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RAL10PL è un ricevitore a microonde pensato per essere installato all'esterno, in prossimità del sistema di antenna, in località non presidiate da operatori, per realizzare un radiotelescopio controllato da remoto.

Lo strumento è assemblato all'interno di una robusta cassetta in policarbonato, resistente alla pioggia e all'umidità. RAL10PL comunica con il mondo esterno tramite una porta Ethernet che consente il collegamento in rete dell'impianto e il suo monitoraggio anche attraverso il web. La caratteristica principale (e unica) di questo ricevitore è la possibilità di gestire una montatura equatoriale (del tipo di quelle utilizzate per gli strumenti astronomici ottici, ben note agli astrofili) per la movimentazione dell'antenna radioastronomica. La porta seriale della montatura (generalmente di tipo RS232) può essere collegata a RAL10PL e convogliata, attraverso un unico cavo Ethernet, al PC di stazione.

 

RAL10PL: radiometro di costruzione molto robusta

 

RAL10PL è un radiometro di costruzione molto robusta, concepito e progettato per installazioni radioastronomiche remote, non presidiate da operatori. L’unità è composta da un robusto contenitore in materiale plastico che contiene il ricevitore termo-stabilizzato e l'alimentatore. Lo strumento riceve il segnale RF proveniente dall'unità esterna LNB (ideale è RAL10_LNB, equipaggiata con un controllo interno della temperatura, se si desidera realizzare un radiotelescopio funzionante nella banda 10-12 GHz) e il canale seriale RS232 proveniente dal sistema di movimentazione dell'antenna: una porta Ethernet garantisce la comunicazione dello strumento con il PC di stazione. È possibile gestire RAL10PL via internet sviluppando una pagina web dedicata. In basso a destra si nota l'Attenuatore da 22 dB RAL164 utile quando si osservano intense radiosorgenti come il Sole. Per ottimizzare la stabilità del radiometro, all'interno del ricevitore è implementato un controllo automatico PID che mantiene costante la temperatura dell'elettronica.

 

Pannello interno del ricevitore RAL10PL

 

Pannello interno del ricevitore RAL10PL.

 

 Schema a blocchi RAL10PL

 

L'immagine precedente mostra lo schema a blocchi di un radiotelescopio che utilizza il ricevitore RAL10PL. Anche se è indicata una banda di ricezione 10-12 GHz (quella più comune, data la reperibilità degli accessori TV-SAT nelle nostre zone), è possibile utilizzare LNB (e relativa antenna) con qualsiasi frequenza di ingresso, purchè le frequenze di uscita siano comprese nella “finestra” di ricezione accettata da RAL10PL.

È anche possibile costruire un radiotelescopio ad amplificazione diretta, senza utilizzare convertitori di frequenza (LNB), ma una catena di amplificatori a basso rumore e filtri passa-banda. Naturalmente, tenendo conto dell'antenna utilizzata, occorre garantire un'amplificazione sufficiente per una corretta rivelazione del segnale ricevuto, insieme ad un adeguato filtraggio per minimizzare le interferenze.

Il segnale radio captato dall’antenna, amplificato e convertito in frequenza dall’unità esterna LNB (Low Noise Block Converter), è trasmesso con un cavo coassiale a RAL10PL che misura la sua potenza. Il livello del segnale rivelato è adattato alla dinamica di acquisizione del convertitore analogico-digitale interno che trasforma l'informazione radiometrica analogica in dati numerici adatti alla successiva elaborazione con il Personal Computer della stazione.

In un ricevitore radioastronomico Total-Power, la misura comporta l’acquisizione di piccole variazioni del segnale ricevuto dovute alla radiosorgente, sovrapposte a una componente quasi-costante, di ampiezza molto maggiore, introdotta dal rumore strumentale. Per valutare solo il segnale “utile” occorre sottrarre dal segnale rivelato il contributo dovuto al rumore di fondo: è quindi generata una tensione di offset REF_BASELINE che serve per posizionare il livello della linea di base radiometrica in un punto opportuno della scala di acquisizione.

RAL10PL, gestito da una coppia di microprocessori, elabora il segnale rivelato, imposta il riferimento per la linea di base, il guadagno di post-rivelazione e la costante di integrazione della misura, provvede alla formazione del pacchetto di dati seriali per la comunicazione con il computer di stazione e stabilizza la temperatura interna.

Tramite una porta Ethernet si controlla a distanza lo strumento.

Queste caratteristiche classificano RAL10PL come strumento ideale per coprire qualsiasi esigenza di installazione per un radiotelescopio amatoriale semi-professionale, non presidiato da operatori.

 

 Transiti della radiosorgente Taurus A (M1)

 

Transiti della radiosorgente Taurus A (M1) registrati con RAL10PL e il sistema di antenna RAL230ANT. La tecnica del transito consiste nell’identificare la radiosorgente da osservare, orientare il radiotelescopio nella zona di cielo interessata dal suo transito nel prossimo futuro (ad esempio 30 minuti dopo) e fermare il radiotelescopio in quella posizione. A causa della rotazione apparente del cielo (prodotta dalla rotazione terrestre), l’oggetto si sposterà verso l’area di cielo “vista” dall’antenna e sarà intercettato dal fascio di ricezione. In questo esperimento sono stati programmati 5 transiti consecutivi della stessa zona di cielo, ampi 4 gradi ciascuno: calcolando il valore medio dei 5 transiti (traccia di colore rosso) si riduce il rumore casuale e si incrementa la visibilità della sorgente radio.

 

 Transiti della radiosorgente Cassiopea A

 

Transiti della radiosorgente Cassiopea A registrati con RAL10PL e il sistema di antenna RAL230ANT. Cassiopea A è un oggetto “quasi puntiforme”, spesso utilizzato dai radioastronomi come radiosorgente campione per verificare le caratteristiche del diagramma di ricezione di un radiotelescopio. Un importante parametro strumentale che si può calcolare osservando un oggetto come Cassiopea A è il cosiddetto HPBW (Half Power Beam Width) che rappresenta l'ampiezza a metà potenza del lobo principale dell'antenna (espresso in gradi). Si utilizza la seguente formula:

HPBW=0.25⋅t⋅cos(δ)

dove t è il tempo di transito della radiosorgente espresso in minuti e δ è la sua declinazione in gradi. Analizzando le registrazioni mostrate in figura (traccia arancione che rappresenta la media calcolata su 5 transiti consecutivi) si vede come il tempo impiegato da Cassiopea A per attraversare i due punti a metà potenza (indicati dalle righe verticali) sia di circa 6 minuti. Considerando che la sua declinazione è δ=59°, il calcolo fornisce:

HPBW=0.25⋅6⋅cos(59)=0.77°

in accordo con il valore HPBW=0.8° ottenuto dal modello dell'antenna RAL230ANT utilizzato nelle simulazioni di progetto.

 

Caratteristiche tecniche RAL10PL

  • Dimensioni: circa [300L, 180H, 300W] mm, IP65.
  • Peso: circa 3.9 Kg.
  • Banda di ingresso: 1100-1600 MHz.
  • Guadagno tipico della sezione RF: 36 dB.
  • Impedenza di ingresso (connettore F): 75 Ω.
  • Commutazione della polarizzazione (orizzontale o verticale) con salto di tensione.
  • Rivelatore quadratico compensato in temperatura per la misura della potenza di segnale RF.
  • Impostazione dell’offset per la linea di base radiometrica.
  • Calibrazione automatica della linea di base radiometrica.
  • Costante di tempo dell'integratore programmabile: da circa 0.1 a 113 minuti.
  • Guadagno in tensione di post-rivelazione programmabile: da 42 a 1008 in 10 passi.
  • Acquisizione del segnale radiometrico con ADC a 14 bit.
  • N. 2 microprocessori per la gestione del sistema.
  • Visualizzazioni: Power ON (Led VERDE), Command ON (Led ROSSO), Controllo di temperatura (Led GIALLO).
  • Porta Ethernet di comunicazione con protocollo proprietario (implementabile pagina web di controllo dedicata).
  • Gestisce il canale di comunicazione seriale RS232 per il sistema di motorizzazione dell'antenna.
  • Stabilizzazione della temperatura interna con regolatore PID PWM (circa 44 °C) e protezione per la massima temperatura.
  • Alimentatore esterno: 12 VDC – 2 A min.
  • Protezione alimentazione generale con fusibile.
  • Alimentazione per LNB attraverso il cavo coassiale, protetta con fusibile.
  • Alimentazione: Input: Rete 85-264 VAC / 47-63 Hz 60 W, Output: 12 VDC / 2 A max. per ricevitore RAL10PL, Output; 12 VDC / 3 A max. per impianto di motorizzazione antenna.