- 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 |
==> 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).
No comments:
Post a Comment