Optical design of S-band multifeed for the Sardinia Radio Telescope primary focus

We present the optical design of an S-band seven feed cryogenic radio astronomy receiver for illuminating the 64-m diameter Sardinia Radio Telescope (SRT) dish from the primary focus. The feeds are arranged in a compact hexagonal configuration with a central one and are cryogenically cooled at 20 K inside a cryostat. Each feed accepts two linear polarizations and use a circular waveguide with a single outer corrugated section to achieve a nearly constant beamwidth and low cross polarization across the 3.0-4.5 GHz band. The simulated radiation pattern of the SRT telescope is obtained by coupling the array of feed-horn beam patterns (optimized with the electromagnetic software CST) with the 64-m parabolic dish (through a physical optics analysis carried out with GRASP). We compare the simulated beam pattern of an isolated feed with those of the same feed embedded in the dense array and analyze the effects of an absorber located inside the cryostat around the cryogenic feeds. We found that the absorber improves the overall system performance by decreasing the cross-coupling effects between the feeds while adding negligible noise to the system

Classificazione delle Modulazioni Radio tramite Deep Learning per applicazioni radioastronomiche

Nel presente report viene illustrato un progetto di ricerca per il rilevamento e la classificazione delle Radio Frequency Interference (RFI) utilizzando algoritmi di machine learning con l’obiettivo di sviluppare un sistema automatizzato in grado di identificare e analizzare segnali indesiderati in modo rapido ed efficiente. La classificazione accurata delle RFI è fondamentale per mitigare le interferenze durante le osservazioni scientifiche con il Sardinia Radio Telescope (SRT). Nel corso del progetto, sono stati raccolti dati relativi alle interferenze RFI in parte da dataset online e in parte utilizzando strumenti di acquisizione. Sono state esplorate diverse architetture di reti neurali e ne sono state valutate le performance utilizzando misure come l’accuratezza, la perdita (loss) e la matrice di confusione. Sono state utilizzate anche apparecchiature hardware ad alta fedeltà per confrontare e valutare le prestazioni dei modelli di intelligenza artificiale sviluppati. Questo confronto è stato fondamentale per garantire l’accuratezza dei modelli e consentire una valutazione comparativa con gli strumenti hardware considerati come punto di riferimento

Studio preliminare per la progettazione di un sistema RADAR per la rilevazione degli APR nell’ambito del progetto cluster top-down RADARDRONE

Lo scopo di questo rapporto interno è di illustrare lo studio preliminare effettuato nel biennio 2019-2020 per la progettazione di un sistema RADAR per la rilevazione degli APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto) nell’ambito del progetto RADARDRONE. RADARDRONE è la denominazione di un progetto cluster top down che intende mettere a sistema le competenze, conoscenze ed esperienze nel campo della Ricerca Tecnologica possedute dall’OAC (Osservatorio Astronomico di Cagliari), dal DIEE (Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica) dell’Università degli Studi di Cagliari e dalla compagine di aziende ed organizzazioni altamente innovative facenti parte del cluster

Sardinia aperture array demonstrator: measurement campaigns of radio frequency interferences

Measurement campaigns of radio frequency interferences (RFIs) represent a fundamental aspect to optimize data collected by radio astronomical observations. In order to monitor the state of unwanted man-made signals, every radio telescope needs to have a radio frequency map in the frequencies range of its receivers. The Sardinia Aperture Array Demonstrator (SAD) is an Italian aperture array demonstrator composed of prototypical Vivaldi antennas designed to work at frequencies below 500 MHz. The antennas are located at the Sardinia Radio Telescope (SRT) site and they are arranged with a versatile approach that is able to provide different array configurations. In this paper, we present the results of measurement campaigns conducted with the SAD antennas at the SRT observing site with the aim to monitor the evolution of RFI scenario from 2016 to date. The signal acquisition chain and the software tool used for RFI detection are, also, presented

GAIA,Progettazione, realizzazione e caratterizzazione della GAIA Board

GAIA,Progettazione, realizzazione e caratterizzazione della GAIA Board. In questo report viene illustrata la GAIA board implementata per fornire e monitorare il BIAS degli LNA (Low Noise Amplifier) installati nei ricevitore radioastronomici

Upgrading of the L-P band cryogenic receiver of the Sardinia Radio Telescope: A feasibility study

The Sardinia Radio Telescope is a quasi-Gregorian system with a shaped 64 m diameter primary reflector and a 7.9 m diameter secondary reflector. It was designed to operate with high efficiency across the 0.3–116 GHz frequency range. The telescope is equipped with a cryogenic coaxial dual-frequency L-P band receiver, which covers a portion of the P-band (305–410 MHz) and the L-band (1300–1800 MHz). Although this receiver has been used for years in its original design, with satisfactory results, it presents some parts that could be upgraded in order to improve the performances of the system. With the passing of time and with technology advances, the presence of unwanted human-made signals in the area around the telescope, known as radio frequency interferences, has grown exponentially. In addition, the technology of the receiver electronic control system became obsolete and it could be replaced with next-generation electronic boards, which offer better performances both service reliability and low generation of unwanted radio frequency signals. In this paper, a feasibility study for improving the L-P band receiver is discussed, taking into account the mitigation of the main radio frequency interferences. With this study, it is possible to have a sensitive instrument that can be used for scientific research at low frequencies (P- and L-bands), which are usually populated by signals from civil and military mobile communications, TV broadcasting and remote sensing applications

Progettazione e realizzazione di due unità RADAR modulari per il rilevamento di Aeromobili a Pilotaggio Remoto (APR) nell’ambito del progetto cluster Top-Down RADARDRONE.

Lo scopo di questo rapporto interno è quello di descrivere la progettazione e la realizzazione di due prototipi di unità radar volti al rilevamento degli APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto), realizzati nell’ambito del progetto cluster top-down RADARDRONE e la successiva attività sperimentale condotta. RADARDRONE è la denominazione di un progetto cluster top-down che mette a sistema le competenze ed esperienze nel campo della ricerca tecnologica possedute dall’OAC (Osservatorio Astronomico di Cagliari), dal DIEE (Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica) dell’Università degli Studi di Cagliari e dalla compagine di aziende ed organizzazioni altamente innovative facenti parte del cluster. L’obiettivo principale del progetto è lo sviluppo di piccoli RADAR modulari, facilmente installabili, per il monitoraggio e la sicurezza delle aree critiche (per esempio aeroporti, porti, stadi di calcio, zone dove si svolgono grandi assembramenti di persone) o obiettivi sensibili al fine di fronteggiare eventuali intrusioni non autorizzate

Adaptation of an IRAM W-Band SIS Receiver to the INAF Sardinia Radio Telescope: A Feasibility Study and Preliminary Tests

Radio telescopes are used by astronomers to observe the naturally occurring radio waves generated by planets, interstellar molecular clouds, galaxies, and other cosmic objects. These telescopes are equipped with radio receivers that cover a portion of the radio frequency (RF) and millimetre-wave spectra. The Sardinia Radio Telescope (SRT) is an Italian instrument designed to operate between 300 MHz and 116 GHz. Currently, the SRT maximum observational frequency is 26.5 GHz. A feasibility study and preliminary tests were performed with the goal of equipping the SRT with a W-band (84–116 GHz) mono-feed radio receiver, whose results are presented in this paper. In particular, we describe the adaptation to the SRT of an 84–116 GHz cryogenic receiver developed by the Institute de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) for the Plateau de Bure Interferometer (PdBI) antennas. The receiver was upgraded by INAF with a new electronic control system for the remote control from the SRT control room, with a new local oscillator (LO), and with a new refrigeration system. Our feasibility study includes the design of new receiver optics. The single side band (SSB) receiver noise temperature measured in the laboratory, Trec ≈ 66 K at 86 GHz, is considered sufficiently low to carry out the characterisation of the SRT active surface and metrology system in the 3 mm band

Progettazione, realizzazione e caratterizzazione della catena ricevente per il sistema SADino precursore del Sardinia Aperture Array Demonstrator (SAAD)

Il presente rapporto tecnico riassume la progettazione, realizzazione e caratterizzazione della catena di componenti a microonde e a radio frequenza per l’acquisizione del segnale del sistema SADino, precursore del Sardinia Aperture Array Demonstrator (SAAD). Il progetto SAAD prevede la realizzazione di un aperture array composto da 128 antenne Vivaldi a doppia polarizzazione lineare [1-7], installate al sito del Sardinia Radio Telescope (SRT), ciascuna delle quali verrà collegata alla sua catena dedicata di componenti a microonde per l’acquisizione del segnale, che permette di trasportare il segnale analogico rilevato in radio frequenza dall’antenna fino al back-end digitale. Con l’obiettivo di eseguire velocemente i primi test, inizialmente si è deciso di implementare parzialmente l’array SAAD. L’implementazione parziale del sistema SAAD prende appunto il nome di SADino, che prevede la realizzazione di un mini-array di 16 elementi a doppia polarizzazione, con il quale è possibile effettuare le prime osservazioni e i primi test di beam-forming con il back-end digitale dedicato basato sulle schede Italian Tile Processing Module (iTPM) [8]. Con SADino sono state scelte solo 16 antenne (a doppia polarizzazione) dell’intero array SAAD da 128 elementi, disposte in maniera casuale, poiché il back-end digitale iTPM è dotato di soli 32 ingressi. La catena ricevente (una per ogni canale di polarizzazione di ciascuna antenna Vivaldi) è stata progettata basandosi sui risultati di una campagna di misure, effettuata nell’estate del 2020, utile a valutare la presenza in banda di segnali interferenti generati dall’uomo e indesiderati per le attività di ricerca radioastronomica, noti come radio frequency interference (RFI) [6]. Per l’esecuzione di tale campagna di misure, si è utilizzata una delle antenne Vivaldi del SAAD, equipaggiandola con una catena di acquisizione del segnale che ha fatto da precursore (almeno per quanto riguarda la valutazione degli stadi di amplificazione) alla versione finale di catena ricevente da utilizzare sul sistema SADino, precursore dell’intero SAAD. L’obiettivo di questa campagna di misure RFI è stato quello di selezionare una banda di frequenze il più possibile libera da segnali indesiderati e contenuta ovviamente all’interno della banda di lavoro delle antenne che costituiscono l’array. Le antenne Vivaldi del SAAD sono state progettate per lavorare con buona efficienza in un range di frequenze che va da 50 MHz a 500 MHz [4], mentre i componenti a microonde che costituiscono la catena di acquisizione del segnale sono ottimizzati per lavorare nel range di frequenze selezionato in base ai risultati delle misure RFI e all’interno del quale poi opererà il telescopio. In questo rapporto interno vengono presentati i risultati della campagna di misure RFI preliminare, illustrando la catena ricevente utilizzata per queste misure (vedi Sezione 2). Nella Sezione 3 viene descritta la progettazione, realizzazione e caratterizzazione della catena di componenti a microonde per ciascuna antenna del sistema SADino. Nella Sezione 4 viene descritto il sistema di alimentazione che permette di alimentare i componenti attivi inseriti all’interno della catena ricevente e, infine, nella Sezione 5 si riportano le considerazioni conclusive sul lavoro svolto