La protezione delle bande radioastronomiche

I radiotelescopi sono grandi antenne utilizzate per studiare l’emissione radio naturale di stelle, galassie, quasar ed altri oggetti astronomici, tra le lunghezze d'onda di circa 10 metri (30 megahertz [MHz]) ed 1 millimetro (300 gigahertz [GHz]). Grazie ad accordi internazionali ed alla normativa italiana, un certo numero di bande in questo campo di frequenze sono destinate alla ricerca radioastronomica: tali bande debbono essere mantenute prive di altre emissioni che, se presenti, renderebbero inutilizzabili i segnali acquisiti. A titolo esemplificativo, si evidenzia che la potenza spettrale ricevuta da una media sorgente celeste è tipicamente un milione di miliardi di volte (0,0000000000001%) inferiore di un segnale Radio FM.

Emissioni RF fino a 2.5GHz

I problemi legati alla presenza di interferenze-radio (RFI) si riscontrano maggiormente nelle bande di frequenza più basse (VHF ed UHF), dove sono presenti forti emissioni radiofoniche FM, televisive, telefoniche-cellulari, radar, ponti radio ecc. Solitamente tali emissioni vengono trasmesse con apparati di notevole potenza, mai privi di prodotti non essenziali (armoniche o spurie) che non di rado ricadono in una delle bande assegnate alla radioastronomia compromettendone l’utilizzo. Altre interferenze possono essere generate da apparati mal funzionanti o da trasmettitori non omologati per servizi abusivi che emettono indebitamente nelle bande radioastronomiche. Val la pena ricordare che anche sommando tutte le bande radioastronomiche, queste occupano meno del 2% dello spettro radio disponibile, tanto da non rappresentare una reale concorrenza rispetto all’utilizzo degli altri servizi di telecomunicazioni.

Presso la Stazione Radioastronomica di Medicina quotidianamente viene monitorata la presenza di interferenze nelle principali bande radioastronomiche, mediante il Centro per controllo RFI costituito da:

1) Sistema ricevente posto su una torre alta 25mt

Il gruppo antenne è completamente orientabile sul piano orizzontale (0-360°) e viene comandato remotamente dalla stanza di controllo sottostante. Sulla sommità della torre, a circa 25mt di altezza, sono installate 11 antenne (Log-periodic, Yagi, parabolica, alcune a singola ed altre a doppia polarizzazione), a cui fa immediatamente seguito un apposito box di selezione, filtraggio e pre-amplificazione del segnale radio ricevuto.

La copertura in frequenza del sistema ricevente attualmente permette il monitoraggio delle bande radioastronomiche comprese nell'intervallo 300MHz-12GHz.

Torre con particolare delle antenne

2) Laboratorio fisso per controllo RFI

Il segnale radio, dalla sommità della torre giunge nella stanza di controllo sottostante mediante appositi cavi coassiali a bassa perdita.

La strumentazione principale in dotazione a questo laboratorio è costituita da un Analizzatore di spettro ed un Ricevitore multimodo per telecomunicazioni. Con essi risulta possibile individuare le caratteristiche principali di un segnale interferente (tipologia, larghezza di banda, modulazione, duty-cycle, etc.), la sua direzione di provenienza ed in alcuni casi anche la sua identità. Questo requisito abbrevia di molto una qualsiasi pratica di segnalazione all’Ispettorato Territoriale - Dipartimento Comunicazioni, di competenza.

Sala di controllo

3) Laboratorio mobile per localizzazione sorgenti RFI

La Stazione radiostronomica di Medicina dispone anche di un laboratorio mobile per rilievi RFI, allestito su un furgone FIAT Ducato 14 2500 TDI, attrezzato con un sistema autonomo di alimentazione della strumentazione di bordo, costituito da alternatore – batterie - inverter 220Vac. Il laboratorio dispone inoltre di un palo telescopico innalzabile fino all’altezza di 11mt, ruotabile manualmente, a supporto delle antenne e del box di filtraggio ed amplificazione del segnale radio. L’antenna ricevente, che in relazione alla banda monitorata è di tipo Log-periodic o Horn, solitamente viene impiegata in polarizzazione lineare a 45° per captare contemporaneamente segnali Verticali ed Orizzontali, seppur con un’attenuazione di 3dB. La copertura in frequenza del sistema ricevente permette di effettuare rilievi nelle bande radio astronomiche comprese tra 300MHz e 18GHz e tra 18 e 40 GHz. Anche il laboratorio mobile dispone della strumentazione necessaria per analizzare l’emissione RFI e determinarne la direzione di provenienza, oltre ad un sistema cartografico GPS per triangolazione e localizzazione del segnale.

Unità mobile utilizzata dal Gruppo Interferenze e corredo strumentale

4) Accessori software

La pratica nella ricerca quotidiana delle interferenze ha evidenziato l’utilità sia di software commerciale che nello sviluppo di programmi ad hoc per semplificare varie operazioni.

Si cita per primo il programma (pathprofile) per la simulazione dell’attenuazione di una generica tratta radio in funzione del suo profilo verticale, desunta da mappe tridimensionali ad alta risoluzione.  Il suo utilizzo risulta particolarmente conveniente per analizzare i casi dubbi nelle richieste di coordinamenti con stazioni estere inoltrateci dal Ministero Sviluppo Economico.

Fra le varie routines sviluppate invece da noi, in ambiente LabView, ricordiamo in particolare alcuni programmi che permettono il controllo remoto dell’analizzzatore di spettro residente alla stazione fissa di Medicina ovvero di monitorare in tempo reale la permanenza dell’interferenza in esame (infatti se per un qualsiasi motivo non fosse piu’ presente, sarebbe solo uno spreco di tempo andarla a cercare con l’unita’ mobile…).

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