Radio Astronomie Amateur comment débuter Jean Marie Polard [F5VLB - 2016] Ver 0.1a Remerciements à Jean Pierre Palancade F1OI et Jean Louis Rault F6AGR pour leur lecture du document et leurs précieux conseils et corrections. F5VLB – 2016 Radio Astronomie Amateur … comment débuter Table des matières Au commencement...............................................................................................................................................5 Les débuts, en bref......................................................................................................................................5 Pourquoi ce syllabus ?.................................................................................................................................5 Mes débuts .................................................................................................................................................6 Sources de Radio Émission...............................................................................................................................8 Le matériel.............................................................................................................................................................8 L'antenne..........................................................................................................................................................8 Sa taille, sa forme........................................................................................................................................8 Le gain.......................................................................................................................................................13 L'angle d'ouverture à -3dB (HPBW)...........................................................................................................13 La source....................................................................................................................................................14 La motorisation..........................................................................................................................................14 Sa position......................................................................................................................................................17 Un interféromètre..........................................................................................................................................19 Le LNA-LNB..........................................................................................................................................................20 LNA.................................................................................................................................................................20 LNB-LNC..........................................................................................................................................................21 De quoi se compose un LNB/LNC ?............................................................................................................22 Un LNBF.....................................................................................................................................................23 Quel LNB choisir ?......................................................................................................................................25 La détection.........................................................................................................................................................31 Le satfinder.....................................................................................................................................................31 La sonde RF.....................................................................................................................................................35 La digitalisation....................................................................................................................................................38 L'interface Jim Sky..........................................................................................................................................38 Le module Arduino.........................................................................................................................................39 RAL10-kit........................................................................................................................................................41 L'enregistrement.................................................................................................................................................42 2 Radio Sky Pipe.................................................................................................................................................42 Les logiciels de prévision et d'analyse..................................................................................................................43 Le logiciel source planner...............................................................................................................................43 Le logiciel EME planner...................................................................................................................................44 Il donne la température du ciel de fond.........................................................................................................45 Radio Eye........................................................................................................................................................47 Radio Jupiter...................................................................................................................................................47 L'horloge sidérale gratuite de Jim Sky.............................................................................................................48 La mise à l'heure de notre PC.........................................................................................................................49 Sensibilité du système....................................................................................................................................50 Le dépouillement.................................................................................................................................................51 La vérification de l'angle d'ouverture........................................................................................................54 Calcul de la température de brillance à la fréquence de mesure..............................................................56 Vérification de la position du LNB et de l'alignement de l'antenne...........................................................56 Projets de radio-télescopes.................................................................................................................................57 Le Soleil...........................................................................................................................................................57 La Lune...........................................................................................................................................................58 Jupiter.............................................................................................................................................................59 Les autres planètes.........................................................................................................................................62 Les météores..................................................................................................................................................62 La voie lactée et la raie H²..............................................................................................................................66 Les radio-sources puissantes..........................................................................................................................67 Les HEP (high energy pulses)..........................................................................................................................68 Les pulsars......................................................................................................................................................68 Les VLF............................................................................................................................................................68 Une réalisation parmi d'autres............................................................................................................................70 Schéma de principe........................................................................................................................................70 Achat du matériel...........................................................................................................................................70 Le LNBF......................................................................................................................................................70 3 L'amplificateur...........................................................................................................................................70 Le sat finder...............................................................................................................................................70 L'alimentation............................................................................................................................................70 Le convertisseur analogique digital...........................................................................................................71 Le logiciel de traçage et d'enregistrement.................................................................................................71 Les raccordements..........................................................................................................................................72 Premiers essais..........................................................................................................................................72 Quelques liens pour continuer............................................................................................................................72 4 Au commencement... Les débuts, en bref Karl Jansky découvre en 1933 un signal radio avec une période de 23 heures 56 minutes, soit un jour sidéral, la période caractéristique du passage des étoiles fixes. C'est le premier signal radio d'origine extra-terrestre capté sur Terre. En 1937, Grote Reber, n'ayant pas réussi à se faire engager dans l'équipe de Jansky, construit un radiotélescope à ses propres frais pour explorer l'espace dans le domaine radio, en amateur. Après la Seconde Guerre mondiale, les recherches commencent sur une plus grande échelle avec du matériel militaire recyclé (radars). En France, à partir de 1947 Yves Rocard avec deux antennes d´origine allemande de 7,5 m de diamètre crée un service d´observation dirigé par Jean-François Denisse. En 1952 il obtient les moyens pour construire un plus grand observatoire la Station de radioastronomie de Nancay (Cher) avec 32 radiotélescopes alignés, inaugurée en 1956. Le 25 mars 1951, Harold Ewen et Edward Purcell détectent la raie 21 cm de l'hydrogène neutre dans la Voie lactée avec une antenne cornet. En 1963, Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson découvrent le rayonnement fossile du Big Bang prévu par George Gamow en essayant d'éliminer un bruit de fond dans leur équipement de transmission. En 1965 le fond diffus cosmologique est découvert ; Georges Lemaître l'avait prédit dans sa théorie de l'explosion primitive, dans son article (en français) adressé à Sir Eddington, le définit comme l'« éclat disparu de la formation des mondes », le reliant à la théorie de l'explosion primordiale; ce que Fred Hoyle, partisan de la théorie "stationnaire", avait caricaturé en désignant par ce vocable du big bang qui est devenu ainsi le symbole de la théorie de l'expansion de l'univers. La discipline de la radioastronomie prend un essor inégalé dans l'histoire de l'astronomie. En 1967, Jocelyn Bell Burnell détecte le premier pulsar, mais c'est son directeur de thèse, Antony Hewish, qui reçoit en 1974 le prix Nobel de physique pour son apport à la radioastronomie — ce qui déclenche une controverse. Source : Article Radioastronomie de Wikipédia en français Pourquoi ce syllabus ? Depuis que j'ai commencé à m'intéresser à la radio astronomie beaucoup de progrès ont été réalisés. Au début la difficulté d'avoir accès à l'information fut un handicap. Actuellement, avec internet et wikipédia, avec les modules disponibles à faible coût, n'importe qui, avec un peu de dextérité, peut réaliser un radio télescope et faire de belles expériences. Certes il existe des tas de livres, d'articles, de sources d'information. Ce syllabus essaie de regrouper tout ce que j'ai pu emmagasiner et vous faire partager un peu de mon expérience. N'hésitez pas à aller fouiner ailleurs pour le compléter et faire de votre station, une bonne station. Partagez vous aussi vos connaissances, vos essais, vos réussites et vos échecs. C'est ainsi qu'on progresse. Bonne lecture …. 5 Mes débuts ... Ma première station de radio astronomie en … 1971 et l'écoute du soleil et de Jupiter avec un poste de radio trafiqué. Pas d'ordinateur, d'enregistreur graphique, d'analyse de spectre … juste les oreilles et les yeux. En 1985 avec les premiers PC, mais avec des modules 'bricolés' avec des tuners de télévision. Autant dire qu'on recevait plus de bruit que de signal, mais je me contentais de suivre le soleil. 6 Les années 2000 et l'utilisation de la carte son comme interface entre la radio et le PC. Écoute des échos de météores. Des heures passées à fixer l'analyseur de spectre et à analyser les résultats. Avec la fin des TV analogiques, l'écoute des météores est devenue plus difficile jusqu'à la découverte du radar de Graves expliqué plus loin. 2014 …. 7 la parabole de 155cm qui va être doublée par une autre de 2,4m de chez RF-Hamdesign. Sources de Radio Émission • Corps noir (thermique) • Sources Continuum (non-thermique) • Sources de raies spectrales Le matériel L'antenne L'élément clef en RA est bien sûr l'antenne. Tout comme en optique, elle va être utilisée pour capter les rayon- nements. Donc sa taille, sa forme et sa position vont être déterminants pour réaliser de bonnes observations. Sa taille, sa forme Une antenne peut être réalisée soit avec un fil de cuivre tendu entre deux perches, une ou plusieurs antennes yagi (râteau), une parabole (offset ou prime focus), un cornet ... Ce qui va déterminer le type d'antenne que vous allez utiliser c'est la fréquence de l'onde radio ou du rayonnement sur lequel vous allez travailler. 8 Si vous travaillez entre 14 et 100MHz une antenne dipôle suffira. Tendre deux fils de cuivre entre deux perches ou deux points fixes et le tour est joué. Du fil de 1,5² ou 2,5² recouvert de plastic. Attache au point de fixation par du fil nylon de 1m de long par exemple, ne pas attacher les isolateurs directement au point d'accroche. Entre 18 et 24MHz, vous pourrez détecter les signaux émis par Jupiter. Voir plus bas. Si vous travaillez au dessus de 100MHz, pour écouter le soleil, les pulsars, les météores, une antenne yagi est conseillée. Ce genre d'antenne se trouve dans le commerce, en récupération ou peut se construire pour les plus adroits. Il faut la choisir en fonction de la fréquence que vous allez travailler. On peut monter plusieurs yagis l'une à côté de l'autre, l'une sur l'autre, éloignée les unes des autres (interféromètre). Au dessus de 900MHz, la parabole s'impose. Alors soit vous optez pour une petite parabole de type offset (identique à celle utilisée en télévision par satellite) achetée dans le commerce ou récupérée chez vous ou dans une déchetterie (on en trouve de belles dans les déchetteries, avec leur LNB et parfois la motorisation). Soit vous prendrez une prime focus pour les plus grands diamètres. Mais une chose est évidente au plus grand sera le diamètre au plus de signal vous pourrez capter. Ceci dit, avec une parabole offset de 60cm il y a déjà moyen de faire du beau travail, sur le soleil notamment. Si vous avez parabole offset, il va falloir éventuellement retrouver le point focal où installer le LNB. Jean Louis Rault F6AGR a mis en ligne une feuille de calcul qui pourra vous aider. Voir sur ce lien calculs de F6AGR 9 Et un exemple de calcul. Caractérisation d'une source de parabole offset Cette feuille de calcul permet, à partir de quelques mesures effectuées sur une parabole de récupération de caractéristiques inconnues, de déterminer la position de la source, son orientation, et d'estimer le gain de l'ensemble. Ces résultats sont théoriques, et les valeurs données sont à affiner avec des mesures menées en terrain dégagé à l'aide, par exemple, d'une balise émettrice fixe. 1. Mesurer la hauteur, la largeur et la profondeur maximale de la parabole et renseigner toutes les cases en bleu-vert Hauteur D = 1328 mm Largeur l = 1143 mm Profondeur C = 152,4 mm 2. Tous les résultats de calcul apparaissent en bleu 2.1 La parabole présente les caractéristiques suivantes: Distance focale f = 461,1 mm f/D équivalent = 0,55 2.2 La source doit être positionnée comme suit: d1 = 1137,6 mm d2 = 461,5 mm 10