RAL10AP TOTAL-POWER MICROWAVE RADIOMETER

                                                                           

Lavorare con RAL10AP è molto semplice: serve un’antenna con relativo feed e LNB (Low Noise Block Converter) adatti alla frequenza di ricezione scelta (banda Ku 10-12 GHz, banda C 3-4.5 GHz o direttamente nella banda di ingresso 1390-1440 MHz), un cavo coassiale TV-SAT da 75 Ω che porta il segnale al ricevitore, un alimentatore esterno da 12 V e un PC sul quale è installato il software di gestione da noi fornito. Quando tutto è pronto, si collega RAL10AP al PC tramite un cavo USB, si avvia il software e inizia la sessione di misura.

Il seguente schema mostra la struttura interna di RAL10AP. È sempre possibile utilizzare LNB (e relativa antenna) con qualsiasi frequenza di ingresso, purchè le frequenze di uscita siano comprese nella “finestra” di ricezione accettata dal ricevitore (1390-1440 MHz).

Il filtro all’ingresso stabilisce la forma della banda passante e protegge dalle interferenze, conservando la possibilità di ricevere la frequenza “magica” dell’idrogeno a 1420 MHz.

Il ricevitore amplifica e misura la potenza del segnale ricevuto e, tramite un convertitore analogico-digitale (ADC) ad elevata risoluzione, converte in forma numerica il segnale rivelato, posizionando il livello di “zero” in punto opportuno della scala. Le funzioni critiche del ricevitore, così come la possibilità di impostare i vari parametri operativi e la comunicazione con il PC tramite il modulo interfaccia USB, sono gestite dal processore, a tutto vantaggio dell’economia, della compattezza e della precisione nella misura. Per ottimizzare la sensibilità del sistema, è possibile integrare il segnale rivelato con una costante di tempo programmabile.

Ecco un esempio dei componenti che servono (antenna a parte, che non si vede nell’immagine…) per realizzare un radiotelescopio amatoriale a 11.2 GHz con RAL10AP: unità esterna RAL10_LNB (termostabilizzata) con feed per antenne a riflettore parabolico circolari, ricevitore RAL10AP con alimentatore e computer di stazione per il controllo del radiotelescopio e per l’acquisizione delle misure.

Ulteriori analisi sul segnale audio di post-rivelazione sono possibili collegando l’uscita BF-OUT (con un normale cavetto audio stereo equipaggiato con connettori mini-jack da 3.5 mm) all’ingresso della scheda audio del PC, che consente anche l’ascolto del “rumore rivelato”. Nella seguente immagine sono mostrati alcuni esempi di utilizzo dell’uscita audio, utili anche per individuare possibili interferenze artificiali.

Registrazioni di prova effettuate con RAL10AP e l’unità esterna RAL10_LNB equipaggiata con un’antenna horn tronco-piramidale (20 dB di guadagno), posizionate su un cavalletto fotografico. L’uscita di RAL10_LNB è stata collegata al ricevitore RAL10AP con un cavo coassiale. Un PC portatile registra il segnale radiometrico a 11.2 GHz ricevendo dati dalla porta USB tramite il nostro software di acquisizione (grafico in alto) mentre è contemporaneamente registrato il segnale audio proveniente dall’uscita BF OUT di RAL10AP, visualizzato in forma di spettrogramma dal software Spectrum Lab (http://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html). Le registrazioni mostrano i segnali radar in banda X delle imbarcazioni quando l’antenna è orientata verso il mare.

Registrazione di un transito solare con RAL10AP. Sono state acquisite, contemporaneamente, due registrazioni con differenti software di acquisizione: l’osservazione radiometrica principale (registrata con il software da noi fornito per la gestione di RAL10AP) evidenzia la classica traccia “a campana” che documenta il transito del disco solare entro il lobo principale dell’antenna, gli spettrogrammi mostrano come varia la distribuzione in frequenza del segnale rivelato durante il transito della radiosorgente. Si nota l’incremento del rumore di fondo dovuto alla radiazione a spettro continuo dell’emissione termica del Sole durante le varie fasi del transito. Tramite gli altoparlanti del PC è possibile ascoltare anche il corrispondente incremento del rumore audio.

Come già accennato, con RAL10AP è possibile costruire un radiotelescopio che opera direttamente nella banda di frequenze accettate dal nostro ricevitore, senza utilizzare convertitori di frequenza (LNB), ma una catena di amplificatori a basso rumore e filtri passa-banda che realizzano un ricevitore a amplificazione diretta. 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 all’interno della “finestra” di ricezione.

Un esempio di tale “filosofia” costruttiva è rappresentato dal seguente radiotelescopio operante su una banda di ricezione che comprende la frequenza “magica” di 1420 MHz di emissione dell’idrogeno neutro.

Esempio di ricevitore ad amplificazione diretta costruito “attorno” al radiometro RAL10AP. Si è utilizzata un’antenna horn (20 dB di guadagno), un amplificatore a basso rumore (LNA) con filtro passa-banda centrato sulla frequenza di 1420 MHz (collegato subito dopo l’antenna), 30 metri di cavo coassiale che trasporta il segnale all’interno della stazione. Prima di collegare il cavo al ricevitore RAL10AP si è inserito un amplificatore di linea commerciale per TV-SAT.

Transito della Via Lattea (regione del Cigno) effettuato con un radiotelescopio sperimentale basato sul ricevitore RAL10AP. Il sistema rivela l’emissione radio della galassia a 1415 MHz (con una larghezza di banda teorica di 50 MHz). La radiazione comprende la componente continua e il contributo dell’idrogeno neutro a 1420.406 MHz, che rientra nella “finestra di ricezione” del radiotelescopio. Questa registrazione non mostra il profilo della riga dell’idrogeno neutro, ma l’emissione continua della Galassia e della radiosorgente Cygnus A non risolte a causa dell’ampio “campo di vista” dell’antenna (dell’ordine di 16°).

Caratteristiche tecniche RAL10AP

• Dimensioni: circa [105L, 50H, 183P] mm.
• Peso: circa 0.545 Kg.
• Frequenza centrale di ingresso RF-IF: 1415 MHz.
• Larghezza di banda: 50 MHz.
• Guadagno tipico della sezione RF-IF: 20 dB.
• Impedenza di ingresso (connettore F): 75 Ω.
• Selezione polarizzazione (orizzontale o verticale).
• Selezione della banda di ricezione LNB (LOW BAND – HIGH BAND);
• Rivelatore quadratico compensato in temperatura (misura della potenza RF).
• Impostazione dell’offset per la linea di base radiometrica.
• Calibrazione automatica della linea di base radiometrica.
• Costante di integrazione programmabile (da 0.1 secondi fino a 26 secondi).
• Guadagno in tensione di post-rivelazione programmabile: da 42 a 1008 in 10 passi.
• Acquisizione del segnale radiometrico con ADC a 13 bit.
• Processore che controlla il sistema ricevente e gestisce la comunicazione seriale.
• Memorizzazione dei parametri del radiometro (memoria interna non volatile).
• Interfaccia USB (connettore tipo B) per il collegamento al PC.
• Compatibile con il software di acquisizione e di controllo ARIES.
• Tensioni di alimentazione: 7-12 VDC / 50 mA.
• Alimentazione per LNB attraverso il cavo coassiale, protetta con fusibile.