Lắp Kính TV VT VNRT_01 tại trường chuyên Nguyễn bỉnh Khiêm Tp Tam kỳ -Quảng nam.

T10/2015, nhóm VNRT (Quang, Trai, Hiếu, Thủy) đã tiến hành lắp 1 kính VNRT-01 cho trường chuyên Nguyễn bỉnh Khiêm theo yêu cầu của thầy Phan công Thành, GV Vật lý của trường.
Kính đã hoạt động tốt và ghi được phổ HI rất rõ

Phổ HI ghi ở hướng Gl160-b0

Đây là loại kính đơn giản dùng cho Học sinh PTTH, không có motor tự động chuyển hướng .
Học sinh sẽ xoay kính bằng tay đến tọa độ do chương trình VNRT_01 tính toán chuyển đổi từ hệ tọa độ galactic sang hệ tọa độ chân trời.

Thước đo góc Phương vị - Azm

Thước đo góc độ cao Alt (Elv)

Giao diện chương trình VNRT_01 và các ảnh phổ ghi được ngày 11/10/2015

DVB-T dongles Realtek RTL2832U và các phần mềm SDR.

1/ DVB-T dongles RTL2832U.
DVB-T dongles RTL2832U là thiết bị thu sóng radio, dùng IC giải mã RTL2832 của hãng Realtek , có ngõ ra USB để kết nối với máy tính, dùng để xem TV, nghe đài FM bằng cách thu sóng trực tiếp.
Đây là 1 thiết bị radio điều khiển được bằng phần mềm SDR (Software Define Radio), có nghĩa là các thông số của nó như tần số thu, phương thức giải mã....có thể thay đổi bằng phần mềm tương thích.
Xem thêm http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl-sdr

Hình trên là 1 DVB-T dongles RTL2832U của NooElec, dùng IC Tuner R820T, có dải tần thu sóng từ 24-1700MHz, giá hiện nay vào khoảng 20USD.
Năm 2011, Eric Fry và vài người khác đã phát triển phần mềm điều khiển để dùng nó như là 1 thiết bị SDR rẻ tiền cho giới radio nghiệp dư. http://rtlsdr.org/#history_and_discovery_of_rtlsdr   với rất nhiều ứng dụng lý thú khác nhau , có thể xem tại http://www.rtl-sdr.com/about-rtl-sdr/ 
Một trong những ứng dụng đó là dùng nó như 1 máy phân tích phổ trong thiên văn vô tuyến _ spectrum analyzer for radio astronomy.
Ta có thể so sánh với 1 bộ thiết bị bán chuyên nghiệp có chức năng giống như vậy của 1 kính TV vô tuyến amateur tại http://www.signalone.com/radioastronomy/telescope/

Bộ thu ICOM R-7000 (khoảng 700USD hàng đã qua xử dụng)
và bộ phân tích phổTektronix 2710 Digital spectrum analyzer (khoảng 2000USD)

Dĩ nhiên là DVB-T R2832 không thể có độ nhạy và ổn định như thiết bị chuyên nghiệp, nhưng để làm quen với thiên văn vô tuyến và nghiên cứu ở mức độ amateur thì vẫn chấp nhận được.
Đặc biệt là với phổ hydro trung tính, có tần số 1420.4MHz, nằm trong dải tần làm việc của DVB_T R2832, không cần phải có thêm 1 bộ đổi tần số ngoài cũng là 1 thuận lợi không nhỏ khi dùng DVB_T R2832.

2/ Các phần mềm SDR.
Source code  rtl-sdr có thể load tại đây https://github.com/steve-m/librtlsdr .

Nhiều software SDR cũng phát triển dựa trên mã nguồn này, ở đây, nhóm chỉ đề cập đến các software có thể được dùng để thu nhận phổ HI 1.42GHz :

1/ SDR#  http://sdrsharp.com/#sdrsharp  chạy trên Windows, giao diện đẹp, dễ xử dụng, nhưng integration time ngắn, chỉ thích hợp để kiểm tra nhanh cường độ tín hiệu quanh vùng 1.42GHz.
Nếu antenna thu đủ lớn, bộ tiền khuếch đại mạnh, nhiễu thấp, có thể thấy trực tiếp phổ HI  http://translate.google.com/translate?hl=en&sl=ru&tl=en&u=http%3A%2F%2Fwww.radio-sky.ru%2Fforums%2Findex.php%3Fshowtopic%3D129%26hl&sandbox=1

2/ RTLSDR Scanner http://eartoearoak.com/software/rtlsdr-scanner  : chạy được trên Win và Linux, integration time tối đa là 8sec, có thể ghi nhận phổ HI, lưu dữ liệu dưới dạng .cvs khá tiện để xử lý .
Nhóm đã dùng chương trính này để thu phổ HI

Phổ HI thu bằng RTLSDR Scanner

Nhưng integration time 8sec không đủ để ghi nhận tín hiệu yếu, tỉ số S/N thấp và dễ bị treo máy (không rõ lý do).
Hiện nay, nhóm chỉ dùng chức năng auto calibration của chương trình để xác định độ lệch tần của  DVB-T R2832 bằng cách so với tần số của đài FM 99.9MHz và hiệu chỉnh đáp tuyến tần số cho ID bandpass filter.

3/ simple_ra : chạy trên Linux, đã được giới thiệu tại http://vnradiotelescope.blogspot.com/2014/07/cai-at-simplera-tren-linux-ubuntu.html. là chương trình được viết chuyên để dùng cho radio astronomy của Marcus Leech, http://www.sbrac.org/files/budget_radio_telescope.pdf nhưng hiện nay tác giả đã không còn  hỗ trợ nữa.

4/ Xử dụng  trực tiếp các lệnh command line trong thư viện librtlsdr để điều khiển DVB-T R2832 : Có thể dùng trên Linux Mac hay Windows, xem thêm về cài đặt và xử dụng các command line trên các hệ điều hành khác nhau tại http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee123/fa12/rtl_sdr.htm . Bản prebuild Windows version http://sdr.osmocom.org/trac/attachment/wiki/rtl-sdr/RelWithDebInfo.zip
Lệnh rtl_sdr.exe có thể khởi động DVB-T R2832 thu dữ liệu theo các thông số đặt trước ( tần số thu, tốc độ lấy mẫu, gain, số mẫu dữ liệu....) và xuất dữ liệu giải mã I&Q ra file data.bin.
Dữ liệu này được phân tích thành phổ qua thuật toán FFT (Fast Fourier Transform).
Bằng phương pháp này, integration time có thể đặt lớn tùy ý để có thể thu được tín hiệu rất yếu so với mức nhiễu nền.
Nhóm xử dụng chương trình  Rafft.exe  của Peter W East để phân tích FFT, kết quả được xuất ra dưới dạng file data.txt, có thể xem và xử lý bằng Excel hay Matlab.
Chi tiết về cách xử dụng và các link tải chương trình của Mr Peter W East có thể xem tại www.y1pwe.co.uk/RAProgs/LowCostHLSoftwareTools.doc

5/ Thu và xử lý dữ liệu tự động : Thay vì dùng command line, có thể viết 1 chương trình giao diện GUI, cho phép chạy lệnh, thu, ghi dữ liệu và vẽ phổ HI ngay lập tức sau khi đã xử lý xong. Như vậy, sẽ giảm bớt sai sót, nhầm lẫn khi nhập lệnh và thấy ngay kết quả ảnh phổ vừa ghi.
Giao diên này, kết hợp luôn trong chương trình điều khiển antenna để có thể quét và thu dữ liệu tự động theo chương trình đặt trước.

Chương trình điều khiển kính VNRT và thu dữ liệu tự động

InterDigital bandpass filter

Một trong những thành phần quan trọng của hệ thống thu và xử lý data là bộ lọc dải thông Band-pass Filter.
Tín hiệu HI thu từ vũ trụ rất yếu, cần phải khuếch đại nhiều lần, nhưng đồng thời cùng tín hiệu HI, các tín hiệu nhiễu khác, nằm ngoài dải tần HI cũng được khuếch đại mạnh lên và có thể làm cho bộ tiền khuếch đại trong RTL2832 USB bị đẩy đến mức bão hòa, không còn khả năng nhận ra tín hiệu HI nữa.
Bộ lọc dải có nhiệm vụ ngăn chặn tín hiệu nhiễu ngoài ý muốn này.
Có thể mua các bộ lọc chuyên dụng, nhưng khó tìm đúng dải tần mong muốn và giá cũng đắt.
Phương pháp tiện lợi và nhanh nhất là tự lắp 1 bộ lọc dải theo kiểu Interdigital.
PP này đã được J Koeppen ( http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/Haystack/interference.html) và Mr Peter East (www.y1pwe.co.uk/RAProgs/1420MHz%20Interdigital%20Band%20Pass%20Filter%20Build.doc) xử dụng và cho kết quả tốt.
Nhóm VNRT HAAC cũng đã tự chế và thử nghiệm nhiều bộ ID Filter theo kiểu này.
Chương trình tính toán ID Filter có thể xem trong 2 link trên, nhưng nhóm dùng trang tính điện tử online http://www.changpuak.ch/electronics/interdigital_bandpass_filter_designer.php vì trực quan hơn (và nhân tiện nói thêm, có thể tính nhiều loại mạch điện tử khác nữa).

Interdigital bandpass filter

Hình ảnh bên cạnh là cấu tạo bên trong ID bandpass filter.
Tín hiệu điện tần số cao sẽ bức xạ từ chấn tử này sang chấn tử kế.  Tần số trung tâm của bộ lọc có thể hiệu chỉnh bằng 3 vít hiệu chỉnh tần số cộng hưởng của từng chấn tử.

Nhập các thông số :
- Tần số trung tâm 1420MHz,
- Dải thông có thể chọn tùy ý từ 10-100MHz, dải hẹp sẽ triệt nhiễu tốt hơn, nhưng tín hiệu HI cũng sẽ bị suy giảm nhiều.
- Số chấn tử của bộ lọc : Nhiều chấn tử, đặc tuyến sẽ dốc hơn, lọc nhiễu tốt, nhưng cũng như trên, suy hao cũng lớn hơn. Nhóm chọn = 3.
- Trở kháng : 50 hay 75ohm tùy theo trở kháng các bộ KD và dây cáp đang dùng, nhóm chọn 75ohm.
Các thông số khác là tùy chọn theo nguyên vật liệu sẵn có.
Đây là kết quả tính toán cho 1 bộ ID Filter của nhóm :

Interdigital Bandpass Filter, based on work of Jerry Hinshaw,
Shahrokh Monemzadeh (1985) and Dale Heatherington (1996).
www.changpuak.ch/electronics/interdigital_bandpass_filter_designer.php
Javascript Version : 09. Jan 2014
-------------------------------------------------------------------------
Design data for a 3 section interdigital bandpass filter.
Center Frequency          :    1420 MHz
Passband Ripple           :    0 dB
System Impedance          :    75 Ohm
Cutoff Frequency          :    1412.5 MHz and 1427.5 MHz
Bandwidth (3dB)           :    15 MHz
Fractional Bandwidth      :    10.6 MHz
Filter Q                  :    94.667
Estimated Qu              :    2064.25
Loss, based on this Qu    :    0.796 dB
Passband Delay            :    42.441 ns
-------------------------------------------------------------------------
Quarter Wavelength            :    52.78 mm or 2.078 inch
Length interior Element       :    47.39 mm or 1.866 inch
Length of end Element         :    47.54 mm or 1.872 inch
Ground plane space            :    20 mm or 0.787 inch
Rod Diameter                  :    6 mm or 0.236 inch
End plate to center of Rod    :    12 mm or 0.472 inch
Tap to shorted End            :    2.9 mm or 0.114 inch
Impedance end Rod             :    83.907 Ohm
Impedance inner Rod           :    86.672 Ohm
Impedance ext. line           :    75.000 Ohm
-------------------------------------------------------------------------
                     **** Dimensions, mm (inch) ****
 #    End to Center      Center-Center        G[k]         Q/Coup
 0    0.00 (0.000)
 1    12.00 (0.472)      34.60 (1.362)        1.000        0.707
 2    46.60 (1.835)      34.60 (1.362)        2.000        0.707
 3    81.19 (3.197)      0.00 (0.000)         1.000        1.000
 4    93.19 (3.669)     

                      **** Box inside dimensions ****
Height : 52.78 mm or 2.078 inch
Length : 93.19 mm or 3.669 inch
Depth  : 20.00 mm or 0.787 inch


Về kết cấu, nếu có điều kiện, có thể đặt chế tạo vỏ bằng nhôm như link trên, nhưng để đơn giản, phù hợp với điều kiện amateur và thử nghiệm nhanh, có thể dùng tấm nhựa phủ đồng thường dùng làm mạch in trong ngành điện tử.

 Bên cạnh là hình ảnh thực tế bên trong của 1 ID Filter chế tạo theo kết quả tính toán trên.
Các chấn tử cắt từ ống đồng 6mm, hàn thiếc trực tiếp vào vỏ hộp.
Thực tế, tần số cộng hưởng khi có vít chỉnh sẽ hơi thấp hơn tần số thiết kế một chút, ta nên cắt 3 chấn tử ngắn hơn độ dài thiết kế khoảng 0.5-1mm để bù trừ .


Hiệu chỉnh đáp tuyến tần số của bộ lọc.
Nếu không có thiết bị hiệu chỉnh chuyên dụng ta vẫn có thể hiệu chỉnh đáp tuyến tần số của bộ lọc bằng chính các chương trình SDR.
Cách hiệu chỉnh khá đơn giản : ghép ID filter vào hệ thống thu , ngõ vào với ngõ ra của bộ tiền KD, ngõ ra với đầu vào antenna của RTL2382 USB. Đấu 1 đoạn dây bất kỳ vào ngõ vào bộ tiền KD để lấy tín hiệu nhiễu.

02 bộ KD tín hiệu cable TV làm tiền KD. ở giữa là bộ cách ly để cấp nguồn DC cho bộ KD.

- Hiệu chỉnh thô : dùng chương trình SDR# (http://sdrsharp.com/#sdrsharp), chỉnh tần số thu 1420MHz, đặt AGC off.
Quan sát mức tín hiệu nhiễu nền trên màn hình, chỉnh lần lượt 3 vít vi chỉnh trên ID Filter cho đến khi cường độ nhiễu mạnh nhất. Có thể lập lại vài lần để có vị trí tối ưu nhất.

- Hiệu chỉnh tinh : dùng chương trình RTLSDR Scanner (http://eartoearoak.com/software/rtlsdr-scanner), chương trình này có thể quét 1 khoảng tần số nên ta có thể chỉnh đáp tuyến tần số chính xác hơn.
Đặt Range Start và Stop ở  mức <> 1420MHz + Band width, Dwell time khoảng 16-32ms.
Hiệu chỉnh cẩn thận từng vít vi chỉnh để sao cho biên độ tín hiệu nhiễu ở 1420MHz là lớn nhất và dạng đáp tuyến là gần đối xứng qua tần số trung tâm này.
Mở rộng dải tần và tăng dwell time để có đáp tuyến rõ và chính xác hơn, nếu cần.
CT RTLSDR Scanner có chức năng so sánh 2 phổ khác nhau, ta có thể dùng chức năng này để nhận biết sự thay đổi rất nhỏ của đáp tuyến khi hiệu chỉnh.
Hình dưới là kết quả so sánh 2 phổ khi có và không có bộ lọc ID Filter.

đáp tuyến tần số khi quét dải rộng.

Hình trên là kết quả sau khi hiệu chỉnh, tần số trung tâm 1420MHz, mức suy hao tại đây vào khoảng 2.5dB.

Báo cáo T5/2015 : Cải thiện độ ổn định nhiệt và thêm chức năng quét và thu dữ liệu tự động.

Nhóm VNRT SG tiếp tục thử nghiệm, nâng cao tính ổn định của kính VNRT.

1- Lắp thêm tản nhiệt (heatsink) và quạt cho Rtl 2832 USB.
Mục đính : Nâng cao tính ổn định của tín hiệu thu, 
TL tham khảo  www.y1pwe.co.uk/RAProgs/FrequencyStabilityU.doc  về việc xử dụng heatsink và quạt giải nhiệt cho Rtl 2832 USB để tăng mức ổn định tần số .
Khi hoạt động, Rtl 2832 USB nóng lên và gain giảm khá rõ. Mức suy giảm tùy thuộc vào thời gian và chế độ hoạt động của nó.
Do không có máy phát tần số chuẩn, nhóm chỉ đánh giá mức ổn định nhiệt qua tỉ số công suất giữa 2 lần thu sóng với số mẫu (thời gian thu) khác nhau và kết quả đo nhiệt trực tiếp trên 2 IC Tuner và DSP của Rtl 2832 USB.
Kết quả đo nhiệt độ bằng infrared thermometer gauge ThermoTrace
- Nhiệt độ môi trường 32oC.
Không giải nhiệt :
- Chạy chương trình SDR# liên tục vài phút : R820T  tuner IC = 42 °; RTL2832 = 41oC.
- Chạy chương trình rtl.exe với 20e6 mẫu (9.6sec) : R820T  tuner IC = 42 ° ; RTL2832 = 48 ° C
- Chạy chương trình rtl.exe với 200e6 mẫu (96sec) : R820T  tuner IC = 46 ° ; RTL2832 = 58 ° C ( Không ngờ IC này có thể nóng đến vậy !!!!)
Tỉ số công suất P20 / P200 là 1.5.
Giải nhiệt bằng heatsink + quạt thổi trực tiếp : Nhiệt độ đo được trên heatsink (IC bị che mất, không đo trực tiếp được) của cả 2 IC tuần tự là 34 và 36oC.
Tỉ số công suất P20 / P200 là 1.05,
Thời gian chờ ổn định nhiệt (mức công suất thu được ổn định) giảm từ 15min xuống còn khoảng 2min.

Chuẩn lại tần số Rtl 2832 USB bằng chương trình SDRScanner, kết quả độ lệch tần số là 23.6ppm, giảm đi khá nhiều so với kết quả trước đây là 49.7ppm.

Như vậy, giải nhiệt cưỡng bức cho RTL2832 USB đã ổn định được cả độ lệch tần số và độ lợi của nó. 

RTL2832 USB với giải nhiệt nhôm.

Lắp trong bộ thu vỏ nhôm với quạt giải nhiệt thổi trực tiếp vào RTL2832 USB

2- Viết thêm các tính năng cho CT VNRT control :
- Subtract tự động tín hiệu Ref (chọn trước) và  cho phép hiển thị ngay phổ HI thu được trên khung Chart2 trong giao diện. Khung Chart1 vẫn hiển thị data raw.
- Cho phép quét và thu data tự động theo 2 chế độ : quét mảng hay theo đường thẳng lb và quét khung vuông từ trong ra ngoài.  Với 2 chế độ quét này, kính có thể thu dữ liệu tự động để vẽ bản đồ HI bầu trời.
Có thể sẽ bổ sung thêm tính năng tính tổng công suất P để tiện theo dõi và so sánh.

Ảnh đính kèm là  biểu đồ surface (vẽ bằng Exxel) cường độ sóng 1420GHz tại vùng chứa Mặt trời lúc 15h40-16h20 ngày 24/05/2015.
Kính quét theo chế độ Square Scan, tâm l175o_b-21o, bước quét 2o.
Chỉ thu được 61 điểm quanh vùng này, do mặt trời đã xuống thấp đến giới hạn độ cao Alt của kính (25o). Data tại 3 điểm l169-173o, b-29o được chọn bằng cách ngoại suy.
Ảnh đã được xoay 45o để thể hiện đúng Azm theo chiều ngang và Alt là chiều đứng.
Ảnh chỉ có 64pixel, độ phân giải 2o.
Có lẽ lần sau, nên đo vào buổi sáng và bước quét  giảm còn 1o để có độ phân giải tốt hơn.
Cũng cần phải viết 1 chương trình nhỏ  xử lý dữ liệu tự động để giảm bớt thời gian và khả năng nhầm lẫn khi xữ lý bằng tay.

3- Đo phổ HI trong khoảng Gl 160-250o : Do đo trễ và nhiễu khá mạnh (vào lúc đó và không rõ nguyên nhân)) tại phía Tây và Tây-Bắc nên chỉ có phổ trong khoảng 225-250o là khá tốt, có thể dùng để so sánh với kết quả các lần đo trước.
KQ sẽ được báo cáo sau. 

01/05/2015 Xác định beamwidth, Aperture efficiency kính VNRT

Sáng ngày 1/5, nhóm VNRT SG đã tiếp tục đo kiểm các thông số của kính VNRT.
- Đo bức xạ phổ liên tục của mặt trời trong dải 1419-1421MHz để xác định beamwidth, hiệu suất thu sóng và Tsys của kính.
- Đo lại phổ HI tại vùng S7.

A. Thông số antenna.

1/ Độ rộng búp sóng (Beamwidth.)
Phương pháp xác định beamwidth của kính là quét ngang mặt trời và đo tổng công suất tại từng điểm trên đường quét.
Phương pháp này không chính xác bằng drift scan vì ảnh hưởng nhiễu nền sẽ khác nhau, nhưng giảm thời gian đo tức là giảm sai lệch do tăng nhiệt.
Thời gian đo từ 10h36' đến 10h45'. (nếu quét kiểu drift scan phải mất 1h10'). Mặt trời đã lên gần thiên đỉnh, ảnh hưởng sai lệch nhiễu nền có thể bỏ qua.
Xác định tọa độ mặt trời bằng cách xoay chỉnh kính cho đến khi bóng của feed rơi đúng vào tâm chảo thu.
Tọa độ kính lúc này là Ra2h15' dec15o.
Cố định Ra, Dec thay đổi từ 25->5o, bước 1o, thu sóng trong dải 1419-1421MHz, thời gian thu khoảng 9.6sec trên  mỗi điểm.

 

Hình 1 và 2 là kết quả tại các điểm thu. Có thể thấy sóng HI từ dải Ngân hà trong khoảng dec 16-25 vì vùng này chỉ cách mặt phẳng Ngân hà khoảng 30o. Sóng này có thể gây sai lệch tổng công suất trong dải 1420-1421MHz (0-127)đôi chút , ta có thể loại bỏ bằng cách chỉ dùng số liệu trong khoảng tần số 1419-1420MHz (-127-0).

Hình 3 là kết quả tính tổng công suất theo tọa độ Dec và đường cong Gaussian fit (tính bằng Excel).
Đỉnh  đường cong gauss ở 16.6o có P (tổng công suất =468) và phương sai =3.5.
Độ rộng búp thu sóng beamwidth HPBW (Half-Power BeamWidth)  được tính từ điểm có P = 1/2 D đỉnh, có thể tính chính xác từ đường cong gauss.
Kết quả HPBW = 7.5o.
Kết quả này khá tốt nếu so với chảo thu sóng vệ tinh.

Theo wiki http://en.wikipedia.org/wiki/Parabolic_antenna và http://books.google.com.vn/books?id=4yJi1UQDPp8C&pg=PA80&dq=%22beamwidth%22+%22parabolic+antenna%22&hl=vi#v=onepage&q=%22beamwidth%22%20%22parabolic%20antenna%22&f=false
HPBW = k * lamda / d.
Hệ số k tùy thuộc vào hình dạng bề mặt chảo parabol. Chảo "lý tưởng" sẽ có k = 57.3, chảo vệ tinh thông dụng có k khoảng 70. 
K của chảo VNRT = 7.5 * 180 /21 = 64.3.

Một điểm nhận xét thêm : trục tâm hình học của chảo lệch so với đỉnh búp sóng khoảng 1.6o (dec 15 và dec 16.6o).
Có thể là do ngắm chuẩn tâm ban đầu không chính xác hay là hướng feed horn lắp chưa chính xác.
Sai lệch này cộng thêm vào sai lệch tọa độ của kính (+-0.5o) + sai lệch chuẩn vị trí kính sẽ làm lệch tọa độ đến khoảng +-4o.
Điều này có thể lý giải cho kết quả sai lệch dạng phổ và tốc độ khi thu sóng tại vùng S7 trước đó.
Để hiệu chuẩn chính xác, các số liệu thu được có ý nghĩa khoa học chính xác, cần phải tiến hành đo BW theo cả 2 trục Ra và dec và hiệu chuẩn theo kết quả đo.

2/ Đo lại T_sys.
Nhóm đã đo lại T_sys để có thông số chính xác tính hiệu suất thu sóng.

Hình 4

Psky : phổ thu được ở tọa độ Gl 250 b -80 xem như tín hiệu nền.
P_cal : xoay kính vào tường (cao 1.5m), hạ thấp Alt hết mức 25.5o, che feed bằng ván ép 18mm.
Có thể thấy vẫn còn sóng HI trên phổ, nhưng có thể xem mức nền công suất thu được ứng với nhiệt độ Tsource khoảng 300oK.
Bỏ qua dải 1420-1421 (có sóng HI)
Y = P_cal/P_sky = (Tsource + Tsys) / (Tsky + Tsys) = 2.45.
Tsys = Tsource / (Y-1)  = 207oK.
Giá trị này tốt hơn lần đo trước (230oK)
Hiệu số công suất  P_cal - P_sky = 320 - 129 = 191 (dùng để tính cho mục 3)

3/ Hiệu suất thu sóng (Aperture efficiency)
Phương pháp tính dựa theo trang http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/Haystack/system.html  của J Koppen.
Theo hình 3,  công suất đỉnh P_sun = Pon là 468, và mức thấp nhất Psky = Poff =157
có thể  tính Y Factor = Pon / Poff = 468 /157 = 2.98
Hiệu số công suất  P_sun - P_sky = 311
Nhiệt độ mặt trời do anten thu được là
T_ant(Sun) = (P_sun-P_sky)/(P_cal-P_sky)*T_cal = 311 / 191 * 300 = 488oK.
Psun = 2760 T_ant(Sun) = 1347000    Jy m² = 134.7 SFU m² (solar flux units) 
Chảo 1.8m có tiết diện 2.54 m²
Thông lượng chảo nhận được là 134.7 / 2.54 = 53 SFU.
Theo số liệu  từ NOAA ftp://ftp.swpc.noaa.gov/pub/lists/radio/ thông lượng mặt trời ngày 1/5/2015 là 80SFU.
Hiệu suất thu sóng của kính là  e = 53/80 = 0.66.
Hiệu suất này còn tốt hơn số liệu của kính Haystack (0.6) ở Strassbourg.

4/ Độ lợi của chảo thu Gain ở bước sóng 21cm.
G = Pi² d² e / lamda² = 479 = 26.8 dBi .


B. Đo phổ vùng S7 và tính nhiệt độ tuyệt đối.

1/ Ghi phổ HI.
Để tránh sai số về tọa độ kính, nhóm đã thu 1 loạt 5 phổ tại quanh vùng S7 Gl132 Gb -1. 

Hình 5

 

Hình 7

Vị trí chính xác của S7 được cho là điểm có tín hiệu mạnh nhất theo tọa độ kính là Gl132 3.
Tín hiệu tại đây khá phù hợp về hình dạng và vận tốc với phổ giả lập Hình 6 và 7.

2/Chuyển đổi giá trị hệ số công suất ra độ tuyệt đối.

Các phổ HI thu được, đều được trích xuất từ P_data / P_Ref.
Việc dùng P_Ref (phổ ghi được với feed horn bịt kín bằng giấy nhôm ) nhằm lấy được base line phẳng đều trên toàn phổ là tiện lợi hơn dùng P_sky  ( xoay kính mất nhiều thời gian) và P_cal (không lọc hết sóng HI).
Nhưng việc chuyển ra nhiệt độ tuyệt đối oK cần qua bước trung gian, tính tỉ số P_cal/P_Ref 

Hình 8 tỉ số P_cal/P_Ref

Do có sóng HI ở vùng 0-127, ta chỉ tính trung bình các giá trị tỉ số trong khoảng -127->0.
 ==> P_cal/P_Ref= 1.205

Data trên Hình 7 sẽ được chuyển về độ K bằng cách :
- Chia cho tỉ số P_cal/P_Ref  để quy chuẩn về P_cal.
- Trừ mức nền về 0 để có hệ số Y = P_source / P_cal.
- Đổi sang độ K bằng công thức từ mục A.1/
T_source = (Y-1) * T_cal . (T_cal = 300oK)

Hình 9 là kết quả chuyển đổi.
Kết quả này có vẻ phù hợp với phổ giả lập từ trang https://www.astro.uni-bonn.de/hisurvey/euhou/LABprofile/index.php hình 10. 
Nhiệt độ đỉnh cao nhất khoảng 48oK.

File HI 20150501 chứa toàn bộ số liệu và cách tính trong bản report này.

Kết luận :
- VNRT HAAC đã calib xong, chất lượng khá tốt so với  Small Radio Telescope (SRT)
developed at Haystack Observatory (Development of a New Generation Small Radio Telescope
REU Summer 2012 Report Dustin Johnson_Dalhousie University Alan Rogers_Haystack Observatory),
 các kết quả thu được có ý nghĩa KH.
Điểm yếu :
- Hệ thống đôi lúc không ổn định, có lẽ do các cáp tín hiệu và điều khiển không tốt.
- Kính vẫn chưa có chỗ cố định nên chưa thể calib chính xác vị trí và hướng kính. Sai số tọa độ có thể lên đến +-4o.
- Việc hiệu chuẩn phức tạp,khó thực hiện ngay trong ca làm việc. Có lẽ nên dùng nguồn phát sóng chuẩn để đơn giản hóa việc thu và xử lý dữ liệu. ( tiếp tục nghiên cứu thêm việc dùng zene_ noise diode).

Arduino radio telescope control.

Sơ đồ mạch điều khiển mount của kính VNRT.

Mạch xử dụng motor DC và biến trở tuyến tính để phản hồi tọa độ của kính. Kết cấu này khá thông dụng trong các hệ điều khiển hướng antenna.
Ý tưởng lấy từ Radio artisan group http://blog.radioartisan.com/yaesu-rotator-computer-serial-interface/  và Hipparchus project https://code.google.com/p/hipparchus/
Việc dùng biến trở tuyến tính cần có bộ truyền động giảm hay tăng, cũng có thể gây khó khăn cho việc SX. Có thể viết lại code để có thể dùng encoder hay kit compass thay cho biến trở. 
1/ Arduino Uno là thành phần chính của mạch.http://hshop.vn/mach-arduino/board-arduino/arduino-uno  Việc xử dụng Arduino là để thuận tiện cho người muốn tự lắp.
Nếu sản xuất hàng loạt, có thể dùng trực tiếp AVR hay Pic sẽ rẻ hơn khá nhiều.
2/ Mạch driver L298 cũng là kit ráp sẵn, http://hshop.vn/module/module-dieu-khien-dong-co/l298-lotorlontrol-board  điều khiển trực tiếp 2 motor DC cho 2 trục Azm và Alt (Elv)
Nếu dùng motor bước, có thể dùng kit  A4988 http://hshop.vn/module/module-dieu-khien-dong-co/A4988-driver-a4988-arduino-GY4988-motor-driver   . Dùng motor bước thì có thể không cần dùng encoder hay biến trở báo vị trí, nhưng lúc đó nếu có sự cố phần truyền động (kẹt, nặng tải...) tọa độ sẽ bị sai.
3/ Giao tiếp giữa máy tính và mạch thông qua cổng Com-USB ngay trên board Arduino.
Nếu dùng vi điều khiển AVR hay Pic, cần có thêm mạch RS232-USB.
Có lẽ cũng cần thử nghiệm giao tiếp qua Bluetooth với kit HC-05 http://hshop.vn/bluetooth-HC-05-breakout để không phải kéo dây quá dài từ máy tính đến mạch điều khiển.
Giao tiếp bluetooth cũng thuận tiện hơn nếu ta muốn điều khiển kính qua android.

Tính năng cơ bản :
- Màn hình LCD hiển thị tọa độ Azm-Alt hiện tại.
- 4 nút nhấn Azm+, Azm-, Alt+, Alt- cho phép điều khiển trực tiếp kính bằng tay.
- Giao tiếp PC qua cổng USB-RS232 ngay trên mạch :  báo tọa độ và nhận lệnh điều khiển từ PC. 

Mạch điện thử nghiệm.

Nhóm VNRT SG tiền hành đo để căn chỉnh kính ngày 19/04/2015

Chào mọi người,

Chiều 19/4/2015, nhóm VNRT SG đã tiến hành đo một loạt phổ để thu các thông số cho việc căn chỉnh kính VNRT.

Kế hoạch :

• Đo T_Cold sky và T_300K để xác định T_sys. Việc này cần thử nghiệm 1 vài loại vật liệu hấp thụ sóng VT.
• Ghi phổ tại 2 vùng chuẩn S7 và S8 để so sánh kết quả với các kính radio cùng loại khác.
• Đo scan drift mặt trời để xác định Effective beamsize FWHM của kính và hiệu suất thu sóng của chảo.

Nhưng do không đủ thời gian, mặt trời xuống quá thấp, không kịp làm phần 3.

1. Việc đo T300K có thể được tiến hành theo 3 cách :

• Tách ngõ vào LNA ra khỏi feed, nối 1 điện trở 50 Ohm vào thay cho antenna.
• Xoay kính hướng về 1 vật thể lớn ( tường của 1 tòa nhà đủn lớn) để thu sóng bức xạ 300K từ nó. 
• Che miệng feed horn bằng vật liệu hấp thu sóng. (radar absorption material).

      Cách 1 không làm được vì LNA đã gắn cố định vào feed horn, tháo lắp rất khó.
      Cách 2 cũng không vì kính VNRT không thể quay xuống thấp hơn 20 độ và xung quanh không có         nhà nào đủ lớn (chắn toàn bộ búp sóng chính của chảo).

Nhóm đã tuần tự dùng thử 2 loại vật liệu : ván ép dày 18mm và nệm mút xốp dày 100mm.
Kết quả dùng ván ép có vẻ tốt. 
Nệm mút xốp hầu như không có tác dụng.

screnshot lúc đang thu tuần tự 3 phổ cùng 1 vị trí Gl 209o Gb 45o. Vùng này sóng HI rất nhỏ, xem như là cold sky.  Phổ thu được khi che ván ép có biên độ tăng rõ rệt so với cold sky và che bằng giấy nhôm.  Cách tính theo tài liệu tại đây

Kết quả : Y-Factor = 2.20 và Tsys khoảng 230K.
Kết quả này hơi kém hơn một chút so với kết quả thử nghiệm kính  Small Radio Telescope (SRT) 
developed at Haystack Observatory trong tài liệu trên, ( theo các bài viết  của Koeepen Joachim thực tế xử dụng, Tsys thay đổi rất lớn 180-> hơn 1000K tùy theo mức nhiễu nền .)

Cần tiến hành thử nghiệm nhiều hơn về vật liệu hấp thụ sóng VT để có kết quả chính xác và tốt hơn.
Ông Peter đề nghị thay đổi bề dày ván ép, nhúng ướt ván và phủ bột than lên nó để tăng khả năng hấp thụ.

      2. Phổ tại S7 và S8.
Phổ tại S7 có sự khác biệt khá lớn về dạng phổ và cả tốc độ. 
Khi đo tại S7, độ cao Alt khá thấp , chỉ có 24 độ, phổ bị nhiễu và cũng có khả năng bị phản xạ sóng từ các nhà cao xung quanh. Không biết điều này có làm ảnh hưởng đến dạng sóng.

Phổ tại S7 của VNRT

Phổ tại S7 của "HI Profile Search" 

Phổ tại S8 dạng sóng rất tốt, chỉ có vận tốc sai lệch khoảng 6Km/sec so với kết quả giả lập từ trang HI Profile Search 

Phổ tại S8 của VNRT 

Phổ tại S8 của "HI profile search"

Độ lệch tần của RTL USB, nhóm lấy từ kết quả so tần với sóng FM 99.9MHz cách đây hơn 1 tháng là 47ppm. Không biết có thay đổi gì không. Lần đo này bắt đầu vào 2h chiều, nắng gắt và nhiệt độ khá cao.

Phổ tại S7 thì có sự khác biệt khá lớn về dạng phổ và cả tốc độ. 
KHi đo tại S7, độ cao Alt khá thấp , chỉ có 24 độ, phổ bị nhiễu và cũng có khả năng bị phản xạ sóng từ các nhà cao xung quanh. Không biết điều này có làm ảnh hưởng đến dạng sóng.

Mong mọi người góp ý cho lần căn chỉnh kính sắp tới !

Lê Quang Thủy