Analisi di un ricevitore radioastronomico total-power in banda SHF
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E' presentata un'analisi sul funzionamento di un ricevitore total-power
a microonde, in particolare nella banda 10-12 GHz.
Pur di validità
generale, il documento si propone di confrontare i risultati teorici
che emergono dall'analisi con quelli pratici delle osservazioni, con
particolare attenzione alla verifica delle reali possibilità
osservative del sistema RAL10 Microwave Radiometer di RadioAstroLab
quando equipaggiato con antenne commerciali provenienti dal mercato
TV-SAT. |
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| Banda operativa di RAL10 |
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| La
figura illustra come si colloca la banda di frequenza operativa del
sistema ricevente RAL10 Microwave Radiometer rispetto all'intera
"finestra" radio ricevibile dalla superficie terrestre. |
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Caratteristiche tecniche
di RAL10 e schemi a blocchi |
| Una panoramica sulle caratteristiche tecniche principali del ricevitore RAL10 è mostrata nelle seguenti figure. |
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Gli schemi evidenziano la struttura interna del ricevitore RAL10 e dei componenti esterni.
In alto si
vedono l'antenna e l'unità esterna (LNAC) commerciali: tramite
una discesa in cavo coassiale il segnale captato dall'antenna è
applicato all'ingresso a larga banda del ricevitore. La banda passante
del radiotelescopio è fissata dalla risposta in frequenza
dell'unità esterna, tipicamente compresa fra 10.7 GHz e 11.8
GHz, convertita nella IF-SAT 950-2050 MHz. In questo caso, la banda
passante del ricevitore sarà dell'ordine di 1100 MHz.
Dopo
un'amplificazione con guadagno di potenza non inferiore a 10 dB, il
segnale 950-2050 MHz è rivelato dal detector (configurazione a
doppio diodo compensato in temperatura), integrato ed amplificato dal
blocco di post-rivelazione.
Per
misurare ed amplificare solo le variazioni di segnale dovute alla
radiazione proveniente da una radiosorgente, è indispensabile
sottrarre al segnale rivelato il contributo dovuto al rumore di fondo:
per questo motivo è generata una tensione di offset (Vref) che
serve per calibrare il livello della linea di base radiometrica in un
punto opportuno della scala di acquisizione del convertitore analogico-digitale (ADC).
Il blocco
amplificatore di post-rivelazione è un dispositivo differenziale
con guadagno variabile ed il controllo di tutti i parametri operativi
del sistema è gestito dal microprocessore interno (CPU).
Il segnale radiometrico all'uscita dell'integratore finale è
applicato ad un buffer ed inviato all'ingresso di un ADC a 12 bit che
provvede a "digitalizzare" l'informazione radiometrica in modo che la
CPU possa formare la parola seriale RS232C da inviare al PC.
L'acquisizione automatica dei dati, la visualizzazione in forma grafica sul monitor di stazione, la formattazione e l'archiviazione dei file è affidata al software RADIOmetrica, specificamente progettato per applicazioni radioastronomiche total-power.
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La radioastronomia per tutti con
RAL10 MICROWAVE RADIOMETER
RadioAstroLab
presenta un sensibile ricevitore in banda X (10-12 GHz) progettato per
osservazioni radioastronomiche dilettantistiche.
| RAL10 Microwave Radiometer & RADIOmetrica |
| RAL10
è lo strumento ideale per chi desidera accostarsi con successo
alla sperimentazione radioastronomica: fornito con il software di
acquisizione RADIOmetrica,
consente di attivare, con economia e semplicità, una stazione
ricevente automatica operante nella gamma delle microonde. |
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Ricevitore total-power RAL10 di RadioAstroLab:
il sistema,
realizzato con moduli interni schermati, è assemblato su
un'elegante scatola plastica che comprende un pannello frontale dotato
di interruttore generale per l'accensione (a sinistra), tasti per le
impostazioni e la programmazione dei parametri di lavoro (al centro),
display LCD retro-illuminato per la visualizzazione dei parametri
operativi e del segnale di uscita (barra orizzontale). |
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La foto mostra un sensibile e versatile radiotelescopio che si
può facilmente installare in casa o nel cortile di una scuola:
costruito "attorno" al ricevitore RAL10 di RadioAstroLab, utilizza
moduli e componenti commerciali provenienti dal mercato TV-SAT,
economici e facilmente reperibili in qualsiasi supermercato
dell'elettronica.
Il software RADIOmetrica,
fornito insieme allo strumento, è parte integrante della
stazione radioastronomica: progettato per acquisire automaticamente i
dati dal ricevitore, consente di attivare una efficiente stazione
radioastronomica total-power, fornendo una piattaforma comune per molti
sperimentatori che saranno in grado di scambiarsi e confrontare i dati
delle osservazioni.
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Numerose ed importanti estensioni sono previste per ampliare le
caratteristiche di RAL10 e RADIOmetrica: non mancate di visitare queste
pagine per conoscere le novità! |
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Il software di acquisizione automatica dei dati
RADIOmetrica |
RADIOmetrica è il semplice ed efficiente software progettato per il radioastronomo dilettante.
RADIOmetrica
è un software di acquisizione e di processing di segnali
acquisiti dagli strumenti della serie RAL di RadioAstroLab.
L'acquisizione dei dati avviene tramite porta seriale e protocollo
secondo lo standard RS232. I dati possono essere salvati in diverse
modalità:
FITS File Format:
Flexible Image Transport System, è un formato di
immagazzinamento dei dati ormai diventato uno standard internazionale
in ambito radioastronomico. RADIOmetrica consente il salvataggio dei
dati da 12 a 16 bit in formato FITS BINTABLE ottimizzato in binario.
Oltre ai dati sono inseriti diversi parametri correlati al Data Block
registrato.
ASCII Format:
dati salvati in un file di testo ASCII, leggibile da qualsiasi editor e
stampabili o importabili su fogli di calcolo o pacchetti di analisi
statistica dei dati. Anche nel formato ASCII, oltre ai dati sono
salvati diversi parametri legati al Data Block registrato.
Bitmap: in questo formato sono salvate le immagini delle "strip chart" prodotte dall'ottima interfaccia grafica di RADIOmetrica.
E' naturalmente possibile combinare differenti modalità di
utilizzo e di salvataggio dei dati in modo da coprire diverse tipologie
di acquisizione e di processing degli stessi. |
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Eccellente software di acquisizione sviluppato per RAL10 da Salvatore Pluchino, collaboratore di RadioAstroLab.
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Un
bellissimo esempio di attività
didattico-divulgativa effettuata presso l'Istituto Tecnologico
"Mottura" di Caltanissetta, dove è stato installato un
radiotelescopio sperimentale in banda 10-12 GHz equipaggiato con RAL10
Microwave Radiometer collegato ad un'antenna a riflettore parabolico
del diametro di 2,40 metri.
L'Istituto, fra le numerose attività di divulgazione scientifica
che lo caratterizzano, ha organizzato il Meeting di Radioastronomia
Amatoriale ICARA 2006.
La strumentazione fa parte di un
progetto didattico di Fisica organizzato dall'instancabile ed affabile prof. ing. Michele Fiorino, splendidamente coadiuvato
dai suoi collaboratori, fra i quali figurano numerosi studenti. |
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| Documentazione & Note applicative |
 Analisi di un ricevitore radioastronomico total-power [doc .PDF].
E' presentata un'analisi sul funzionamento di un ricevitore total-power
a microonde, in particolare nella banda 10-12 GHz. Pur di
validità generale, il documento si propone di confrontare i
risultati teorici che emergono dall'analisi con quelli pratici delle
osservazioni, con particolare attenzione alla verifica delle reali
possibilità osservative del sistema RAL10 Microwave Radiometer
di RadioAstroLab quando equipaggiato con antenne commerciali
provenienti dal mercato TV-SAT.
Utilizzo di Microwave Radiometer RAL10 [doc .PDF].
Il documento illustra le caratteristiche tecniche essenziali, la
struttura interna e l'utilizzo del ricevitore total-power RAL10 offerto
da RadioAstroLab. Con questo strumento è facile ed economico
costruire un efficiente radiotelescopio funzionante nella banda di
frequenze prossime a 10 GHz utilizzando componenti e moduli
destinati al mercato della TV-SAT reperibili a basso prezzo presso
tutti i supermercati dell'elettronica. (Manuale d'uso di RAL10).
Short sulle caratteristiche RAL10 Microwave Radiometer [doc .PDF].
Un breve short sulle caratteristiche e peculiarità del ricevitore total-power RAL10.
Poster struttura interna RAL10 Microwave Radiometer [doc .PDF].
Alcune osservazioni del cielo con RAL10 Microwave Radiometer [doc .PDF].
Manuale d'uso del software di acquisizione RADIOmetrica [doc .PDF].
Per valutare le caratteristiche del software RADIOmetrica è importante leggere il manuale d'uso.
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Un radiotelescopio "Total-Power"
a microonde con RAL10
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L'utilizzo
di componenti commerciali per la ricezione TV-SAT semplifica
l'installazione ed ottimizza l'economia del sistema: collegando uno
qualsiasi dei convertitori LNAC (10.7-11.8 GHz / 950-2050 MHz) completo
di antenna a riflettore parabolico, distribuiti a basso prezzo in tutti
i supermercati dell'elettronica, è possibile attivare una
stazione ricevente a microonde in grado di eseguire precise misure radioastronomiche.
RAL10 è lo strumento ideale per tutti gli appassionati di
radioastronomia, per i gruppi di astrofili, per le scuole: collegato
alla porta seriale RS232 di un computer (oppure alla porta USB
utilizzando un comune adattatore commerciale USB-RS232), consente
l'acquisizione automatica, 24 ore su 24, dei valori di potenza
associati alla radiazione elettromagnetica captata dallo scenario
"visto" dal sistema di antenna. La possibilità di
impostare i parametri operativi sul pannello frontale del ricevitore
(memorizzati e ripristinabili), insieme alle ricche opzioni disponibili
sul software di acquisizione RADIOmetrica, consente l'utilizzo di RAL10 per tutte le classiche metodologie di misura tipo total-power.
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| Circuiti interni principali di RAL10 |
| Il ricevitore RAL10 è costruito su un
elegante e compatto contenitore plastico che contiene il trasformatore
di alimentazione, l'amplificatore di pre-rivelazione AMPLI_IF, un
modulo schermato con lo stadio rivelatore (realizzato in tecnologia SMD
con componenti professionali per RF), lo stadio amplificatore di
post-rivelazione, il microprocessore con le periferiche per il
trattamento analogico e digitale del segnale. Questo modulo schermato
contiene anche la sezione dell'alimentatore stabilizzato. |
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| Pannello frontale del ricevitore RAL10. |
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Per gli autocostruttori sono disponibili separatamente
i singoli moduli interni pre-montati e collaudati. |
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Tabella che illustra le principali radiosorgenti accessibili al radiotelescopio RAL10.
E’ importante osservare come la
possibilità di rivelare le radiosorgenti più deboli sia
strettamente legata all’area efficace del sistema d’antenna
utilizzato: come mostrato nella tabella precedente, per registrare le
emissioni di oggetti celesti diversi dal Sole e dalla Luna è
necessario disporre di un’antenna di grandi dimensioni,
tipicamente con diametro non inferiore a 3 metri.
Maggiore è l’area efficace dell’antenna utilizzata,
più elevata sarà la probabilità di registrare le
sorgenti elencate in basso nella tabella.
Date le prestazioni del sistema RAL10, le
principali limitazioni alle osservazioni sono legate alla
stabilità di guadagno dell’unità esterna (LNAC) al
variare della temperatura e alle dimensioni minime del sistema
d’antenna. |
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| Le prime prove di ricezione... |
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| L'immagine
evidenzia il tipico procedimento di verifica iniziale sul corretto
funzionamento del radiotelescopio (largamente utilizzato in campo
amatoriale), insieme ad una approssimativa calibrazione del sistema
ricevente, utilizzando come radiosorgente di prova il Sole (componente
termica della radiazione nella banda 10-12 GHz). |
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