MONTAGEM E TESTE DE RADIOTELESCÓPIOS EXPERIMENTAIS

RADIO JOVE: RFI NAS OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS DE EMISSÕES SOLARES

Pesquisa de RFI com Radio JOVE

Na sessão anterior, foi constatado sinal interferente na faixa de 20,1 MHz. A fonte do ruído foi identificada:

Todo cuidado é pouco ao iniciar uma sessão de observação, pois os sinais interferentes podem ser originados nas mais diversas fontes. No vídeo acima, foram identificadas duas fontes: primeiro, o motor de uma máquina de lavar e, segundo, a caixa de som Bluetooth, usada como monitor de áudio.

Interferências provocadas por motores são mais óbvias, pois geralmente são dispositivos de alta potência que geram pulsos que se espalham por ampla faixa do espectro eletromagnético. Por isso há a necessidade de realizar observações em locais distantes de fios de alta tensão e longe de centros urbanos. Entretanto, nem sempre é possível estar no local ideal, e foi isso que motivou esta tentativa de ver se é possível captar, pelo menos emissão solar em ~20 MHz, pois as emissões solares geralmente são mais intensas, mesmo na faixa de HF.

A outra fonte de ruído é menos óbvia, pois a caixa de som Bluetooth utilizada estava com a seleção para a entrada via cabo de áudio, e não via sinal de rádio, na faixa do Bluetooth, cerca de 2,4 GHz. Ainda assim, era de se supor que, por ser de uma faixa muito mais alta que a do Radio JOVE, não houvesse interferência. Entretanto, não é o que a pesquisa demonstrou. A caixa de som com Bluetooth que funciona com modulação do tipo Spread Spectrum (espalhamento espectral) também atinge a faixa de 20 MHz, mesmo com baixa intensidade - é um sinal interferente que deve ser descartado e evitado.

Também foi usado o receptor RSPDuo, do tipo SDR (rádio definido por software) e é possível identificar que quando a caixa de som Bluetooth é desligada, o sinal interferente desaparece.

Mais uma tentativa de captar emissão solar em condições precárias, com antena receptora curta:

Durante o registro da sessão de observação, com a antena montada numa sacada, e o Sol já alto no céu, foi observado um aumento gradual do nível de ruído recebido, o que poderia ser um registro de emissão solar. Mas o site do NOAA não registrou emissões para o mesmo horário e a observação é considerada como mais um exemplo de interferência eletromagnética (RFI).

A imagem acima é a captura de tela da observação em 26/09/2020, com o software Radio-SkyPipe, e com o receptor do Radio JOVE, na faixa de ~20,1 MHz.

Convém destacar a imagem do diagrama da antena, com o ícone do Sol (círculo amarelo) na posição correspondente do céu da localidade no horário da observação.

Como o ruído era muito intenso e variava de frequência muito lentamente, para o Radio JOVE o sinal registrado graficamente apresenta um curva com os valores mínimos e o valor máximo, com quase 800 divisões da escala do SkyPipe.

Para descartar a possibilidade de haver algum problema no próprio receptor, que é extremamente sensível, foi removida a antena, mas ainda assim constatou-se que havia um resíduo do sinal interferente (com nível baixíssimo).

Para finalmente descartar problemas com o Radio JOVE, foi utilizado, então, um segundo receptor, do tipo SDR (ou Rádio Definido por Software), do fabricante SDRplay, modelo RSPduo. Percebe-se que, realmente, há um sinal que varia de frequência muito lentamente, aparentemente sem modulação reconhecível, cuja origem não foi possível identificar.

Na foto abaixo, o registro completo do sinal interferente. 

No vídeo abaixo, a gravação da pesquisa com o receptor RSPduo, a gravação foi acelerada para reduzir o tamanho do arquivo. É possível perceber como a frequência da RFI realmente muda lentamente. 

Pesquisa RFI com rádio RSPduo

O objetivo da sessão a seguir é captar emissão solar mesmo em condições precárias de instalação da antena receptora:

​​

A imagem acima é uma captura de tela realizada em 08/06/2020, com o Radio-SkyPipe, para registrar uma sessão de observação realizada com o receptor do Radio JOVE montado em blocos. Após o ajuste do receptor para máxima sensibilidade, as placas montadas num suporte metálico de alumínio, foram completamente isoladas com uma tampa provisória de papel alumínio. Apesar de não ser a situação ideal, as interferências foram consideravelmente reduzidas.

 

Além de testar o receptor, que foi utilizado por três dias consecutivos, sem apresentar problemas no funcionamento, também foi realizada uma tentativa de captar emissões solares com a antena dipolo em ambiente semiaberto, com os ds fios da antena dipolo não completamente estendidos, devido à falta de espaço.

Quando o sinal acima foi registrado, especialmente a segunda emissão, logo após 16:10:52, parecia ser uma emissão solar do Tipo III, que, visualmente, é apelidada de barbatana de tubarão, devido ao formato característico. Porém, para confirmar se a emissão é realmente de origem solar, é realizada uma conferência com outros observatórios ou pesquisadores, no mesmo horário.

No caso de emissões solares, uma das fontes seguras para conferência é o NOAA, Space Weather Prediction Center. De modo que, uma consulta ao arquivo do site do NOAA na data e horário não registrou nenhuma atividade solar.

Outra fonte de consulta, com os radioastrônomos amadores do Radio JOVE é na página Radio JOVE Archive Calendar, que mantém um registro colaborativo de observatórios experimentais, oriundos de várias partes do globo.

É importante destacar que o Sol está num período de baixa atividade, de modo que as sessões de observação devem ser mais extensas para que algo seja captado e conferido com sucesso.

As sessões de observação serão novamente iniciadas, na tentativa de captar emissões solares (são mais intensas e possivelmente mais fáceis de registrar mesmo na situação não ideal de observação), mesmo em situação não adequada, com a antena montada com apenas 1,5 m de extensão, em ambiente parcialmente aberto, numa sacada de apartamento.

 

Na foto abaixo, o registro da consulta ao relatório do NOAA, do dia 08/06/2020, sem emissões. 

RECEPTOR OM: OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS DE TEMPESTADES ATMOSFÉRICAS

Descarga atmosférica provoca ruído em OM

O que você precisa para observar um fenômeno atmosférico conhecido por todos: as tempestades de raios? De estar num lugar abrigado e seguro, é a primeira condição. O relâmpago, ou o efeito luminoso da descarga atmosférica, e o trovão, o sonoro (geralmente ouvido alguns segundos depois de o raio ter acontecido) são as manifestações mais usuais que podemos perceber com a visão e a audição. Mas, mesmo estando a distâncias muito grandes, de modo que não pudéssemos mais ouvir o trovão, ainda é possível ver os clarões no céu e captar outra manifestação de uma tempestade: as emissões eletromagnéticas. São as ondas de rádio geradas pelo pulso de alta potência que ocorre durante a descarga elétrica.

No vídeo, temos uma tempestade ocorrendo a dezenas de quilômetros de distância, sendo captada por uma câmera de celular, para registrar os relâmpagos. Com um pequeno receptor de rádio portátil, sintonizado na frequência de 620 kHz, parte da faixa de OM (Ondas Médias, de 535 kHz a 1650 kHz), ouvimos os ruídos no mesmo momento em que o clarão é visto no céu - no horizonte distante. Nesse caso, o ruído não é um trovão, o que o rádio capta é o sinal de rádio, que viaja na mesma velocidade que a luz, por isso não há atraso perceptível entre o clarão e o som demodulado pelos circuitos do receptor. A faixa de OM, usada para as emissoras de rádio comercial, opera com modulação em amplitude (AM), e é especialmente sujeita aos ruídos - tanto os produzidos artificialmente, como por motores, quanto os produzidos por fenômenos naturais, como os raios. 

As observações foram realizadas com um receptor portátil MIDLAND, com sintonia digital. Nesse exemplo, vimos apenas o registro de uma interferência eletromagnética. Se o receptor for acoplado a um notebook com o SkyPipe ou um programa de análise de espectro é possível analisar a amplitude do sinal e o espalhamento da frequência, após ser demodulado pelo receptor.

 

RADIO JOVE: OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS DE JÚPITER NO ANTARES

Animação GIF com passagem do planeta no lóbulo da antena, captura de tela do programa Radio-Júpiter Pro

As observações foram realizadas com o kit do receptor do Radio Jove e os programas Radio-SkyPipe e Radio-Jupiter Pro.

Para uma sessão de observação bem sucedida, algumas condições devem ser atendidas:

Equipamentos adequados;

Definir o fenômeno a ser observado: Júpiter, o Sol ou a Via Láctea;

Verificar o calendário anual de observações de Júpiter e as probabilidades de emissão do tipo Io-B, especialmente;

Verificar se o Sol está num período ativo (por exemplo, com manchas solares);

Verificar se o local de observação possui pouco nível de ruído de interferência eletromagnética (RFI);

Providenciar infraestrutura mínima de suporte às observações (água potável, alimentação, eletricidade, abrigo, segurança);

Definir itens de controle durante as observações, com material para anotações e documentação fotográfica;

Notebook com funcionamento adequado e grande capacidade de armazenamento de dados. 

A foto acima: Receptor do Radio JOVE alimentado por bateria 12 v, caixa de som portátil, o filtro contra RFI na faixa de HF, um laptop com os programas Radio-Jupiter Pro e Radio-SkyPipe. As antenas dipolo (foto abaixo) foram montadas na configuração Norte-Sul, a cerca de 3 m do solo.

Na animação, logo acima, vemos o diagrama do lóbulo principal da antena, na orientação Norte - Sul, apontando diretamente para o zênite. Com a animação, podemos ter uma ideia da passagem do planeta Júpiter (cor laranja) pelo lóbulo principal, à medida em que a Terra gira.

Nesta sessão de observação, realizada em 2019, o trabalho foi prejudicado pela alta incidência de interferência eletromagnética (RFI) no local do Observatório Antares.

Para as tentativas de observação de Júpiter, também deve-se realizar o levantamento das probabilidades de emissão com o programa Radio-Jupiter Pro (cópias das telas abaixo).

Constatada a elevada interferência do site, outra sessão de observação foi programada, para local mais afastado da área urbana.

Na animação abaixo, telas salvas com exemplos de sinais: (a) o primeiro com uma comparação com o sinal padrão do calibrador do receptor; (b) sinal candidato a ser de emissão de Júpiter (emissão não confirmada) e descartado devido à RFI do local. Exemplo em (c) de interferência periódica, que pode ser causada, por exemplo, por operação de algum motor elétrico nas proximidades,

MONTAGENS COM O RECEPTOR DO RADIO JOVE

O kit do radiotelescópio experimental do Radio JOVE que foi montado é composto por receptor, antenas dipolo, filtro de RF, bateria 12 v, notebook com programas Radio-SkyPipe e Radio-Jupiter Pro.

A sequência de montagem:

  • Montagem das antenas dipolo e dos suportes de PVC

  • Montagem do receptor e ajustes

  • Configuração e uso dos programas 

  • Teste em campo

  • Sessão de observação típica

O detalhamento dos circuitos eletrônicos e de como montar e ajustar o receptor estão disponíveis na página do Radio Jove Project, em Radio Telescope Equipment Manuals. É um projeto educacional que já foi adotado em diversas instituições de ensino e por radioastrônomos amadores em todo o mundo. 

Montagem das antenas dipolo e dos suportes de PVC

Na base dos tubos de PVC, uma barra rosqueada metálica foi instalada para permitir fincar os mastros no terreno.

O primeiro teste foi realizado com os tubos de PVC e os cordões de estaiamento, de acordo com o recomendado pelo manual de montagem do Radio Jove.

À medida em que outros testes foram realizados, o tipo de montagem foi ajustado às condições do local de instalação. Por exemplo, sempre que possível, alguma parede era utilizada como um dos lados do suporte. 

A montagem do suporte das duas antenas dipolo de meia-onda para a faixa de 20,1 MHz do receptor, obedeceu ao projeto e à necessidade de a altura dos fios estar a cerca de 3,3 m do solo.

 

Os tubos de PVC (imagens ao lado) foram cortados para facilitar o transporte e adaptados com juntas providas de roscas para montagem. A estabilização foi obtida com estaiamento com cordões de nylon.

Foi necessário adaptar o  projeto original para adequar a montagem aos materiais encontrados no comércio local. Por exemplo: fios elétricos de cobre encapado foram utilizados como alças para passagem dos cordões de nylon (imagem abaixo).  

A antena em si é formada por dois elementos dipolo de meia-onda, ligados em fase, de modo a aumentar o ganho do sistema, para monitorações da Via Láctea e de Júpiter. Para monitorar o Sol, apenas um dipolo é suficiente. 

 Na montagem dos dipolos, muita atenção é necessária à dimensão da estrutura, pois é condição necessária para operar corretamente na recepção dos sinais do receptor: na estreita faixa de 20,1 MHz +/- 150 kHz.

As dimensões da antena estão detalhadas no manual elaborado pelo Radio Jove.

A orientação, Norte-Sul ou Leste-Oeste também deve ser observada, de acordo com o local de instalação.

 

Crédito da imagem: Radio JOVE Project

Montagem do Receptor e Ajustes

Lista de materiais:

Kit do receptor do Radio JOVE (componentes e placa de circuito impresso) - com cabo coaxial e fios de cobre das antenas;

Filtro de RFI e gerador de ruído de referência (Radio JOVE);

Tubos de PVC para as antenas;

Laptop com os programas que integram o Radio JOVE.

A montagem do receptor envolveu, inicialmente, conferir todos os materiais do Kit.

Foram separados por tipo: resistores, capacitores, transístores, circuitos integrados, indutores, conectores, fios etc.

O material da antena também foi separado: cabos coaxiais, cordoalha de cobre, isoladores, choques de RF de ferrite.

A identificação dos componentes era essencial para que não fossem trocados os valores dos capacitores, nem se confundisse resistor com indutor, por exemplo. Alguns componentes cuja identificação era com números muito pequenos, como os capacitores cerâmicos e/ou de tântalo,  foram corretamente selecionados com a ajuda de lupas e câmeras de celular, com zoom.

 

A  montagem na placa de circuito impresso, foi iniciada pelos resistores.

Foi utilizado um ferro de soldar de ponta fina e baixa potência, 24 W, em local de boa iluminação. 

Exemplos de Sessões de Observação

Sessão de observação solar, realizada em 23/12/2018.

Não houve registro de emissões de rádio na faixa do Radio Jove, 20,1 MHz. Também não houve registro no site do Solar Report Events, na data da monitoração.

Antes de iniciar a sessão de observação, são realizados procedimentos para calibração, para que se tenha um nível de referência que permita a comparação de medidas realizadas em diferentes computadores.

Foi utilizado o calibrador do Kit do Radio Jove.

 

Em destaque no final do gráfico, por volta do tempo de 14:30, ocorrência de interferência, provocada por motor elétrico que entrou em operação nas proximidades da antena (mais de 20 m de distância).

Este tipo de interferência ilustra a diferença de nível dos sinais: o do calibrador, que é muito baixo; os sinais captados por ruídos atmosféricos, também baixos, mas maiores que os do calibrador, e as emissões esporádicas de radares ionosféricos, picos de alta intensidade.

 

Percebe-se que a ocorrência de sinais interferentes de modo contínuo inviabiliza o registro dos sinais de baixo nível, como emissões da Via Láctea. 

Montagem experimental do Radio JOVE em placas de circuito impresso distintas 

Após montar e testar com sucesso o receptor original do Radio JOVE, no padrão do manual de construção do KIT, com a placa de circuito impresso, a caixa de alumínio e os acessórios, foi iniciada a montagem do circuito numa versão experimental, com fins didáticos, com os distintos blocos que compõem o esquema elétrico do receptor separados em placas de circuito impresso específicas. Na montagem alternativa, cada bloco possui as conexões de alimentação e de entrada e saída dos sinais de radiofrequência ou de baixa frequência, conforme cada etapa do circuito. Os blocos são interligados e será possível realizar experimentos com o funcionamento do circuito, destacando as suas características.

No primeiro teste realizado, os blocos foram ligados um a um, em ordem inversa. Primeiro o Block 5, do amplificador de áudio. Por ser extremamente sensível, o circuito captou muitas interferências das emissoras locais de FM e TV.

Quando todos os blocos foram conectados, foi possível constatar que o receptor estava funcionando, apesar do sinal de FM interferente.

 

Com o Block 1 ligado, responsável por gerar o sinal de teste de 20 MHz, foi efetuado o ajuste da bobina L5, integrante do circuito de sintonia, com o varicap. O receptor captou o sinal de teste, perceptível pelo tom agudo do batimento de frequências.

A próxima etapa da montagem será adequar uma caixa metálica para blindagem dos sinais indesejáveis e o ajuste da sensibilidade e do ganho dos circuitos de amplificação.

 

 

 

 

Abaixo, o esquema de montagem das placas Block 1 a Block 5 na caixa metálica, com pontos de aterramento para propiciar maior blindagem contra interferências de RF. 

Montagem Caixa.png

Abaixo, foto da montagem dos diferentes blocos do receptor, em uma forma de alumínio adaptada para servir de suporte mecânico e de blindagem contra interferências eletromagnéticas.

Um dos maiores desafios dessa montagem é minimizar os ruídos indesejáveis e evitar que o receptor oscile, pois o ganho dos circuitos é muito elevado.

 

JOVE II 3.jpg

Nesta montagem experimental, o receptor em blocos é um desafio pois os fios interligando os blocos captam muitos ruídos e é essencial que as placas estejam aterradas à carcaça de alumínio.

 

Para o ajuste, do receptor, as etapas foram as seguintes:

1) Sintonia: Com o cursor do potenciômetro R7 na posição de 20 MHz, foi ajustado o núcleo de ferrite do indutor L5. O ajuste é feito até o receptor captar o sinal de teste de 20 MHz gerado no Block 1. É importante realizar uma varredura com o ajuste do indutor para, então, selecionar o sinal mais intenso. Depois da sintonia, L5 não deve ser mais ajustado.

2) Com uma carga padrão de 50 Ohm conectada à antena;

3) Interligar um das saídas de áudio à entrada de microfone/auxiliar do laptop. O computador está com o programa radio Sky Pipe, para análise dos níveis do sinal recebido.

4) Com uma chave de ajuste não metálica, ajustar os capacitores C2, C6 para o nível máximo.

 

5) Ajustar L4 para aumentar mais ainda o ganho do receptor.

 

6) As etapas de 4 e 5 podem ser repetidas cuidadosamente para não perder o ponto de maio ganho do receptor.

 

Acima, uma galeria com o receptor em processo de ajuste.

Numa das imagens, é possível verificar na tela do laptop como o nível do sinal recebido aumentou à medida em que o ajuste era realizado.

em outra imagem, destaque para a questão das interferências: sem a blindagem de papel alumínio, o nível de ruído é bem mais intenso. O ideal é que seja instalada uma tampa metálica, parafusada para evitar ruídos indesejáveis e maus contatos na blindagem.

Acima, um vídeo curto com a sintonia da portadora de teste de 20 MHz, marcada na etiqueta localizada no knob do potenciômetro.

Este receptor está em teste e em ajustes para tentativa de captar sinais do Sol (que está em período de pouca atividade).

<<NOVAS INFORMAÇÕES SERÃO ADICIONADAS À MEDIDA EM QUE MAIS TESTES SEJAM REALIZADOS.>>

Salvador - Bahia - Brazil

  • Facebook Clean Grey
  • Twitter Clean Grey
  • LinkedIn Clean Grey

© 2016 por Marcelo. Orgulhosamente criado com Wix.com

RADIO JOVE 4