mika_radio_experiment/experiment_setup/README.md

Experimentaufbau: Minimaler Radioempfang bei niedriger Temperatur

Purpose

Dokumentation eines passiven Radioexperiments zur Untersuchung von Temperatur- und Umwelteinfluss auf die Empfangsqualität.

Problemstellung: Wie verändert sich das Empfangsverhalten eines rein passiven Detektorradios ohne Stromquelle unter variierenden Umweltbedingungen?

Ziele:

• Minimalistisches Empfangsgerät aus einfachen Leitermaterialien aufbauen
• Spannungsschwankungen und Rauschverhalten unter Kälteeinfluss beobachten
• Effekte durch Erdung und Antennenrichtung erfassen

Kontext & Hintergrund

Manuell erfasste Spannungs- und Temperaturwerte während einer nächtlichen Freiluftmessung.

Gruppierung:

• Standardaufbau
• Erdung aktiviert

Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:

• Zeitstempel
• Temperatur
• Spannung (mV)
• Notiz

Domänenkontext:

• Elektromagnetische Wellen
• Passiver Gleichrichterkontakt
• Mechanische Induktion durch Wind

Outlier-Definition:

• Methode: Manuelle Identifikation von Spannungsspitzen
• Beschreibung: Ungewöhnliche Signalauslenkungen > 1,5 mV werden als potenzielle Empfangsereignisse markiert.
• Metrik: Spannung (mV)

Motivation:

• Demonstration von Radioempfang ohne konventionelle Stromversorgung
• Bewertung von Materialverhalten (Kupfer, Grafit) bei Frostbedingungen
• Erprobung einfacher Erdungskonzepte für Signalverstärkung

Methode / Spezifikation

Übersicht:

• Verwenden eines selbstgebauten Kristalldetektors bestehend aus Kupferspule, Rasierklinge und Grafitkontakt
• Verbindung mit hochohmigem Kopfhörer als Signalwandler
• Ergänzende Erdung über metallische Geländeroberfläche zur Verstärkung des Signals

Algorithmen / Verfahren:

• Wickeln einer Spule mit ca. 90 Windungen 0,2 mm Kupferdraht
• Montieren eines feinen Grafit-Metall-Kontakts zur Gleichrichtung
• Ausrichten eines 12 m langen Antennendrahts entlang Nordrichtung
• Messung der Signalspannung mit Multimeter im Bereich 0–2 mV
• Dokumentation jeder Konfigurationsänderung mit Zeitstempel und Temperatur

Input / Output

Input-Anforderungen

Hardware:

• Kupferdraht Ø 0,2 mm (ca. 12 m)
• Rasierklingenstück
• 2B-Grafitmine
• Hochohmiger Kopfhörer
• Holzplatte als Isolator
• Antennendraht (10–15 m)
• Digitalthermometer
• Multimeter (mV-Bereich)

Software: Konfiguration:

• Antenne auf freier Fläche, Spule auf Holzisolator montiert, Kontaktwinkel ca. 45° zur Antennenachse

Erwartete Rohdaten

Felder pro Run:

• Zeit
• Temperatur (°C)
• Spannung (mV)
• Bemerkung

Formatbeispiele:

• 00:45, -4.2, 0.9, Standardaufbau
• 01:05, -4.1, 1.5, Erdung aktiv

Trace-Daten:

• Format: Textlog
• Hinweis: Optionale Notizen über wahrgenommene Audiosignale und Rauschverhalten

Analyse-Ausgaben

Pro Gruppe / pro Governor:

• Mittelwert der Spannung
• Maximalwert
• Rauschlevel

Vergleichsausgaben:

• Standardaufbau vs Erdung am Geländer

  • Δ: ≈ +0,6 mV mittlere Spannung

• Trace-Muster: Spannungsverlauf stabilisiert bei Erdung; Spannungsspitzen bei mechanischer Bewegung der Antenne.

Workflow / Nutzung

Analyse-Workflow:

• Aufbaukomponenten gemäß Liste vorbereiten
• Antenne und Spule montieren, Kontaktpunkt justieren
• Basisspannung ohne Erdung messen (Referenz)
• Erdung aktivieren, Spannung erneut markieren
• Datenlog exportieren (Textdatei oder Notizbuch)

Trace-Template-Anforderungen

Ziel: Standardisierte Protokollierung physikalischer Empfangsparameter

Erforderliche Tags & Metadaten:

• Zeit
• Temperatur
• Spannung
• Setup-ID
• Bemerkung

trace-cmd-Setup:

• Messintervall ≤ 10 min
• Notieren aller Konfigurationsänderungen

Run-Design für Contributors:

• Versuche bei verschiedenem Wetter und unterschiedlichen Erdungsmaterialien wiederholen

Interpretation & erwartete Ergebnisse

Kernbefunde:

• Erdung verbessert Signalstärke und Stabilität
• Mechanische Bewegung durch Wind erzeugt störende Induktion
• Temperaturveränderungen innerhalb –4,2 bis –4,0 °C haben geringen Einfluss auf Signalniveau

Implikationen für Experimente:

• Erdung ist zentraler Verstärkungsfaktor bei passivem Empfang
• Frostbedingte Leitungswiderstände müssen berücksichtigt werden

Planungsziel:

• Ziel: Evaluierung der minimalen physikalischen Bedingungen für Empfang ohne Energiezufuhr
• Vorgehen:
  • Signalstärke vs. Temperaturkorrelation visualisieren
  • Materialwahl hinsichtlich Leitfähigkeit und Stabilität verbessern

Limitationen & Fallstricke

Datenbezogene Limitationen:

• Kleine Stichprobe, ausschließlich manuelle Messung
• Hohe Unsicherheit durch subjektive Tonwahrnehmung

Kausalität & Generalisierbarkeit:

• Ergebnisse gelten nur für lokale Bedingungen und spezifische Aufbauten

Praktische Fallstricke:

• Kontaktinstabilität durch Frost
• Gefahr durch Metallkontakt bei Kälte
• Elektronisches Messgerät kann bei < –5 °C ausfallen

Nächste Schritte & Erweiterungen

Geplante Experimente:

• Vergleichsmessung bei Tageslicht
• Erfassung akustischer Spektren über Mikrofon-Interface

Analyseziele:

• Spektralanalyse des Rauschsignals
• Temperaturabhängigkeit des Schwingungsverhaltens der Antenne

Regression & Modellierung:

• Lineare Regression Spannung vs. Temperatur
• FFT-Auswertung der Geräuschmuster zur Identifikation möglicher Modulation

Community-Beiträge:

• Bereitstellung offener Aufbauanleitung und Messdaten im Repositorium