如何用最低成本制作一台射电望远镜

  在我们业余天文爱好者里面，我想几乎99.99的爱好者都是星野，深空，目视党甚至玩理论的。但是这50年左右的时间，近代天文观测进入了黄金时代得益于射电天文的新兴观测手段。而我们明显和周边地区和国家有一定的差距。如何花最少的钱做到最基本的射电天文观测呢？下面的我的分享。

  在做射电望远镜之前，我们要先了解这是什么东西。射电范围比较广属于微波中的（厘米，分米和米波），光属于奈米波，同属电磁波因此有着很多的相似之处和共同的属性。外星不知道，在地球有几种简单的射电入门方案，下面简单总结一下。第五个是我要安利给大家的


  1.流星余迹反射，这应该是最简单的工具了，网上也有很多相关资料。最早应该是武昌的一个小学老师（应该是爱好者）用收音机调到合适的频率收到过信号。目前在正常运行的设备中，南十字星会他们做的流星监控配有这套无线电的流星余迹反射系统应该是最有效的。不过是合适的反射源很难找，既要有合适距离也要有适合的强度和角度，最重要的是无法确定发射源是否准确。
  2.VLF Solar Radio，顾名思义是工作在VLF波段的天线接收来自太阳的信号。但是因为低频受地球电离层的影响有点大，效率也很低不适合直接的观测。
  3.Radio Jove,这个nasa的老项目非常经典并且可以买到成品，HK的爱好者在05年的时候买过2套回来测试发现不行呐。我不信，后来我们也弄了1套回来试一下，果然因为这频道内ham和一些不好的信号太多而且太强了。在国内沿海地区无法有效的接受到信号。估计要深入内陆起码500公里左右，之前我们在秦岭做过测试，貌似效果ok但是没时间去长期验证。
  4.CMB温度测量，哈佛有套本科生项目。拿油桶作为天线，通过常温，加水，加液氮在油桶上方等等不同手段对比测出一组对比的数据。（成本最低应该就是这个了，但是花1天而且要3个人分开操作记录数据。数据处理效果很差仅仅能看出对比的区别，将来试下换个3m以上大喇叭试下)。对这个有兴趣的私聊我可以发参数一起玩玩。



  5.氢谱线检测，我们所在的银河内有大量的氢发射源，为我们射电观测提供了方便。MIT在差不多20年前搞了套小型射电望远镜当时卖大概3万多人民币。得益于科学的进步如今我们可以用20分之1价格做一套性能接近1420MHz射电望远镜。下面的教程



至少要做到这个尺寸才能达到最低标准效果，这玩意我们叫他抽油烟机

首先我们做一个喇叭形状的天线（别问我为啥不买抛物面天线，因为这是低成本制作方案）喇叭天线作用顾名思义，就是为了收集大气中1420MHz的信号到最上面那个方形的位置。具体尺寸参数留言邮箱给我，我会给你们发尺寸，建议至少用2mm厚度的铝板，太薄容易变形。我们用3mm的粗暴丢都没变形，自行考虑吧，2mm厚度做一套大概300多，厚1mm就贵多200。



这是一台网分，国产的（因为穷只买得起国产）。

方形腔体里面是一根振子，如何判断你的天线是否工作呢？有很多参数，目的就是要天线谐振在需要的工作频率上（欢迎高手私聊一起探讨，这里我就不把什么增益啊那些详细讲毕竟是入门教程，有兴趣自行百度）。因为不是所有人都有网分，因此我们测试过很多次，只要在符合尺寸的情况下定做出来的腔体是可以保证谐振的。因此不需要额外租借或者购买标量仪器。



由于我比较懒我就不画原理图了。拿18年的一张测试图给大家看看讲一下。以下所有设备某宝都有卖，喇叭之后SMA公头（接头买好点的30块以下的别买）出来，接上MINI的放大和滤波，放大器找包含了1420频率在内的就好了，当然工作频率越窄效果越好但是越贵（放大器要供电，是4V要自己做个USB接头降压输入）。滤波器也买mini的无源滤波也是越窄越好，因为是无源的所以不分正反。第一级放大滤波成本大概800吧。然后再接一级放大至少要40db的放大（也要供电），后面再接个LC滤波。第二级放大滤波成本大概不到300 。这2级必不可少并且是最低性能要求，再便宜就没信号了。中间的转接头和跳线尽量买好的，镀银线必不可少（有证据表明差的线跳1次信号衰减0.04db左右，但还是可以看到信号）供电建议二级放大都用电池供电，如果条件有限买USB一分N头也可以（只是底噪会增加0.2db，但还是可以看到信号）。接收机用RTL-SDR（传说中的电视棒），性能差但是开源啊，而且便宜啊，100块不到就有了，不能要求太多。

来看看信号


电视棒有个不好的地方就是积分后频谱两头和中间高，频谱不够平滑（这是接收机本身的缺陷）。我们可以看到中间右边个大峰之间有个小凸起，那个就是氢谱线，我们下面放大看看。



由于频谱不够平滑，所以看起来有点斜，不过不影响，只要是有信号就能看到。

软件这里用的是SDR-SHARP作为程序和积分，输出的数据通过python来处理得到的频谱图。网上都有免费下载。整套下来设备除了电脑，只要1700就可以拥有一台简单的入门射电望远镜。



进阶篇




这张图是AIRSPY在同样设备下得到的数据，信噪比明显比RTL好

  如果大家有条件的话可以买airspy这款接收机代替RTL-SDR因为频谱比较平滑而且灵敏度高。（缺点是美国货发货要很久而且需要自己改一下射频前端）。
  如果时间充足，做一次全天的扫描还可以发现中性氢的频移。在加上赤道仪或者旋转器之后甚至可以对特定天区进行成像（1420MHz除了对中性氢能成像之外还能对连续谱的太阳和月亮成像）。




  另外在放大滤波上有几家大厂有针对射电天文出的一些低噪声配件，当然价格都是四五位数。滤波有条件可以做腔体滤波，国内很多厂子可以定做。吧整套系统集成在一个盒子里也能有效降低噪声。当然和光学观测一样，城市的干扰也是非常大的，来自LED，电瓶车充电等等的干扰对射电天文观测影响非常大，甚至一些偏远地方的当你以为远离人烟，但是一些风车，不及格的供电设备，老化的电线电缆都在无时无刻的对外辐射着干扰。

下图是同样设备在市区一个电磁环境很恶劣的情况下测到的

谢谢信息分享，学习一下。

图文并茂的技术贴，必须要赞

能用卫星锅改装吗

liuzpxa 发表于 2019-7-28 21:37
能用卫星锅改装吗

改肯定可以改，但是如果从成本角度出发的话，改装要做仿真还要根据你天线去匹配你的馈源，总的来说不划算。因为天馈系统并不是你拿个谐振的馈源放上锅的焦点就一定能工作。很可能出现馈源本来是谐振的，但是在抛物面上面就不谐振的情况甚至还可能更差都有可能。想法很好但是真的不现实，因为我们以前也这样做过。

故障

故障

厉害啊，怎么把射电信息转化为星星图

liuzpxa 发表于 2019-7-28 21:37
能用卫星锅改装吗

天馈系统是天线和馈源互相配合的组合，如果本身谐振的馈源放在抛物面上有可能就马上不谐振了，甚至有可能会有反效果，因为这是一整套系统互相影响的。所以改装肯定可以改装的世上无难事只要夹硬黎对不？硬改就需要做一次仿真，然后根据结果去改良的你馈源谐振的方法和对焦的结构等等。

KKKVVV 发表于 2019-7-29 08:39
厉害啊，怎么把射电信息转化为星星图

成像的话先建立个目标天区的点阵模型例如10*10的位置范围，然后通过对每个点单独取样最后通过热力图或者强度图形式输出，专业的不知道怎么做，我们暂时只能这样去对天区进行扫描成像