling wrote:
...

Das macht man aber nur, weil es ein billiger und bequemer Weg ist, die Temperatur möglichst konstant zu halten. Wenn man sowieso ein aufwändiges Kühlsystem mit hoher Temeraturkonstanz hat, kann man da auch die frequenzbestimmenden Baugruppen mit reinnehmen. Es kommt in dem Fall nur auf eine hohe Temperaturkonstanz an.
Grüße, Peter
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?Wodurch entsteht Rauschen?
Doch deshalb, weil -simpel gesagt- die Atome zittern. Ein kontinuierlicher Strom von Elektronen oder Löcher wird dadurch unregelmäßig "zerhackt". Je kälter die Elektronik ist, umso geringer ist das Zittern und umso geringer wird das Rauschen. Ab einem bestimmte Signal/Rauschabstand ist die Verbesserung durch Kühlung so gering, dass sie nicht mehr sinnvoll ist. Es reicht also, die Empfangsstufe vor dem Reflektor zu kühlen.
Gruß Klaus
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begin quoting, Klaus Wagner schrieb:

Ich fürchte, daß ist ein wenig zu simpel.
<http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerauschen ist für Wikipedia-Verhältnisse erstaunlich gut und weist vor allem korrekt darauf hin, daß auch Leitungen gemäß ihrer Temperatur selbst rauschen.
Gruß aus Bremen Ralf
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