1 AMY Air (absolute) Microwave Yield: Misura della emissione di microonde prodotta da sciami in aria alla Beam Test Facility dei Laboratori Nazionali di Frascati G.Cataldi, M.R.Coluccia, P.Creti*

Premessa L’articolo riporta due misure sperimentali che evidenziano l’esistenza di una emissione continua nelle microonde da parte degli sciami in aria Microwave Molecular Bremsstrahlung Radiation (MMBR) in EAS Solo una piccola frazione dell’energia disponibile per radiazione isotropa secondaria è utilizzata dalla fluorescenza ottica MMBR è un processo radiativo che deriva dal raffreddamento dello sciame elettromagnetico prodotto in aria (EAS) Nell’articolo si ipotizza la presenza di:

3 AWA INCOBREMS (June 2003) (Argonne Wakefield Accelerator) Dopo la sottrazione del background, si evidenzia la presenza di un segnale. Il fascio collide con la parete della beam-pipe e il risultato è un Bremsstrahlung diffuso che produce un segnale. Set-up per AWA L’apparato è composto da un fascio che incide su un bersaglio di Tungsteno producendo sciami all’interno della camera dove 2 antenne “commerciali” in banda C e K permettono la rivelazione della radiazione microonde. AWA Risultati La camera permette di schermare i campi elettrici ed è stata utilizzata in entrambi gli esperimenti. Gabbia di Faraday anecoica

4 Esperimento a SLAC(2004) Nell’esperimento a SLAC, il fascio colpisce un bersaglio di alluminio e gli sciami sono rivelati da due antenne log-periodiche all’interno di una gabbia di Faraday. Antenna copolarizzata con lo sciame  L’intensità in funzione del tempo mostra un andamento di decadimento esponenziale (15-30 nsec) Experimental Apparatus Intensity Plots Antenna Polarizzata trasversalmente rispetto allo sciame.

E’ stata provata solo l’esistenza della emissione in microonde Il tasso di emissione assoluto non è noto  questo comporta l’incertezza nella misura della soglia di energia di un rivelatore di EAS di questo tipo Esperimento AMY: si propone di confermare e misurare precisamente l’absolute microwave yield e il suo spettro in frequenza nel range tra 1 e 25 GHz lo spettro in frequenza non è mai stato misurato  Può fornire importanti informazioni circa il processo delineato  Se ci sono “linee” di emissione il rapporto segnale/rumore di un telescopio può essere migliorato.  se il segnale è “piatto” si possono usare bande di emissione satellitare per mantenere bassi i costi! Limitazioni delle misure precedenti: Collaborazione AMY nell’INFN V.Verzi*, G.Salina (Roma2) G.Cataldi, M.R.Coluccia, P.Creti, I.DeMitri, D.Martello, L.Perrone (Lecce) S.Petrera, F.Salamida e V.Rizi (L’Aquila) Inoltre collaborazione con: M.Bohacova e J.Ridky (Praga-Czech Rep.) J.Alvarez-Muniz e G.Rodriguez-Fernandez (U.Santiago de Compostela Spagna) P.Facal, M.Monasor, C.Williams e P.Privitera (Uni Chicago-USA) + R.Smida e M.Settimo

6 (*)VME DAQ AMY Setup Sperimentale Spectrum measurement Time evolution of the signal

7 Costruzione della

8 Signal Generator R&S SMB100A 9kHz to 3.2GHz The Signal Generator is optioned with Pulse Modulator and Generator, that allows to pulse inside a gate signal (Δt min = 10 ns) Power Detector ZX47-60-S+ containing AD8318 From Data Sheet Rise Time 400nsec / Fall Time 10 nsec (from -60 dBm to +5 dBm) Our starting setup:

9 Power Detector(ZX47-60-S+) Time response Signal Pulse Width from 10 nsec to 200 nsec 2 different frequencies (1.7 GHz and 2.6 GHz) INPUT Signal OUTPUT Signal ( PeakToPeak measure) The power detector seems fully efficient only for signals having a pulse > 100 nsec A similar temporal behaviour on rise/fall. Rise Time > then specifications The AD8318, as used in ( ZX47-60-S+) has an external capacitor connected to CLPF (loop filter capacitor) to provide additional filtering for VOUT. However, using the CLPF capacitor slows the response time. For applications requiring maximum RF burst detection capability, the CLPF pin should be left unconnected….. MODS APPLIED

10 AMY- Power Detector Linearity Before and after Mods. Power Detector(ZX47-60-S+)

11 INPUT Signal Power Detector from Maxim (MAX 2015) Time response Signal Pulse Width from 10 nsec to 180 nsec 3 different frequencies (1.0; 1.7 GHz and 1.9 GHz) OUTPUT Signal ( PeakToPeak measure) The power detector seems fully efficient for signals having a pulse > 40 nsec Very much dependent from input RF home made evaluation board

12 Esempio di test con LNB S-Band LNB- Sensitivity to signal levels around -80 dBm bande ricezione commerciali: S band 2.5 ~ 2.7 GHz C band 3.4 ~ 4.2 GHz (TV sat USA) Ku band 11.7 ~ 12.7 GHz ( TV sat EU) C e Ku Band – test con armoniche prodotte dal generatore, per verificarne la funzionalità. Con la strumentazione a disposizione non è possibile effettuare una calibrazione.

13 FADC Acquisizione via Embedded CPU (linux) Sviluppo di interfaccia grafica per Monitoring e Analisi. Monitoring con accesso alla Shared Memory Dati su disco (collegato via USB all’Embedded CPU) Ambiente ROOT per analisi che include anche la lettura di oscilloscopio RT e Spectrum Analyzer. Implementazione di funzioni del tipo FFT nell’acquisizione dell’oscilloscopio. PRONTI PER IL FASCIO… Features/Properties: Single width 6U VME card 4 channels 500 MHz per channel (1 MHz MHz) 128 MSamples/channel memory 250 MHz bandwidth Offset DACs VGAs (variable gain amplifiers) Internal/External clock readout in parallel to acquisition Multi event mode Pre/Post trigger capability Trigger or output (4 individual thresholds) A32/D32/BLT32/MBLT64/2eVME/SST 10/100/1000 MBit/s Ethernet option 1/2/4 GBit/s optical link option In field JTAG and VME firmware upgrade capability

14 Il nostro primo test alla BTF era schedulato a partire dal 30 giugno, ma “LINAC GUN FAULT” Siamo stati rischedulati per il periodo 23 ottobre-6 novembre (primo shift nella lista) C’e’ una alta aspettativa all’interno della comunità per la misura. Responsabilità diretta di Lecce: Messa a punto di Power Detectors, LNBF, Amplificatori, FADC, Sistema di acquisizione. Misura dell’evoluzione temporale. In più rispetto a quanto richiesto ai referee l’anno scorso stiamo cercando di ottenere un oscilloscopio real- time ad alta frequenza (demo o prestito) perché i power detector risultano rispondere su tempi ordine 10 nsec Per il prossimo anno si propone l’utilizzo di amplificatori alto guadagno e low noise (in banda stretta) da utilizzare sulle antenne di tipo log- periodico. Missioni interne per un ulteriore test-beam. Missioni estere per collaborazione con il gruppo di Chicago che fa una misura analoga (MAYBE) ad AWA. Percentuali: Creti* 2011: 30% : 40% Cataldi 2011: 40% : 30% Coluccia 2011: 30% : 30%