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