Любительская радиоастрономия: предложения по тарелкам

Размер вашего блюда определяет две вещи:

1. Наряду с температурой вашей электроники определяет отношение сигнал/шум вашего телескопа.
2. Размер вашей тарелки определяет ожидаемое угловое разрешение . Это имеет приблизительное соотношение $$R = \lambda / D$$ куда$R$ваше угловое разрешение,$\lambda$ваша длина волны света и$D$ширина вашей апертуры (тарелки).

Вместо того, чтобы говорить о размере тарелки, давайте поговорим об интересных вещах, на которые стоит обратить внимание, и о требованиях:

Солнце

Солнце является хорошим источником радиоволн с длиной волны 10 см. Поскольку солнце около половины градуса, нам понадобится антенна не менее 11,5 метров, прежде чем вы сможете увидеть солнце как нечто большее, чем точечный источник.

Юпитер

Юпитер имеет некоторые эффекты магнитного поля, которые производят радиоволны в диапазоне длин волн 10-100 см. Конечно, диаметр Юпитера составляет 50 угловых секунд, и для достижения любого разрешения потребуется тарелка диаметром 412 метров.

Космический микроволновый фон

Реликтовое излучение было одним из первых измерений радиоволн из космоса. Самый сильный пик реликтового излучения приходится на длину волны 1 мм. Однако он очень слаб. Первоначальные исследователи охлаждали свой радиодетектор жидким гелием, и я полагаю, что потребуется нечто подобное.

Наземные и искусственные источники

Существует множество искусственных радиоисточников. В аэропортах есть излучатель радиоволн в диапазоне 10 см для радаров. В экваториальной плоскости расположено множество геосинхронных спутников, использующих X-диапазон в диапазоне ~2-5 см. Они по определению имеют достаточно сильный сигнал, чтобы его можно было увидеть с Земли даже с небольшой антенной.

Резюме

Разрешающая способность, вероятно, недоступна для радиоастронома-любителя, поскольку тарелки должны быть либо очень большими, либо вы должны использовать гораздо более сложный метод радиоинтерферометрии для достижения любого углового разрешения. Однако вы все еще можете видеть объекты как точечные источники в небе, если хотите. Отличным примером того, что, вероятно, достигло большинство людей, может быть вот этот проект .

У меня есть подержанная 2,4-метровая тарелка C-диапазона, которую я купил бесплатно и которую я переоборудую для наблюдения за 21- сантиметровой водородной линией на частоте 1420 МГц . Мне повезло с этой тарелкой, так как она в новом состоянии, но вы должны знать о любой ржавчине и повреждении сетки, которые исказят ваши данные. Я устанавливаю свой на заднем дворе на 75-миллиметровом стальном столбе на высоте 2 метра над землей, направленным прямо вверх. Это делается для сканирования дрейфа меридиана , поэтому вам не нужно иметь подвижную тарелку, вращение планеты сделает это за вас.

Линию водорода можно использовать для наблюдения за объектами дальнего космоса, которые излучают сильные сигналы линии водорода. Наблюдение этого спектра из Млечного Пути является одним из примеров, а также, скажем, галактики Лебедь А и других.

Старые большие (от 2 до 3 метров или около того) антенны C-диапазона, которые когда-то использовались для спутникового телевидения, теперь в значительной степени заменены меньшими антеннами Ku-диапазона, их можно купить примерно за 100 австралийских долларов или даже бесплатно на заднем дворе. Они используются в ряде любительских радиоастрономических проектов, особенно для линии 21 см.

Как только блюдо будет готово, вам, как правило, потребуется:

Замена малошумящего блока (LNB) . LNB крепится к верхней части распорок тарелки. Вам нужно будет заменить его на другой, сделанный специально для 1420 МГц. Вы можете сделать свой собственный LNB с подробностями на http://www.setileague.org/hardware/feedchok.htm . На этом сайте есть таблица Excel с переменными для настройки некоторых измерений LNB.

LNB для водородной линии в основном состоит из алюминиевой трубки (волновода), закрытой с одного конца. Внутри трубки находится антенный зонд, который представляет собой просто латунный стержень — длина и расположение варьируются в зависимости от проектов, которые я видел, но приведенное выше руководство SETI должно быть в порядке. Зонд припаивается к центральному контакту разъема коаксиального кабеля, закрепленного на волноводе. Опять же, обратитесь к странице SETI выше.

Вы также можете приобрести готовый на https://www.radioastronomysupplies.com/store/p22/1420_MHz._CYLINDRICAL_FEEDHORN_AND_CHOKE.html.

Вам понадобится малошумящий усилитель (МШУ) на 1420 МГц. МШУ потребуется усиление > 30 дБ и коэффициент шума (NF) где-то около 0,3 дБ или ниже. Чем выше усиление (чувствительность) и чем ниже NF, тем лучше, хотя, очевидно, и по цене. МШУ должен быть установлен на коаксиальном кабеле, соединенном с антенным зондом LNB внутри волновода LNB. Чем ближе, тем лучше. У меня нет связи с Radio Astronomy Supplies, но у них также есть то, что кажется приличным LNA для водородной линии:

https://www.radioastronomysupplies.com/store/p9/1420_MHz._HIGH_PERFORMANCE_LNA.html

Еще один МШУ для 1420МГц

Приемник. Приемник позволяет интерпретировать сигнал, поступающий от МШУ. Я купил дешевый (30 австралийских долларов) USB-ключ с программно-определяемым радио (SDR) для своей установки, который будет действовать как приемник. В частности, блог RTL-SDR R820T2 RTL2832U 1PPM TCXO SMA Software Defined Radio

Один из примеров такого использования — https://www.rtl-sdr.com/hydrogen-line-observation-with-an-rtl-sdr/ .

Более подробное обсуждение SDR для наблюдения за водородной линией можно найти по адресу h ttps://www.rtl-sdr.com/rtl-sdr-for-budget-radio-astronomy/.

Ключ SDR подключается к коаксиальной линии от МШУ. Затем вы можете подключить ключ SDR к USB-порту вашего компьютера. Остерегайтесь длины коаксиальной линии, так как более длинные линии будут терять данные. Альтернатива обсуждается ниже.

Программное обеспечение для наблюдения за данными. Существует ряд приложений с открытым исходным кодом для приема SDR. Возможно, наиболее популярным для SDR-радиоастрономии является SDR# .

Использование Raspberry Pi 3 B+ в качестве сервера от тарелки. Альтернативой использованию коаксиального кабеля от LNA к SDR на компьютере является использование Raspberry Pi 3 B+ (RPi) в качестве сервера для отправки данных на компьютер по кабелю Ethernet, а не по коаксиальному кабелю. Это имеет ряд возможных преимуществ, включая гораздо меньшую потерю данных или ее полное отсутствие в зависимости от кабеля и его длины. Я буду использовать кабель Cat6 на расстоянии от 20 до 30 метров. Кабель подключается к Ethernet-порту RPi RJ45. Ключ SDR подключается к USB-порту RPi. МШУ подключается к ключу SDR напрямую через коаксиальные разъемы/адаптеры.

Эта установка может быть установлена ​​на монтажную стойку для тарелки, содержащейся в защищенном от непогоды и вентилируемом боксе, что-то вроде этого . Затем вам нужно будет подумать о питании этой установки.

В настоящее время я рассматриваю Power Over Ethernet (POE) для RPi 3 B+, ​​возможно, используя RPi POE HAT , когда он будет выпущен в этом году. Затем вы можете взять питание от RPi и использовать повышающий преобразователь в 9 В или 12 В для питания выбранного МШУ. а также любые охлаждающие вентиляторы на 5 В, которые есть в вашей коробке.

Затем при подключении к RPi с вашего компьютера (например, с помощью SSH) вы должны быть настроены на получение данных. Другое преимущество этой настройки заключается в том, что, поскольку RPi действует как сервер, подключенный к Интернету, вы можете получить доступ к своей тарелке из любой точки мира, где есть подключение к Интернету. Обсуждение этого здесь , здесь и здесь