RAL10TS RICEVITORE TOTAL-POWER A MICROONDE

ricevitore a microonde termostabilizzato RAL10TS

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RAL10TS è un preciso radiometro a microonde particolarmente curato per quanto riguarda la sensibilità e la stabilità della misura, come richiesto dalle osservazioni radioastronomiche amatoriali più avanzate. L’ampia possibilità di controllo e di programmazione dei parametri operativi ne fanno lo strumento di punta della nostra linea di ricevitori Total-Power.

Un robusto contenitore metallico ospita l’elettronica dello strumento, comandato da remoto tramite una porta USB che collega RAL10 al PC di stazione gestito dal software da noi fornito. La sensibilità del ricevitore è garantita dall’ampia banda passante (250 MHz) e da un elevato guadagno della sezione di pre-rivelazione, mentre un controllo automatico (PID) della temperatura interna dello strumento, che minimizza le variazioni del fattore di amplificazione e dei parametri operativi al variare della temperatura esterna, assicura stabilità e riproducibilità nella misura.

ricevitore a microonde termostabilizzato RAL10TS
L’immagine precedente mostra lo schema a blocchi di un radiotelescopio che utilizza il ricevitore RAL10TS.
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, purché le frequenze di uscita siano comprese nella “finestra” di ricezione accettata da RAL10. 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 RAL10 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.
RAL10TS, 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 il canale di comunicazione seriale USB si controlla a distanza lo strumento.
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, si possono eseguire ulteriori analisi sul segnale di post-rivelazione: in parallelo all’osservazione radiometrica di base, è possibile ascoltare il “rumore rivelato” o individuare potenziali interferenze artificiali con l’aiuto di uno dei tanti programmi gratuiti reperibili sul web per l’analisi nel dominio della frequenza (spettrogrammi), oppure programmi che visualizzano il segnale nel dominio del tempo come un registratore grafico, molto utilizzati dai radioastronomi dilettanti.
Per utilizzare RAL10TS dove non è disponibile la tensione di alimentazione della rete elettrica, è sufficiente collegare all’apposita presa sul pannello posteriore una sorgente di alimentazione esterna a 12 V (batteria ricaricabile o unità batteria ricaricabile RAL10BT).
Queste caratteristiche classificano RAL10TS come strumento ideale per coprire qualsiasi esigenza di installazione per un radiotelescopio amatoriale semi-professionale.
Registrazioni radiometriche di un transito lunare con RAL10
Registrazioni radiometriche di un transito lunare con RAL10TS operante nella banda 10-12 GHz. L’antenna utilizzata è un riflettore parabolico offset per TV-SAT con diametro di circa 70 centimetri, equipaggiato con il nostro RAL10_LNB termo-stabilizzato. Il primo esperimento è avvenuto in una giornata nuvolosa e umida, con l’antenna orientata nella posizione prevista della Luna in cielo alle ore 5:43 UTC del 04 Dicembre 2015. Per l’orientamento dell’antenna si è utilizzato un semplice sistema manuale: la scarsa precisione ha causato errori di puntamento, con conseguente riduzione dell’intensità massima del segnale rispetto a quella teorica (confronta il grafico della registrazione reale con il grafico della registrazione ideale simulata). Al momento dell’osservazione, la percentuale di illuminazione del disco lunare era inferiore al 50%. L’unità esterna (RAL10_LNB) è termicamente stabilizzata a 40°C mentre il ricevitore (RAL10TS) é termicamente stabilizzato a 45°C (vedi il grafico che mostra la temperatura interna del radiometro). Nella banda 10-12 GHz la Luna irradia come un corpo nero a circa 200 K.
Registrazione del transito di Cygnus A
La seguente immagine mostra una registrazione del transito di Cygnus A, vicina al limite di sensibilità del radiotelescopio (a causa delle ridotte dimensioni dell’antenna utilizzata), registrata con RAL10ts operante nella banda di frequenze 10-12 GHz. Cygnus A è una radio-galassia (ellittica) lontana 600 milioni di anni luce (nella costellazione del Cigno), fra le più intense radiosorgenti del cielo: tuttavia, alle frequenze di lavoro del nostro radiotelescopio, la sua emissione è al limite della capacità di rivelazione dello strumento (vedi il grafico che mostra le densità di flusso delle più importanti radiosorgenti del cielo, a parte il Sole e la Luna). Per una ricezione “più sicura” è necessario utilizzare antenne di maggiori dimensioni.
The following image shows a recording of the transit of Cygnus ARadiosorgenti calibratori

Spettri e densità di flusso, alla frequenza di 11.2 GHz, delle più importanti radiosorgenti del cielo caratterizzate da un meccanismo di emissione di tipo non-termico (spettro con intensità decrescente all’aumentare della frequenza).

Spectrums and flux density, at the frequency of 11.2 GHz

Questo esperimento illustra lo scenario celeste “visto” da un radiotelescopio a 11.2 GHz che utilizza il ricevitore RAL10 e un’antenna parabolica standard per TV-SAT. Nonostante la stabilità del sistema ricevente, è evidente l’influenza del cielo nuvoloso e della pioggia sulla qualità delle osservazioni radioastronomiche in questa banda di frequenze: poiché l’emissione della radiosorgente Taurus A è piuttosto debole (si è utilizzata una piccola antenna), il suo transito appare confuso e di difficile interpretazione a causa del rumore troposferico causato dagli eventi meteorologici.

Caratteristiche tecniche RAL10TS

  • Dimensioni: circa [200L, 100H, 155P] mm.
  • Peso: circa 1.5 Kg.
  • Banda di ingresso: 1225 – 1475 MHz (BW = 250 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 secondi a circa 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.
  • Memorizzazione dei parametri operativi del radiometro.
  • N. 2 microprocessori per la gestione del sistema.
  • Interfaccia USB (tipo B) per il collegamento al PC con protocollo di comunicazione proprietario.
  • Stabilizzazione della temperatura interna con regolatore PID PWM (circa 40 °C) e protezione per la massima temperatura.
  • Uscita audio di post-rivelazione (connettore mini-jack stereo da 3.5 mm) per monitoraggio audio.
  • 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, 36 W, 12 VDC tramite unità esterna RAL10BT (batteria ricaricabile).