Radio Astronomy low cost ICARA 2016 -- Luserna S. Giovanni (TO), 29 - 30 ottobre 2016 Radio Astronomy low cost Misure di rumore solare con attrezzature a basso costo Massimo Devetti, IV3NDC Giovanni Aglialoro, IV3GCP

Misure di sun noise Sono presentati tre esempi applicativi in cui una radiosorgente di facile osservazione (il Sole) viene rilevata grazie ad apparecchiature relativamente semplici e di basso costo. Ciò può essere utile soprattutto a fini didattici, con impiego di risorse limitate. Osservazione del rumore solare: Con LNB in banda Ku (11 GHz) e SDR Dongle Con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Con tuner CATV in banda UHF

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle RTL-SDR Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle RTL-SDR.com RTL2832U R820T2 DVB-T+DAB+FM+SDR

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Strumentazione: RTL-SDR Dongle Receiver ( costo circa 20 Eur ) Parabola Offset TV-SAT con LNB ( costo poche decine di Eur...o meno se di recupero ) Alimentatore DC, cavi coassiali, Bias-T, Notebook Osservazioni effettuate: misura del rumore solare a 11 GHz Misura tipicamente usata nella caratterizzazione dei sistemi riceventi Un alto livello di Sun Noise rispetto al livello di Noise Floor è indice di buone performance del sistema ricevente Misura semplice e con attrezzatura a basso costo, ma interessante in un’ottica di didattica della radioastronomia

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle 31 ottobre 2015 Misura del rumore solare, a 11GHz

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Schema del sistema di misura 80 cm offset dish F/D= 0.7 Gain= 37 dBi @ 11 GHz HPBW = 2.7° Movimentazione manuale (AZ, EL) LNB 50 Ω Coaxial cable (RG58) Notebook Bias-T RTL SDR Dongle 50 Ω Coaxial cable (RG316) +13 Vdc SW: SDR# + Radio-SkyPipe DC Power Supply

Dettagli tecnici SW usato: SDR#, Radio-SkyPipe (Windows 10, MS Excel) Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Versione autocostruita C= 110 pF, L= 82 nH Dettagli tecnici SW usato: SDR#, Radio-SkyPipe (Windows 10, MS Excel) Commercial TV SAT LNB: converte il segnale RF a 11 GHz alla IF intorno a 950 MHz, posta in ingresso al ricevitore SDR RTL-SDR Dongle RTL2832U R820T2

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Impostazioni in SDR# usate in fase di misura Frequenza IF: 951MHz BW = 5 KHz Mode: DSB AGC: Off volume costante Schermata da SDR#

Misura del rumore solare a 11 GHz Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Misura del rumore solare a 11 GHz Verificato il livello di Noise Floor nel puntamento su «Cielo Freddo» (assenza di radiosorgenti nel lobo principale dell’antenna) Verificata la ricezione del Sun Noise nel puntamento diretto sul Sole Si punta successivamente l’antenna verso una zona di cielo in cui si sa che di lì a poco transiterà il Sole Osservazione del transito solare nel lobo principale dell’antenna: l’andamento della potenza ricevuta in funzione del tempo ha un tipico profilo a campana

Schermata da Radio-SkyPipe Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle Radio SkyPipe acquisisce e visualizza (tramite scheda audio del PC) la potenza del segnale audio ricevuto (in prima approssimazione proporzionale alla potenza del segnale RF ricevuto, in quanto AGC disabilitato) Schermata da Radio-SkyPipe

Osservazioni con LNB (banda Ku) e SDR Dongle La misura 31 ottobre 2015 Rilevazione diretta della potenza del segnale ricevuto (sulla schermata di SDR#), ad intervalli di tempo regolari, durante il transito solare. Su un Noise Floor di -43 dBm, il livello di Sun Noise raggiunge i 6 dB Anche in questo caso è verificato il tipico profilo a campana della potenza ricevuta in funzione del tempo. 6 dB Sun Noise

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Strumentazione SDR Dongle RTL 2832U R820T2 Software SDR# Laptop, Windows 10 Antenna UHF Fracarro BLU420 (senza LNA) Osservazioni effettuate: misura del rumore solare a 611 MHz La tecnica di misura prevede un transito solare, simile a quanto illustrato precedentemente

Fracarro BLU 420 Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Antenna UHF a larga banda per ricezione TV Polarizzazione H Riflettore a griglia Impedenza 75 Ohm Banda passante 470 - 862 MHz Guadagno massimo 15 dBi Rapporto avanti-indietro 28 dB Return loss 16 dB Larghezza del fascio (-3dB) ° +/- 21

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Setup utilizzato Antenna BLU420 Notebook RTL SDR Dongle 4m cavo coax RG59 (75 Ω) SW: SDR#

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Schermata da SDR# Parametri: f = 611 MHz mode = WFM BW = 250 kHz RTL AGC = off tuner AGC = off RF gain = 38,6 dB

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Transito solare

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) Osservazioni effettuate tra le 15:00 e 17:30, ora locale, del 22 ottobre 2016

Osservazioni con SDR Dongle in banda UHF (611 MHz) La misura   noise level local time floor peak hh:mm dBm 15:00 -52,0 -46,9 15:15 -51,8 -46,8 15:30 -51,4 -45,9 15:45 -51,6 -46,0 16:00 -51,0 -45,4 16:05 -50,1 -44,4 16:10 -49,9 -44,2 16:15 -49,8 -44,1 16:20 -50,2 -44,3 16:25 -44,5 16:30 -50,8 -45,3 16:45 -45,2 17:00 -51,3 17:15 -51,5 17:30 -52,2 -47,0 Il valore di sun noise è minore di quello misurato in banda Ku. Ciò è dovuto a minor direttività dell’antenna minor guadagno nella catena di ricezione  

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) Viene utilizzata la sezione tuner di un videoregistratore di recupero insieme a un rivelatore/amplificatore (costruito per l’occasione) VCR: Panasonic NV-FJ630 Tuner + VIF unit: ENG47327G1

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) Antenna BLU420   f = 606 MHz VCR Tuner CATV Video IF 4m cavo coax RG59 (75 Ω) AGC RG316 IF out +12 V AM detector +12 V DC amplifier mV

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF)

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) AM detector + DC amplifier

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) Le modifiche apportate al VCR + 12 Vcc (per escludere AGC) uscita IF

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) 22 ottobre 2016: il transito solare

Osservazioni con tuner CATV (banda UHF) Considerazioni: A differenza dei precedenti rilevamenti l’uscita è, ora, in tensione. Puntando l’antenna verso il Sole è stato rilevato il previsto aumento della tensione d’uscita. La differenza fra la tensione rilevata puntando il Sole e quella relativa al cielo freddo è pari a circa 180 mV. Problemi riscontrati: La grande disponibilità di videoregistratori di recupero può invogliare a modificarli a fini radioastronomici. Bisogna però metter mano allo schema, onde capire come escludere l’AGC e, cosa più problematica, come impostare/programmare la frequenza di ricezione.

Considerazioni finali Sono stati presentati tre possibili approcci, semplici ed economici alla misura del sun noise. Questo tipologia di misura è spesso usata nella caratterizzazione dei sistemi riceventi; un alto livello di sun noise rispetto alla misura su cielo freddo è indice di buone prestazioni del sistema ricevente. In banda Ku (11 GHz) la direttività del paraboloide, seppur di piccolo diametro, e il guadagno della catena ricevente permettono delle buone prestazioni (circa 6 dB di sun noise rispetto alla misura su cielo freddo)

Riferimenti Alcuni materiali, schemi, idee e immagini sono tratti da: IV3NDC, Max iv3ndc@gmail.com IV3GCP, Jan iv3gcp@cosmicnoise.org Alcuni materiali, schemi, idee e immagini sono tratti da: http://www.mtmscientific.com/radiotelescope.html http://www.pianetaradio.it/radio/sdr.htm http://air-radiorama.blogspot.it/ www.rtl-sdr.com Presentazione di Marco, IK1ODO Altri siti utili: http://www.radioamatoripeligni.it/i6ibe/sdrsharp/sdrsharp.htm http://www.weaksignals.com/ http://zadig.akeo.ie/ http://sdr.osmocom.org/trac/ http://gnuradio.org/ http://www.ettus.com/ http://www.radiosky.com/skypipeishere.html