Ep. 14 Holography Receiver อุปกรณ์รับสัญญาณตัวแรกของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ

14 01

 

NARIT มุ่งพัฒนาอุปกรณ์รับสัญญาณวิทยุในช่วงคลื่นต่าง ๆ สำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ เช่น ตัวรับสัญญาณช่วง L-Band (ความถี่ 1-1.8 GHz), C-Band (ความถี่ 4.55-13.65 GHz), K-Band (ความถี่ 18-26.5 GHz), Q-Band (ความถี่ 35-50 GHz) และ W-Band (ความถี่ 85-115 GHz) โดยทีมวิศวกรไทยร่วมกับสถาบันดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ชั้นนำใน เยอรมนี สเปน และจีน

ด้วยความสามารถของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติขนาด 40 เมตร ที่รองรับการใช้งานครอบคลุมความถี่ตั้งแต่ 0.3-115 GHz สามารถติดตั้งระบบรับสัญญาณได้หลายช่วงความถี่ เปรียบเสมือนกล้องถ่ายภาพที่สามารถบันทึกภาพได้ทุกสี  ทำให้ได้ข้อมูลที่สมบูรณ์และสามารถศึกษาลักษณะทางกายภาพของวัตถุท้องฟ้าที่ต้องการวิจัยในช่วงคลื่นวิทยุได้อย่างชัดเจน เช่น สเปกตรัมของดวงดาว การแผ่สนามแม่เหล็ก การศึกษาพัลซาร์ การปลดปล่อยพลังงานของดาว เป็นต้น

                      

นอกจากนี้ ยังสามารถเชื่อมต่อสัญญาณกับเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุอื่น ๆ ทั่วโลก ทำงานร่วมกันเป็นเครือข่ายการแทรกสอดระยะไกล (very long baseline interferometry) และปรับปรุงคุณภาพสัญญาณที่ได้รับให้ดียิ่งขึ้น เทคนิคดังกล่าวต้องอาศัยการก่อสร้างจานพาราโบลาที่มีขนาดใหญ่เพื่อรับสัญญาณ รวมถึงระบบขับเคลื่อนที่มีความแม่นยำสูง มีพื้นผิวที่เรียบมาก ตอบสนองต่อสัญญาณได้ดี และการใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนสูงมาก

 

จานรับสัญญาณกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ผิวจานทำจากแผ่นอลูมิเนียมขนาดเล็กประกอบกัน จำนวน 420 แผ่น  หลังติดตั้งแล้วต้องทดสอบประสิทธิภาพความสามารถในการรวมสัญญาณความถี่วิทยุของจานสะท้อนสัญญาณพาราโบลาตัวแรก โดยทั่วไปแล้วความสามารถในการรวมสัญญาณความถี่วิทยุจะสัมพันธ์โดยตรงกับความเรียบของพื้นผิวจาน เมื่อเริ่มแรกติดตั้งจะมีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 400 ไมโครเมตร (ซึ่งเพียงพอกับการสังเกตการณ์ในย่านความถี่ต่ำ (0.3-22 GHz) แต่หากต้องการสังเกตการณ์ในย่านความถี่ที่สูงขึ้น จำเป็นต้องปรับพื้นผิวของจานรับสัญญาณให้มีความเรียบมากขึ้น หรือมีค่าความคลาดเคลื่อนที่ลดลงนั่นเอง 

 

ดังนั้น ก่อนที่จะดำเนินการติดตั้งอุปกรณ์รับสัญญาณในหลายช่วงความถี่ จึงมีความจำเป็นที่จะต้องทดสอบประสิทธิภาพจานรับสัญญาณก่อนเป็นอันดับแรก และ #อุปกรณ์รับสัญญาณตัวแรกที่จะนำมาติดตั้งกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ คือ #อุปกรณ์รับสัญญาณโฮโลกราฟี (Holography Reciever) รับสัญญาณความถี่ย่านเคยู (Ku) ซึ่ง NARIT ได้ร่วมกับ หอดูดาวเยเบส ประเทศสเปน พัฒนาขึ้นสำหรับใช้ตรวจสอบความเรียบของพื้นผิวจานรับสัญญาณกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ โดยใช้เทคนิคโฮโลกราฟีตรวจเช็คสัญญาณตกกระทบพื้นผิวแต่ละตำแหน่งของจาน  


#โฮโลกราฟี เป็นเทคนิคทางมาตรวิทยาที่ใช้ตรวจสอบข้อผิดพลาดของพื้นผิวจานสะท้อนสัญญาณขนาดใหญ่ จากการวัดการแผ่รังสีด้วยเครื่องรับสัญญาณและแหล่งสัญญาณวิทยุจากดาวเทียม 

 

สำหรับวิธีการ คือ ติดตั้งเครื่องรับสัญญาณนำร่องจากดาวเทียมเป็นตัวอ้างอิงและทดสอบ และเลือกรับสัญญาณดาวเทียมที่ใช้งานในย่านความถี่เคยู ที่มีความถี่คลื่นวิทยุอยู่ในช่วง 10.7-12.75GHz ข้อมูลสัญญาณความถี่วิทยุที่รับได้จากดาวเทียมดวงเดียวกันสามารถนำมาคำนวณเปรียบเทียบแอมพลิจูดและเฟสของสัญญาณที่ต่างกัน จากนั้นนำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์เพื่อแสดงออกมาเป็นภาพสองมิติที่มีเฉดสี ซึ่งเฉดสีจะแสดงผลความเที่ยงตรงของพื้นผิวรูปทรงพาราโบลาของจานสะท้อนสัญญาณ สีเขียวในภาพ แสดงถึงส่วนของผิวจานที่มีประสิทธิภาพในการรับสัญญาณได้ดีที่สุด  

 

ทั้งนี้ หากผลตรวจวัดยังคงพบความแตกต่างทางด้านลบ (แสดงเฉดสีม่วงน้ำเงิน)  และด้านบวก (แสดงเฉดสีส้มแดง) จะต้องดำเนินการปรับตำแหน่งและต้องขันน๊อตที่จานแต่ละแผ่น  จากนั้นสแกนดูผลการตรวจวัดซ้ำหลาย ๆ ครั้งจนกว่าจะได้ผลเป็นที่น่าพอใจ 

 

ดังที่เห็นในภาพแสดงผลการใช้เทคโนโลยีโฮโลกราฟฟี (Holography) วัดความราบเรียบของจานรับสัญญาณ กล้องโทรทรรศน์วิทยุเยเบส ประเทศสเปน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร (ต้นแบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ) ซึ่งมีความละเอียดในหน่วยไมโครเมตร ใช้หลักการทดลองสแกนรับสัญญาณจากดาวเทียมที่ตำแหน่ง 45 องศา จากนั้นนำข้อมูลที่ได้มาเปรียบเทียบกับเครื่องรับสัญญาณอ้างอิง จะได้ค่าข้อมูลเปรียบเทียบความราบเรียบของผิวจานรับสัญญาณ  เริ่มต้นมีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 484 ไมโครเมตรดังภาพบน หลังจากปรับความราบเรียบแล้ว มีค่าความคลาดเคลื่อนลดลงดังภาพล่าง


ความเที่ยงตรงของพื้นผิวรูปทรงพาราโบลาของจานสะท้อนสัญญาณจะเป็นปัจจัยหลักที่บ่งบอกถึงประสิทธิภาพการใช้งานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุโดยรวม หากตรวจสอบประสิทธิภาพของจานรับสัญญาณเรียบร้อยแล้ว ก็ถือว่าสามารถเปิดใช้งานกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติ และพร้อมสำหรับติดตั้งอุปกรณ์รับสัญญาณในย่านความถี่อื่น ๆ ต่อไป

14 02




14 03