ชุดรับสัญญาณความถี่วิทยุย่านความถี่ย่านแอลและเคของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ

32L K fig1 รูปจำลองRT

        เนื่องจากประเทศไทยกำลังจะมีการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 40 เมตร ซึ่งมีขนาดใหญ่ที่สุดในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ซึ่งจะสามารถใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้าทั้งในย่านความถี่วิทยุและย่านความถี่ไมโครเวฟ ทำให้สามารถบ่งบอก พฤติกรรม องค์ประกอบของธาตุ การแผ่สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจากดวงดาว รวมถึงแหล่งกับเนิดคลื่นวิทยุต่าง ๆ ในอวกาศ และด้วยคุณสมบัติของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่สามารถประมวลผล หาตำแหน่งของตัวเองได้อย่างแม่นยำ จากการสังเกตการณ์ที่มีวัตถุฟ้าที่เรียกว่า เควซาร์ ( Quasars ) เป็นวัตถุอ้างอิง ทำให้สามารถนำข้อมูลตำแหน่งนี้ ไปใช้ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกได้ 

        มากไปกว่านั้นกล้องโทรทรรศน์วิทยุยังสามารถทำงานร่วมกันกับกล้องฯ อื่นทั่วโลก ด้วยเทคนิค VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ซึ่งเป็นการทำงานของกล้องฯ 2 ตัวขึ้นไป เป็นเสมือนกล้องฯ ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับระยะห่างระหว่างของกล้องฯ กลุ่มนั้น ๆ ( Baseline ) ซึ่งผลที่ได้คือ ความสามารถในการแยกแยะวัตถุได้มากขึ้น หรือได้ผลลัพธ์ที่มีความละเอียด ( Resolution ) สูงขึ้นนั่นเอง

        อุปกรณ์หลักของกล้องโทรทรรศน์วิทยุคือระบบชุดรับสัญญาณหรือเซนเซอร์ ระบบรับสัญญาณคือหัวใจสำคัญในการสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์วิทยุในทุก ๆ เทคนิค   โดยเครื่องรับสัญญาณ (Receiver) จะมีลักษณะการรับแบบเซนเซอร์เดี่ยว ซึ่งสามารถรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าย่านความถี่วิทยุจนถึงย่านความถี่ไมโครเวฟ   สัญญาณช่วงความถี่ย่านนี้อาจถูกลดทอนด้วยชั้นบรรยากาศ แต่อย่างไรก็ตามสัญญาณที่ถูกลดทอนสามารถตรวจจับด้วยจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ ซึ่งทำหน้าที่รวบรวมสัญญาณไปยังจุดโฟกัส และใช้เทคโนโลยีขั้นสูงร่วมกับการออกแบบระบบออพติก (Optical System) ของกล้อง และการชดเชยข้อมูลที่ผิดเพี้ยน เพื่อช่วยในการตรวจจับสัญญาณ โดยเครื่องรับสัญญาณชุดแรดที่จะถูกติดตั้งให้แก่กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ คือชุดรับสัญญาณย่านความถี่แอล ( 1 - 1.8GHz ) และย่านเค ( 18 - 26.5GHz ) โดยความร่วมมือระหว่างสถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ ( MPIfR ) และสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ( องค์การมหาชน ) ( สดร. )    

       ระบบรับสัญญาณนี้ทำการออกแบบร่วมกับระบบกึ่งทรรศนะศาสตร์ของกล้องฯ เพื่อให้สามารถรับสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพมากสุด  โดยชุดรับสัญญาณจะถูกติดตั้งพร้อมกับการตั้งกล้องครั้งแรก เพื่อใช้ตรวจสอบประสิทธิภาพของกล้องเช่นการตรวจสอบการชี้ดาว ประสิทธิภาพการรับสัญญาณ หรือการตามดาว หลังจากนั้นชุดรับสัญญาณทั้งสองตัวจะถูกใช้ในการสังเกตการณ์เพื่องานวิจัยทางดาราศาสตร์วิทยุ และด้านอื่น ๆ ต่อไปได้

ชุดรับสัญญาณความถี่วิทยุย่านความถี่แอล

        ชุดรับสัญญาณความถี่ย่านแอลจะถูกติดตั้งที่ตำแหน่งโฟกัสจุดแรก (Primary Focus)  ซึ่งอยู่บริเวณตำแหน่ง Subreflector (M2)  สามารถใช้ศึกษาพัลซ่าร์ (Pulsars) สเปกตรัมของ Hydrogen และ OH เป็นต้น โดยคุณสมบัติของชุดรับสัญญาณแสดงดังตารางที่ 1

32L K tab1 คุณสมบัติL 32L K fig2 รูปจำลองL


ตารางที่ 1  คุณสมบติชุดรับสัญญาณความถี่ย่านแอล

        ชุดรับสัญญาณ ( รูปที่ 1 ) ประกอบด้วยภาครับสัญญาณส่วนหน้า ( Front-end ) ซึ่งมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า ฟีด ( Feed ) ทำหน้าที่รับสัญญาณแบบโพลาไรซ์เชิงเส้น ( Linear Polarization ) อันประกอบด้วยโพลาไรเซชันในแนวตั้งและแนวนนอน จากนั้นสัญญาณจะถูกแยกเป็นสองโพลาไรเซชัน โดยโพลาไรซ์ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า OMT   สัญญาณที่แยกออกในแต่ล่ะแนวแกนจะถูกขยายด้วยเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ ( Low Noise Amplifier , LNA ) มีค่ากำลังขยายสัญญาณประมาณ 33 dB ถูกออกแบบให้อยู่ในระบบสุญญากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า 20 K อยู่ใน Dewar โดยใช้ฮีเลียมในการหล่อเย็นเพื่อควบคุมสัญญาณรบกวน จากนั้นสัญญาณจะส่งไปยังวงจรขยายสัญญาณส่วนนอก มีค่ากำลังขยายสัญญาณโดยรวมประมาณ 100 dB ซึ่งประกอบด้วยเครื่องขยายสัญญาณ วงจรกรองความถี่ เพื่อควบคุมสัญญาณให้ผ่านตามช่วงที่ต้องการ วงจรลดทอนสัญญาณเพื่อควบคุมสัญญาณให้ได้ในระดับที่ต้องการ โดยมีระดับลดทอนสัญญาณอยู่ในช่วง 0.5-31.5 dB หลังจากนั้นสัญญาณจะถูกแปลงเป็นดิจิตอลส่งผ่านสายนำสัญญาณแบบไฟเบอร์ออพติก (Fibre-optics) เพื่อป้องกันการรบกวนจากสัญญาณภายนอกไปยังห้องประมวลผล หลังจากนั้นสัญญาณจะถูกแปลงกลับด้วยเครื่องขยายสัญญาณสู่ระดับ 12 bit   ซึ่งสามารถส่งไปบันทึกหรือวิเคราะห์ประมวลผลต่อไปได้

32L K fig3 diagram

  รูปที่ 1  บล็อกไดอะแกรมสำหรับชุดรับสัญญาณย่านความถี่แอล

ชุดรับสัญญาณความถี่วิทยุย่านความถี่เค

        ชุดรับสัญญาณย่านความถี่เค ถูกติดตั้งที่ตำแหน่งโฟกัสจุดที่สอง ( Secondary Focus ) ซึ่งอยู่ในห้องเครื่องรับสัญญาณ ( Receiver Room ) สามารถใช้ศึกษา VLBI สเปกตรัมของ H2O และ สเปกตรัมของ NH3 เป็นต้น โดยคุณสมบัติของชุดรับสัญญาณแสดงดังตารางที่ 2

32L K tab2 คุณสมบัติK  32L K fig4 รูปจำลองK 


        ชุดรับสัญญาณย่านความถี่เค ครอบคลุมความถี่ตั้งแต่ 18-26.5 GHz ประกอบด้วย Front-end ซึ่งมี Feed ทำหน้าที่รับสัญญาณแบบโพลาไรซ์เชิงวงกลม (Circular Polarization) จากนั้นสัญญาณจะถูกแยกเป็นสองโพลาไรเซชัน คือโพลาไรเซชันด้านซ้ายและขวาด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า OMT สัญญาณที่แยกออกในแต่ล่ะแนวแกนจะถูกขยายด้วยเครื่อง LNA มีค่ากำลังขยายสัญญาณประมาณ 33 dB ซึ่งออกแบบอยู่ในระบบสุญญากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า 25 K จากนั้นสัญญาณจะถูกแปลงความถี่ลงมาที่ความถี่ต่ำ และถูกขยายด้วยภาคขยายสัญญาณ แล้วจึง ถูกแปลงเป็นดิจิตอลส่งผ่านสาย Fibre-optics ไปยังภาคประมวลผลต่อไป