สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ที่มา
การศึกษาด้านดาราศาสตร์สามารถศึกษาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ในหลากหลายย่านความถี่ โดยช่วงคลื่นหนึ่งที่สำคัญได้แก่ช่วงคลื่นวิทยุ จึงทำให้เกิดการพัฒนาอุปกรณ์รับสัญญาณด้านดาราศาสตร์วิทยุขึ้น โมดูลหนึ่งที่สำคัญของอุปกรณ์รับสัญญาณดาราศาสตร์วิทยุได้แก่ ระบบรับสัญญาณส่วนแรกภายใต้ระบบความเย็นยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 25K เพื่อลดสัญญาณรบกวนจากภายนอก และลดสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดจากอุปกรณ์รับสัญญาณต่างๆ ที่ติดตั้งอยู่ภายในระบบ ระบบรับสัญญาณส่วนแรกนี้จึงมีความเซนซิทีฟสูงซึ่งทำให้สามารถรับสัญญาณจากวัตถุทางดาราศาสตร์ที่มีกำลังสัญญาณน้อยมากจากการเดินทางจากเเหล่งกำเนิดที่มีระยะไกลหลายล้านปีแสงมายังพื้นโลก
การออกแบบพัฒนาอุปกรณ์เหล่านี้ช่วยสนับสนุนให้เกิดการค้นคว้าวิจัยทางด้านดาราศาสตร์ในไทย และยังเป็นการพัฒนาขีดความสามารถของวิศวกรด้านการออกแบบเทคโนโลยีขั้นสูงในหลากหลายสาขาให้ทัดเทียมกับนานาชาติ

วัตถุประสงค์
เพื่อออกแบบและสร้างอุปกรณ์รับสัญญาณทางด้านดาราศาสตร์สำหรับติดตั้งภายในระบบรับสัญญาณส่วนแรกภายใต้ระบบทำความเย็นยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 25K

ลักษณะเฉพาะของผลงาน
Module Prototype สำหรับระบบทำความเย็นยิ่งยวด (Cryogenic System) ประกอบไปด้วย

ตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมด (OMT): เป็นวงจรสำหรับแยกโพลาไรเซชัน ทำหน้าที่แยกโพลาไรเซชันแบบ Right Hand Circular และ Left Hand Circular ออกจากกัน เนื่องจากสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากแหล่งกำเนิดในอวกาศจะมาในรูปของโพลาไรเซชัน 2 องค์ประกอบที่ตั้งฉากกัน อุปกรณ์ชุดนี้จะทำหน้าที่แยก 2 องค์ประกอบนี้ออกจากกันเพื่อนำไปวิเคราะห์สัญญาณ ลักษณะของอุปกรณ์เป็นวงจรแบบ 3 พอร์ต พอร์ตที่หนึ่งเป็น สัญญาณขาเข้า ส่วนพอร์ตที่สองและพอร์ตที่สามเป็นสัญญาณขาออกที่ถูกแยกออกเป็นแต่ละโพลาไรเซชัน
วงจรเลื่อนเฟส (Phase Shifter): ทำหน้าที่เลื่อนเฟสของสัญญาณให้ได้เท่ากับ 90 องศา เนื่องจากผลต่างของเฟสในแต่โพลาไลเซชันแบบ Right Hand Circular และ Left Hand Circular มีค่าต่างกัน 90 องศา ทำให้ต้องมีวงจรเลื่อนเฟส เพื่อให้เฟสของสัญญาณวิทยุที่ได้มีค่าเท่ากัน
วงจรกรองสัญญาณผ่านแถบ: ทำหน้าที่กรองสัญญาณให้ได้ความถี่ช่วงที่ต้องการ โดยอุปกรณ์ชิ้นนี้เป็นวงจรกรองแบบ Iris สามารถกรองความถี่ให้ผ่านในย่าน 33 - 50 GHz สำหรับตัวรับสัญญาณย่าน Q ที่ NARIT กำลังพัฒนาขึ้นในอนาคต
ชุดประกอบฟีดฮอร์นรับสัญญาณ: เป็นชุดประกอบสำหรับความถี่ 33 - 50 GHz สำหรับตัวรับสัญญาณย่าน Q ประกอบไปด้วยฟีดฮอนซึ่งเป็นอุปกรณ์พาสซีฟส่วนหน้าสุดทำหน้าที่เป็นช่องเปิดรับสัญญาณ ประกอบเข้ากับ Circular to regtangular adapter วงจรเลื่อนเฟส ตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมด และวงจรกรองสัญญาณผ่านแถบ เพื่อให้รับสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
Circular to Regtangular adapter: ทำหน้าที่แปลง circular wave guide จาก Feed Horn ไปยังตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมดที่มีลักษณะเป็น rectangular wave guide
วงจรผสมสัญญาณ (SIS Mixer): เป็นอุปกรณ์สำคัญในการใช้ลดความถี่สูงของคลื่นวิทยุให้มีความถี่ที่ต่ำลง และสามารถนำความถี่ที่ต่ำลงนั้นไปประมวลผลเพื่อให้นักดาราศาสตร์วิทยุสามารถนำข้อมูลไปศึกษาวิจัยต่อไปได้ โดย Mixer ชิ้นนี้เป็นชนิด single SIS mixer สำหรับความถี่ 220 GHz ทำงานที่อุณหภูมิ 4K โดยเป็นความร่วมมือร่วมกับสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) มหาวิทยาลัยมหิดล และ กลุ่มงานวิจัย Terahertz ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัย Oxford สหราชอาณาจักร


ตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมด (OMT)	วงจรเลื่อนเฟส (Phase Shifter)	วงจรกรองสัญญาณผ่านแถบ


ชุดประกอบฟีดฮอร์นรับสัญญาณ	Circular to Regtangular adapter	วงจรผสมสัญญาณ (SIS Mixer)

บริบทในท้องตลาด
ในปัจจุบันระบบรับสัญญาณทางด้านดาราศาสตร์วิทยุมีจุดประสงค์ในการพัฒนาเพื่อศึกษาวิจัยทางด้านดาราศาสตร์
ในหลายพื้นที่ทั่วโลก ภายในระบบรับสัญญาณแต่ละโมดูลประกอบด้วยอุปกรณ์หลากหลายชิ้น ตัวอย่างเช่น วงจรกรองสัญญาณ ฟีดฮอร์นสำหรับรับสัญญาณ วงจรขยายสัญญาณ วงจรแยกสัญญาณ เป็นต้น ผู้จำหน่ายหลักเป็นผู้จำหน่ายจากต่างประเทศ

มูลค่าปัจจุบันในท้องตลาด
มูลค่าของอุปกรณ์ที่ประกอบเป็นชุดรับสัญญาณวิทยุนั้นมีมูลค่าแตกต่างกันไป เช่น วงจรกรองสัญญาณในย่านความถี่ Q-band (33-50 GHz) มีมูลค่าประมาณชิ้นละ 80,000 บาท และตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมด (Orthomode Transducer) มีมูลค่าประมาณชิ้นละ 75,000 บาท เป็นต้น ไม่รวมภาษีนำเข้าและค่าขนส่ง

ราคาต้นทุน
NARIT มีบุคลากรและเครื่องมีเพียงพอที่จะสามารถขึ้นรูปวงจรกรองสัญญาณ และตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมดของย่านความถี่ Q-band ได้เอง ซึ่งต้นทุนของวงจรกรองสัญญาณอยู่ที่ 80,000 บาท และต้นทุนของตัวแปลงสัญญาณออร์โธโมดอยู่ที่ 75,000 บาท

การต่อยอดนวัตกรรม/ขยายผลเชิงพาณิชย์ และภาคอุตสาหกรรม
องค์ความรู้ในการพัฒนาอุปกรณ์สำหรับย่านความถี่วิทยุสามารถนำไปประยุกต์ได้หลายหลายแบบ เช่น การสร้างอุปกรณ์รับและส่งสัญญาณสำหรับการสื่อสารผ่านอินเทอร์เน็ตไวไฟหรือการติดต่อผ่านสัญญาณโทรศัพท์ การสร้างเรดาร์เพื่อตรวจจับวัตถุที่ไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรงด้วยตา การสร้างเรดาร์ตรวจวัดสภาพอากาศ การสื่อสารผ่านดาวเทียม การใช้เทคนิค VLBI ในการศึกษาการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกทางภูมิศาสตร์ที่มีความแม่นยำสูงในระดับมิลลิเมตร เป็นต้น

ทีมพัฒนาผลงาน

นายอภิชาต เหล็กงาม ผู้จัดการศูนย์ปฏิบัติการหอดูดาวและวิศวกรรมอาวุโส
นายแดน สิงห์วงค์ วิศวกรวิจัย
นายทรงกลด ปัญญาวารินทร์ วิศวกรวิจัย
นายกมร บัณฑุเดช วิศวกรวิจัย
นายทีปต์ ไชยรินทร์ บอม วิศวกร
Mr. Spiro Sarris แจ็ค วิศวกร
นายอรรถพล บุญวงษ์ วิศวกร
นายณัฐพงษ์ ดวงฤทธิ์ วิศวกร
นายทศวรรษ ไชยชะนะ วิศวกร
นายอดิเรก เอกวรรณ์ วิศวกร
นายภาธร สถาพรวจนา วิศวกร
นายวรากร น้อยสะปุ๋ง วิศวกร
นางสาวณภัทร ยาวิเลิง วิศวกร
นายณัฐวุฒิ ไชยวงค์วรรณ วิศวกร
นายพิเชษฐ์ ปาคำ วิศวกร
นางสาวชญานินท์ หล้าแก้ว วิศวกร
นายเศรษฐศักย์ แนวจันทร์ วิศวกร
นางสาววิจิตรา โปธาคำ วิศวกร
นายภานุพันธ์ ดุมคำ วิศวกร

ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม:
ศูนย์วิศวกรรมเทคโนโลยีดาราศาสตร์วิทยุ
สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
โทร. 053 121 268 ต่อ 804