RADIO ASTRONOMY. Journal of the Society of Amateur Radio Astronomers March April March- April 2014 Radio Astronomy 1

RADIO ASTRONOMY Journal of the Society of Amateur Radio Astronomers March – April 2014       March- April 2014   Radio Astronomy   1   Radio...
Author: Cecily Joseph
32 downloads 3 Views 4MB Size
RADIO ASTRONOMY Journal of the Society of Amateur Radio Astronomers March – April 2014  

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

1

 

Radio Waves   

President’s Page  Editors’ Notes 

3  4 

    Bill Lord       SARA President  

 

  Melinda Lord       Editor  

 

Whitham D. Reeve        Contributing Editor  

 

Christian Monstein        Contributing Editor    Stan Nelson       Contributing Editor     Radio Astronomy is published  bimonthly as the official journal of the  Society of Amateur Radio Astronomers.  Duplication of uncopyrighted material  for educational purposes is permitted  but credit shall be given to SARA and to  the specific author. Copyrighted  materials may not be copied without  written permission from the copyright  owner.  

  Radio Astronomy is available for  download only by SARA members from  the SARA web site and may not be  posted anywhere else. 

  It is the mission of the Society of  Amateur Radio Astronomers (SARA) to:  Facilitate the flow of information  pertinent to the field of Radio As‐ tronomy among our members; Promote  members to mentor newcomers to our  hobby and share the excitement of radio  astronomy with other interested  persons and organizations; Promote  individual and multi station observing  programs; Encourage programs that  enhance the technical abilities of our  members to monitor cosmic radio  signals, as well as to share and analyze  such signals; Encourage educational  programs within SARA and educational  outreach initiatives. Founded in 1981,  the Society of Amateur Radio  Astronomers, Inc. is a membership  supported, non‐profit [501(c) (3)],  educational and scientific corporation. 

  Copyright © 2014 by the Society of  Amateur Radio Astronomers, Inc. All  rights reserved    On the Cover‐ Image credits: Mike Peel,  Jodrell Bank Centre for Astrophysics,  University of Manchester. The Mark 1  Lovell Telescope is located at Jodrell  Bank in Lower Withington, Cheshire,  England. It is the third largest steerable  radio telescope in the world.  http://www.jb.man.ac.uk/    

Page  of 95   

March- April 2014

News   

Mark Your Calendar  SARA Annual Conference at NRAO       Keynote Speaker        Abstracts       Tentative Schedule       Ladies Outings       Door Prizes       Officer and Director Nominations  Radio Jove Conference       Abstracts       Tentative Radio JOVE Meeting Schedule  SARA at Claremore Hamfest  Western Conference Report 

5  6  8  9  12  14  15  16  21  22  23  24  25 

Feature Articles   

Radio Astronomy Receivers‐ Bruce Randall                                  30  Noise|| Noise: Y‐factor versus Signal‐to‐Noise Ratio       Christian Monstein and Whitham D. Reeve                         37  Radio, Magnetic and (Possible) X‐Ray Observations of the X1 Solar        Flare on 29 March 2014‐ Whitham D. Reeve                         41  Detection of Jovian VLF Noise‐ John Avellone                          48  FM notch filter in front & behind the low noise amplifier of a Callisto       Radio Spectrometer in Gauribidanur, India‐ Christian Monstein                     58  An Antenna with an Historical Past‐ Jeffrey M. Lichtman                     61  Report from an expert meeting at United Nations Office for Outer        Space Affairs (UNOOSA)‐ Christian Monstein                         64  Transmission Line Details ~ Software Calculator Review       Whitham D. Reeve                                 68  Improving long time stability of a radio astronomy receiver       Christian Monstein                                     75  Old Tool, New Use: GPS and the Terrestrial Reference Frame       Alex H. Kasprak                                   78  Strong RFI observed in protected 21 cm band at Zurich                  80        Observatory, Switzerland‐ Christian Monstein  RASDR update‐ Paul Oxley, Bogdan Vacaliuc, David Fields, Carl Lyster,       Stan Kurtz, and Zydrunas Tamosevicius                           83  Great Projects to Get Started in Radio Astronomy                               87 

Membership   

New Members  Membership Dues & Promotion   

   88  88 

Administrative   

Officers, directors and additional SARA contacts 

90 

 

Resources   

New Web Links  Education Links and Resources  Online Resources  For Sale, Trade and Wanted 

 91  92  93  95 

      Radio Astronomy

  

  2

Radio Waves   

President’s Page   

SARA dues are up for renewal June 30 and are still just $20 a year.  Your dues fund student and teacher  grants for radio astronomy projects.  The following e‐mail from a student illustrates the success of the grant  program. Anthony used a SuperSID for his project.    “I wanted to share some amazing news with you. Last year I went to the International Science and  Engineering Fair for my project “A practical notification system to identify incoming sudden ionospheric  disturbances”. This year I applied to the Junior Science and Humanities Symposium with this project and  won 1st place in the category of engineering. Before even competing in the fair my paper was carefully  reviewed from a grouping of 300 applicants which were then narrowed down to 50. After winning first  place in my category I went up against the other 1st place winners in other categories a total of 10  other students and out of these 10 I was 2nd place in fair. For this achievement I am awarded a $1,500  dollar scholarship and also a spot as a presenter at the National JSHS (Junior Science and Humanities  Symposia) in Washington D.C. April 23‐27 where I will compete against other students in the  engineering category for more scholarship money and a trip to London. Thanks for all your help and  support you have been able to give me! It really was astounding having the ability to have my work  published in the ISWI (International Space Weather Initiative).”    From,   Anthony Bisulco    Your dues also fund outreach like the 2014 USA Science & Engineering Festival. This is the largest and only  national Science & Engineering Festival, with the goal to re‐invigorate the interest of our nation's youth in  science, technology, engineering and math (STEM) by presenting the most compelling, educational and  entertaining science festival in the United States. This event took place April 25to 27 in Washington, DC. and  SARA had a booth.    SARA and The Radio JOVE Project will have a booth again at the Dayton Hamvention May 16 to 18 at the  Hara Arena in Dayton, Ohio.  We will again be in the Ball Arena booth BA0421 (near ARRL.) Stop in and say  “hi” and you can pay your SARA dues renewal.  We will have SuperSID and Radio JOVE kits available for sale  as well as CD’s and back issues of the Proceedings.    The Annual Conference is set for June 29 to July 2, 2014 at the National Radio Astronomy Observatory in  Green Bank, West Virginia.  The Radio Jove Team will be holding a conference following us on July 2 to July 4.   SARA members are invited to attend along with Radio Jove enthusiasts. More details will be made available  on‐line at http://www.radio‐astronomy.org/meetings and in the next Journal.      Until next time, happy monitoring,  Bill Lord  KJ4SKL  

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

3

 

Editor’s Notes    We are always looking for basic radio astronomy articles, radio astronomy tutorials, theoretical articles,  application and construction articles, news pertinent to radio astronomy, profiles and interviews with  amateur and professional radio astronomers, book reviews, puzzles (including word challenges, riddles, and  crossword puzzles), anecdotes, expository on “bad astronomy,” articles on radio astronomy observations,  suggestions for reprint of articles from past journals, book reviews and other publications, and announce‐ ments of radio astronomy star parties, meetings, and outreach activities.     If you would like to write an article for Radio Astronomy, please follow the Author’s Guide on the SARA web  site: http://www.radio‐astronomy.org/publicat/RA‐JSARA_Author’s_ Guide.pdf. Please note that the new  version of the Author’s Guide includes several changes, mostly dealing with article images.     Let us know if you have questions; we are glad to assist authors with their articles and papers and will not  hesitate to work with you. You may contact your editors any time via email here: editor@radio‐ astronomy.org.  

   Please consider submitting your radio astronomy observations for publication: any object, any wavelength.    Strip charts, spectrograms, magnetograms, meteor scatter records, space radar records, photographs;    examples of radio frequency interference (RFI) are also welcome.     Guidelines for submitting observations may be found here: http://www.radio‐astronomy.org/publicat/RA‐  JSARA_Observation_Submission_Guide.pdf          Tentative Radio Astronomy due dates and distribution schedule   Issue Articles Radio Waves Review Distribution   Jan – Feb February 12 February 20 February 23 February 28   Mar – Apr April 12 April 20 April 25 April 30   May – Jun June 10 June 10 June 20 June 30   Jul – Aug August 12 August 20 August 25 August 31   Sep – Oct October 12 October 20 October 25 October 31   Nov – Dec December 12 December 15 December 20 December 31        

HELP WANTED  Want to see all the great Journal articles before anyone else?   We are looking for an editor(s) for the SARA Journal. We have three very active contributing editors who  write papers for the Journal and need someone who will combine all of the submittals.  You do not have to  be a radio astronomy expert.  We have members willing to review technical articles submitted for  publication.  If you are interested in the position, please contact Bill Lord president@radio‐astronomy.org or call 319‐591‐ 1131. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

4

 

Mark Your Calendar    April 26‐27, 2014 USA Science & Engineering Festival, Walter E. Washington  Convention Center in Washington, D.C. SARA Booth 2061  http://www.usasciencefestival.org/     May 16‐18, 2014 Dayton, Ohio Hamvention  http://www.hamvention.org/index.php SARA will be in booth BA0421 at this  event.  Contact Bill Lord at ap_guardian_at_yahoo.com to volunteer.    June 6, 2014 Astronomy on the National Mall, Washington, DC This event is hosted by Hofstra University,  Department of Physics and Astronomy. Contact Bill Lord at ap_guardian_at_yahoo.com to volunteer.    June 29‐ July 2, 2014 SARA Annual Conference, National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, West  Virginia http://www.radio‐astronomy.org/?q=node/124    July 2‐ July 4, 2014 Radio Jove Conference, National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, West  Virginia http://www.radio‐astronomy.org/?q=node/124     July 17‐19, 2014 ARRL National Centennial Convention, Hartford, Connecticut  https://www.regonline.com/builder/site/Default.aspx?EventID=1248082  Contact Bill Lord at  ap_guardian_at_yahoo.com to volunteer.    Do you have an event to share with SARA members?  Send information to editor@radio‐astronomy.org to be  included in the next issue.   

  Understanding Engineers #3    A priest, a doctor, and an engineer were waiting one morning for a particularly slow group of golfers. The engineer  fumed, "What's with those guys? We must have been waiting for fifteen minutes!" The doctor chimed in, "I don't know,  but I've never seen such inept golf!"       The priest said, "Here comes the greens keeper. Let's have a word with him." He said, "Hello George, What's wrong  with that group ahead of us? They're rather  slow, aren't they?" The greens keeper replied,  "Oh, yes. That's a group of blind firemen. They  lost their sight saving our clubhouse from a fire  last year, so we always let them play for free  anytime!."       The group fell silent for a moment. The priest  said, "That's so sad. I think I will say a special  prayer for them tonight." The doctor said,  "Good idea. I'm going to contact my  ophthalmologist colleague and see if there's  anything she can do for them." The engineer  said, "Why can't they play at night?" 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

5

 

2014 SARA Annual Conference to be Held June 29 to July 2   Radio Jove Conference July 2 to 3 at   National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, West Virginia, USA   

Conference Registration Fees:  This year the Radio Jove Conference will be held immediately after the SARA conference.  Anyone interested  in radio astronomy is invited to attend either or both conferences.  The fee for the 2014 SARA Conference has been set at U$165 for all registered participants. This fee includes  Conference registration, payment of your 2015 SARA membership dues, and one copy of the published  Conference Proceedings (to be distributed at the meeting), morning coffee breaks, afternoon snack breaks,  evening refreshments, and eight meals, as indicated below. Please note that all SARA 2014 memberships  expire on 15 June 2014. Since SARA Membership Dues are now inseparable from Conference registration; all  registered attendees automatically become SARA Members in Good Standing through 15 June 2015. SARA  Life Members, or those who have already paid their 2015 membership dues prior to registering, may deduct  $20 from the above amount. Those registered for the 2014 Conference who subsequently purchase a Life  Membership anytime during the 2014~2015 membership year may deduct $20 from the Life Member Fee  (currently set at US$400). And, because SARA offers a special membership rate of US$5.00 for students, all  fulltime students under the age of 18 may deduct US$5.00 from the above Conference registration fee.  The attendance fee for an accompanying family member (non‐participating spouse, child, or companion of a  registered Conference attendee) is US$80, which includes morning coffee breaks, afternoon snacks, evening  refreshments, and meals. The cited fees are calculated on a break‐even basis, and apply only to advance  registrations received prior to 31 May 2014. All registrations received thereafter are subject to an additional  late registration fee, as indicated below.  The Radio Jove Conference will be held directly following the SARA Conference on July 2 to July 4. The fee  for the Radio Jove conference has been set at $75.00 for both participants and non‐participating guests or  spouses. This fee includes morning coffee breaks, afternoon snack breaks, evening refreshments, and six  meals, as indicated below. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

6

  Included Meal Plan:  Green Bank is a small community with few dining establishments. Thus, SARA has arranged for conference  registration to include a meal plan at the NRAO employee's cafeteria, to include:  • • •

 Dinner Sunday night   Breakfast / Lunch / Dinner Monday and Tuesday   Breakfast on Wednesday 

Radio Jove conference registration includes a meal plan at the NRAO employee's cafeteria, to include:  • • •

Lunch / Dinner Wednesday  Breakfast / Lunch / Dinner Thursday  Breakfast on Friday 

The NRAO Cafeteria is not a public dining facility, does not sell individual meals to visitors, and is, in fact,  doing us a favor in allowing our group to use their cafeteria at all. Thus, the Meal Plan is an integral part of,  and inseparable from, Conference Registration. Please note that, in addition to the above meals, the  Conference fee (or Accompanying Person fee) includes refreshments and coffee breaks during the  Conference presentations, and snacks and beverages in the Drake Lounge in the evenings.  Exceptions to the meal plan will be considered on a case‐by‐case basis, for those Conference attendees  residing on site, or others with special dietary needs. Please contact our Treasurer directly with your specific  requests. In general, except under unusual circumstances, one should consider the cost of meals to be a part  of, and inseparable from, the conference registration fee.  Conference Proceedings:  Once again this year, a formal, printed Proceedings is being professionally published. One copy of the  Proceedings is included in your paid Conference Registration. (Proceedings are not provided to  accompanying family members.) A limited number of additional copies of this year's and previous years'  Proceedings will be available at Green Bank for US$20 each. You may, if you wish, reserve and prepay  additional Proceedings copies, by including the appropriate amount in your check to our Treasurer.  Advance Registration Deadline:  Because SARA Conferences require quite a bit of advance planning, early registration is encouraged. To  register for the 2014 SARA Conference at the rates cited above, your remittance in full must be received by  our Treasurer (not simply postmarked) not later than 31 May, 2014. All registrations received after that date,  or walk‐in registrations, will be assessed an additional 15% late registration fee.  Payment of Conference Fees:  Payment for either OR both conferences can be made by check, money order, PayPal or credit card.  Complete the registration form at http://www.radio‐astronomy.org/node/153  and submit with payment.   Checks (in US Dollars only, drawn on a US bank) should be sent in advance to:  SARA  2189 Redwood Ave  Washington, IA 52353  USA   

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

7

  You can also make payment by going to www.PayPal.com and send money to treasurer@radio‐ astronomy.org.  Additional information concerning lodging, directions and information for first time attendees can be found  at this link:  http://www.radio‐astronomy.org/?q=node/124   

Keynote Speaker Announced  Vice‐President Tom Crowley is delighted to report that Dr Joe Taylor, K1JT will  be our keynote speaker at the Green Bank SARA Conference 29 June ‐ 2 July.  A short bio of Dr Taylor follows:  Taylor immediately went to the National Radio Astronomy Observatory's  telescopes in Green Bank, West Virginia, and participated in the discovery of  the first pulsars discovered outside Cambridge. Since then, he has worked on  all aspects of pulsar astrophysics. In 1974, Hulse and Taylor discovered the  first pulsar in a binary system, named PSR B1913+16 after its position in the  sky, during a survey for pulsars at the Arecibo Observatory in Puerto Rico. Although it was not understood at  the time, this was also the first of what are now called recycled pulsars: neutron stars that have been spun‐ up to fast spin rates by the transfer of mass onto their surfaces from a companion star.  The orbit of this binary system is slowly shrinking as it loses energy because of emission of gravitational  radiation, causing its orbital period to speed up slightly. The rate of shrinkage can be precisely predicted  from Einstein's General Theory of Relativity, and over a thirty‐year period Taylor and his colleagues have  made measurements that match this prediction to much better than one percent accuracy. This was the first  confirmation of the existence of gravitational radiation. There are now scores of binary pulsars known, and  independent measurements have confirmed Taylor's results.  Taylor has used this first binary pulsar to make high‐precision tests of general relativity. Working with his  colleague Joel Weisberg, Taylor has used observations of this pulsar to demonstrate the existence of  gravitational radiation in the amount and with the properties first predicted by Albert Einstein. He and Hulse  shared the Nobel Prize for the discovery of this object. In 1980, he moved to Princeton University, where he  was the James S. McDonnell Distinguished University Professor in Physics, having also served for six years as  Dean of Faculty. He retired in 2006.  Amateur Radio  Joe Taylor first obtained his amateur radio license as a teenager, which led him to the field of radio  astronomy. Taylor is well known in the field of amateur radio weak signal communication and was assigned  the call sign K1JT by the Federal Communications Commission (FCC). He had previously held the call signs  K2ITP, WA1LXQ, W1HFV, and VK2BJX (the latter in Australia).[2] His Amateur Radio feats have included  mounting an 'expedition' in April 2010 to use the Arecibo Radio Telescope to conduct moonbounce with  Amateurs around the world using voice, Morse Code, and digital communications.  He wrote several computer programs and communications protocols, including WSJT ("Weak Signal/Joe  Taylor"), a software package and protocol suite that utilizes computer‐generated messages in conjunction  with radio transceivers to communicate over long distances with other amateur radio operators. WSJT is  useful for passing short messages via non‐traditional radio communications methods, such as moonbounce  and meteor scatter and other low signal‐to‐noise ratio paths. It is also useful for extremely long‐distance  contacts using very low power transmissions. More information on Dr. Taylor can be found at:  http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Hooton_Taylor,_Jr.  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

8

 

Abstracts‐ 2014 Annual SARA Conference June 29 to July 2  The following papers will be presented at the annual conference at NRAO in Green Bank, WV.  Check back  for late additions.  An Overview of the Radio JOVE Project  The Radio Jove Project Team  By: Dr. Chuck Higgins    Abstract:   Radio JOVE is an education and outreach project intended to give students and other interested  individuals a hands‐on experience in learning radio astronomy. After selling our first kit in 1999, Radio Jove  has sold about 1900 radio telescopes in more than 70 countries around the world. Hardware and software  has evolved in this time, and the Radio Jove Team will give a complete update and overview of the status of  the program as of 2014. Specifically, we will summarize the latest hardware and software for Radio Jove,  include some recent Jupiter and solar observations highlighting the data archive, and discuss some research  projects for students. Finally, we will discuss some upcoming projects for Radio Jove and highlight some  advanced equipment, software, and results.       SETI's New Horizons 

by Prof. H. Paul Shuch, N6TX Executive Director Emeritus, The SETI League, Inc.   Abstract:  The author and his colleagues have proposed to NASA the creation and uploading of a message  into the New Horizons spacecraft's memory, following a successful Pluto encounter in 2015. In the tradition  of the Voyager Records now traveling through interstellar space, this message will be a self‐portrait of our  planet and species, to be shared with all humanity, and potentially with intelligent species elsewhere. The  message contents are being crowd‐sourced by people worldwide, and thus represent our planet as a whole.  An international board of expert space scientists and engineers has determined this proposal to be  technically feasible, and is currently managing all technical details. Programs for K‐12 students will also  increase interest in the New Horizons interplanetary probe mission, as well as showing students how they  may share in this rare chance to help make a message that will soar among the stars.       Production Manufacturing Plan for the RASDR2 Appliance  By: Bogdan Vacaluic   Authors: Bogdan Vacaliuc, David Fields, Paul Oxley, Stan Kurtz, Carl Lyster, Ricardas Vadoklis and Zydrunas  Tamosevicius.    Abstract: For the last three years, SARA members have worked to construct a low cost hardware to enable  radio astronomy using software defined radio (SDR) techniques.  With significant contributions from Lime  Microsystems, Ltd. and members of the worldwide community, the team are able to offer to SARA members  a high performance receiver appliance specifically tuned for radio frequency measurement.  The  presentation will describe the appliance, its bill of materials and construction as well as the plan to  manufacture and distribute it to radio astronomers and educational institutions.        RASDRviewer  RASDR2 Control and Analysis Software  By: Paul Oxley, David Fields, Stan Kurtz, Steve Berl   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

9

  Abstract: The Radio Astronomy Software Defined Receiver (RASDR) is a system that provides a receiver that  is optimized for Radio Astronomy. RASDR2 is the current hardware that is in testing with a planned general  release at this conference. See multiple other presentations at this conference as well as previous SARA  Journals and Proceedings publications for the history of this SARA project.     RASDRviewer is the software that controls RASDR2 and presents captured data to the user. It uses a  Windows based GUI that is designed for portability to both the Linux and MAC platforms. This portability is  mainly based on the use of the wxWidgets development tool that is available as open source freeware.  wxWidgets abstracts most of the common graphical window objects to a common language that is  applicable across all of the platforms. Thus the look and feel of the user experience is the same regardless of  the platform being used.     This paper describes the RASDRviewer software and documents some of the experiences in its  implementation. A brief discussion of the Windows Driver and FX3 firmware is also included.     RASDRviewer is an extension of the Lime Microsystems FFTviewer to optimize radio astronomy  functionality.  The original FFTviewer presented three charts, I & Q samples vs time, I vs Q for system  verification and an output display showing results of a large Fast Fourier Transform (FFT) that operates in  near real time.  The FFT is capable of delivering up to 16,384 frequency bins multiple times per second. The  control of the system required knowledge of the Lime chip architecture and RF engineering theory.  For RASDRviewer, modifications have been made to customize the software for Radio Astronomy use. This  includes optimization of control functions for radio astronomy use, addition of a Power vs Time plot, file  outputs and inclusion of a simplified selection of the user options.  In addition, RASDRviewer makes full use  of the receive capabilities of the Lime Chip including sample rates up to 32 M Samples / Second and 28 MHz  of bandwidth. RASDRviewer is being demonstrated at this conference. The demonstration will include real‐ time control of RASDR2 to produce three dimensional FFT plots. A copy of the software executable is  included in the CD for this meeting.         Measuring the Field Strengths of VLF Stations   By: Tom Hagen    Abstract: This presentation is about an attempt to get calibrated measurements of the magnetic field  strengths of the various VLF stations used by the SuperSID program as reference sources to detect sudden  ionospheric disturbances (SID’s). Presently, data coming in from the various SuperSID stations around the  world is uncalibrated in amplitude. When a SID is detected, there is a measurable change in relative signal  strength, but actual field strengths are unknown. Different stations around the world report different SID  levels for a given event. Are the causes of these differences loop antennas, preamp gains, sound card  settings, sound card gain, or actual differences in field strength levels? And for better system design, the  typical range of field strengths would be good to know for improving and standardizing the design of pre‐ amps and loop antennas.  Finally, a mathematical model is developed and verified for the Helmholtz Coil  that was used for test setup calibration.        611 MHz Total Power Radio Telescope‐Part 0x02  By: Ken Redcap    Abstract: Part 0x01 of this presentation was given at the SARA 2014 West Conference. Part 0x02 will focus  on analyzing the results from an 8‐Bay bowtie TV receive antenna, configuring/tuning the C# program  SDRSharp.exe, investigating available software plugins for SDR# and testing a second (yagi) antenna. This  project is a work in progress and is my first effort on a radio telescope to detect energy in this frequency  range. The telescope is being set up at the McMath Hulbert Solar Observatory (MHO) in Lake Angelus, MI. All  electronic components and antennas (3) required were purchased from Amazon except for the low noise 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

10

  amplifier. All freeware software components were derived from sites with various versions of SDR# like  SDRSharp.Com. Inspiration for the project comes from Kurt Kinghorn's presentation at the 2013 SARA  Western Conference on low cost radio telescopes using off‐ the‐shelf TV receive antennas and an article in  the August, 2013 SARA Journal about a low cost HI receiver.        Microwave Antenna Demonstrations  By: Jon Wallace    Abstract: The presenter has had a fascination with non‐visual astronomy for over 25 years and has  developed and built devices to share this with students and other teachers. After seeing a video of John  Kraus giving a demonstration on radio antennas many years ago to the IEEE, the presenter was so inspired  that he sought to reproduce as much of it as he could. Many of the ideas were unknown to the presenter  and a couple were thought provoking and required exploration. It is hoped that these demonstrations will  educate and inspire others to explore as well. The equipment consists of a Gunn diode source with horn  antenna and a horn antenna with crystal detector, instrumentation amplifier, and VCO so that changes in  intensity will be heard as pitch changes. The demonstrations cover topics which include: beam width, inverse  square law, polarization, reflection, refraction, interference, absorption, gain, wave guides, and more.        VSRT Radio Demonstration  By: Jon Wallace    Abstract: After working with the new radio astronomer at Wesleyan University, Meredith Hughes, building  the SRT and VSRT, the presenter experimented with the VSRT himself. The VSRT was designed primarily by  Alan Rogers of Haystack Observatory in Massachusetts. We visited him and tested equipment and were able  to come away with some real insight into the Haystack teaching radio telescopes. The presenter hopes to  demonstrate the VSRT and show some of the activities it can do. It is a wonderful way to explore  interferometry in a classroom and perhaps beyond.     An Introduction to Black Body Radiation  By: Tom Crowley    Abstract: This is an introduction to Black body Radiation and its importance to radio astronomy.  The  discussion will relate temperature to Electro‐magnetic Radiation and how to compute what the frequency  based on temperature and vice versa.      Radio Astronomy with RASDR2  Authors: D. Fields, P. Oxley, B. Vacaliuc, S. Kurtz, C. Lyster, Z. Tamosevicius, C. Sufitchi and S. Berl  By: David Fields    Abstract: The RASDR design team is releasing an initial version of a software‐defined receiver (SDR) for radio  astronomy entitled RASDR2.  The receiver consists of two high‐density circuit boards ‐‐ a wide‐band  femtocell chip on the front end analog interface MyriadRF board linked to a digitization and function control  DigiRed board ‐‐ coupled to a computer via a USB3 interface.  RASDRViewer software runs in a Windows  environment and performs receiver control, FFT analysis, spectrum averaging, power monitoring and other  functions. Depending on specific application, RASDR2 is used with an antenna, filter, preamplifier, optional  upconversion or system control devices, and external frequency/time reference signals. The team has three  RASDR2 units in operation and is working to make units available to SARA members.    

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

11

  RASDR2 software, firmware and hardware are discussed in other conference presentations.  This  presentation covers RASDR2 application to solve some common experimental challenges encountered by  members of the community of amateur radio astronomers.  Results of operation in several RF spectral bands  will be shown and discussed.      SID Monitoring using Raspberry Pi  By: Ciprian “Chip” Sufitchi    Abstract:As technology advances and becomes more and more affordable, research/crowdsourcing projects  such as Sudden Ionospheric Disturbance (SID) monitoring could run 24 hours a day on inexpensive devices.  Traditionally, a computer (PC) equipped with a good quality sound card is required to receive VLF signals,  process them, store and draw data, and report it in a public database. For a continuos operation a PC is not  an ideal platform though, being unreliable and expensive. Attempts to use microcontrollers such as Arduino  were successfull, as presented at the Annual SARA Conference in 2013 (“Sidruino”) however they generally  require an external VLF receiver. Raspberry Pi, a credit‐card‐sized single‐board computer developed in the  UK by the Raspberry Pi Foundation based on Linux as operating system, could be an attractive alternative – it  is inexpensive, fast enough to perform Fast Fourier transform on incoming audio signal from the audio  board, can be powered from batteries and it is supported by a large group of open‐source enthusiasts  around the world. The paper will focus on external hardware able to receive a wide VLF spectrum and a few  SID monitoring applications running on Raspberry Pi.  The role of mass produced antennas and feeds on the future of radio astronomy development  "A Survey"   By: Mohammed Q. Hassan  Abstract: The rapid development in modern radio astronomy has led to proposing low cost high production  level antennas. While the Allen Telescope array is dependent on 21 ft. offset Gregorian antennas having 42  antennas and the potential of increasing it to the full array of  350 units depending on funding, there is a far  more profound project that is better financed internationally with a potential of having 3000 antennas,  which is the Square Kilometer Array (SKA).  The SKA will have similar offset Gregorian antenna design except that the antennas will be considerably  larger (49 ft. or 15m in diameter), providing lower frequency start‐up and ending range from its log periodic  feeds. Such a single antenna configuration can make it attractive for university based educational radio  astronomy projects, where simultaneous observations over a number of frequencies within the specified  range can be made possible.   This review / survey paper will show us the challenges put forward to combine several ground breaking  concepts leading to a unified design that could be produced in large numbers. Several institutions are  collaborating to bring this into fruition. 

        Tentative  2014 SARA Conference Schedule  Sunday 29 June‐ Wednesday 2 July, 2014 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

12

  Day 

Time 

Speaker 

Title 

Sunday 

12:00 PM 

Melinda Lord 

Registration at NRAO Dorms 

29 June 

12:30 PM 

Tom Hagen 

Radio Astronomy Beginner Session 

 

  3:00 PM 

Tom Crowley 

40 FT Radio Telescope Workshop 

 

  5:15 PM 

 

Dinner NRAO Cafeteria 

 

  6:30 PM 

 

Set Up Outside Experiments 

Sunday 

  8:00 PM 

 

Social at Drake Lounge 

Monday 

 7:15 AM 

Lynn Crowley 

Ladies meet in residents dorm lobby for car  pool to Greenbrier for Breakfast 

30 June 

 7:45 AM 

 

Breakfast in NRAO Cafeteria 

 

 9:00 AM 

Tom Crowley, VP 

Introductions and Opening Remarks 

 

 9:15 AM 

Bill Lord, President 

SARA Announcements 

 

 9:45 AM 

Jon Wallace 

Microwave antenna demonstration 

 

10:15 AM 

 

Coffee Break and Poster Session 

 

10:30 AM 

David Fields 

Radio Astronomy with RASDR2 

 

 

Paul Oxley 

RASDR2 Control and Analysis Software 

 

 

Bogdan Vacaluic 

Production Manufacturing for the RASDR2 

 

12:30 PM 

 

Lunch NRAO Cafeteria 

 

 1:30 PM 

Bill Lord 

Call for Nominations 

 

 2:00 PM 

Paul Shuch 

SETI New Horizons 

 

 2:40 PM 

 

Coffee Break and Poster Session 

 

 2:55 PM 

NRAO 

 Science Update 

 

 3:40 PM 

Tom Hagen 

Measuring the Field Strengths of VLF Stations 

 

 4:10 PM 

Jon Wallace 

VSRT Demonstration 

 

 4:45PM 

Tom Crowley 

Black Body Radiation 

 

 5:15 PM 

 

Dinner at the NRAO Cafeteria 

 

 6:15PM 

 

Flea Market in Dorm Parking Lot 

 

 6:15 PM 

 

Setup Outside Experiments 

 

 7:00 PM 

 

SARA Board of Directors Meeting 

Monday 

 8:00 PM 

 

Social at Drake Lounge 

Tuesday  

 7:45 AM 

 

Breakfast at NRAO Cafeteria 

1 July 

 9:00 AM 

Bill Lord 

Elections 

 

 9:30 AM 

Bill Lord 

Business Meeting 

 

10:00 AM 

 

Coffee Break and Poster Session 

 

10:15 AM 

Joe Taylor 

Key Note Speaker 

 

11:15AM 

Chip Sufitichi 

SID Monitoring using Raspberry Pi 

 

11:50 AM 

Ken Redcap 

611 MHz Total Power Radio Telescope 

 

12:00 PM 

Lynn Crowley 

Ladies meet in residents dorm lobby for car 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

13

  pool to Cass Railway   

12:30 PM 

 

Lunch NRAO Cafeteria 

 

 1:30 PM 

 

Group Picture 

 

 1:45 PM 

Sue Ann Heatherly 

NRAO High‐Tech Tour 

 

 3:15 PM 

 

Snack Break and Poster Session 

 

 3:30 PM 

Mohammed Hassan 

The Role of Mass Produced Antennas and  feeds on the future of Radio Astronomy  Development 

 

 4:15 PM 

Chuck Higgins 

An Overview of the Radio Jove Project 

 

 5:00 PM 

Tom Crowley 

2014 Conference Plans 

 

 5:15 PM 

 

Dinner at NRAO Cafeteria 

 

6:15 PM 

 

Setup outside experiments 

Tuesday 

8:00 PM 

 

Social in Drake Lounge 

Wednesday  7:45 AM 

 

Breakfast in NRAO Cafeteria 

2 July 

9:00 AM 

 

Conference Ends 

 

9:00 AM  

 

Radio Jove Conference Begins 

Ladies Outings at SARA Annual Conference   Preliminary Schedule      Monday, June 30   

7:15 AM ‐ Meet in the Residents Dorm Lobby to car pool    

9:00 AM ‐ Breakfast at the Greenbrier Hotel's main dining room  “Breakfast is a gracious and traditional affair featuring regional signatures, American favorites, and delicious healthy  options served a la carte and buffet style. Breakfast prices are not longer posted on the Greenbrier's web site.  In 2012  menu items were from $4 to $14 a la carte, and the Breakfast Buffet was $23.   

10:30 AM ‐ Interior Tour of the Greenbrier Hotel   

11:30 AM – Explore the hotel or shopping in White Sulphur Springs            

3:00 PM‐ish – Return to Greenbank   

Tuesday, July 1   

 AM (Time TBD) ‐ Meet in the Residents Dorm Lobby to car pool    

12:00 Noon ‐ Cass Scenic Railroad 4 ½ hour trip to Bald Knob, the third highest point in West Virginia. The overlook at  Bald Knob provides a spectacular view at an altitude of 4,700 feet and the National Radio Astronomy Observatory can  be seen from the overlook. Adult ticket is $25.     

4:30 PM – Return to Greenbank     For questions contact Lynn Crowley ‐ cell 404.683.7948 or e‐mail [email protected] 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

14

 

SARA Annual Conference Door Prizes    Watch for more door prizes in the next Journal.    Radio Astronomy  Supplies will be donating  a SpectraCyber receiver  as a door prize at this  year’s meeting in Green  Bank. This unit is  contained in a 12” table  top cabinet instead of the  usual rack mount chassis.  If all goes well with  antenna transportation  this unit will be  demonstrated at the  grassy area behind the  dorm during the  conference. The winner  will need to supply a  feedhorn and preamp as well as an antenna to complete the station. The value of this prize is estimated at  $1500. At right‐ is data recorded by the SpectraCyber unit.    SARA is donating a SuperSID system complete with antenna wire and coax. Value $85.00    HP3576 Selective Level Meter with 32 MHz bandwidth, can be used as a signal generator, comes with  manual, donated by Bill Lord    Microdyne Model 1100‐TVR(X24)B2 Receiver 3.7 to 4.2 GHz New in Box with original manual, donated by Ed  Harris of Lincolnwood, Illinois     Books‐ “The Elegant Universe” by Brian Greene and “Atlas of the Skies” donated by Bill Lord     DataQ A to D converter with serial port donated by the SARA SuperSID Project 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

15

 

Officer and Director Nominations  Ballots for members not attending will be in the next Journal.

President  Nominated for President‐ Ken Redcap    I am Ken Redcap and would be excited to serve as president of SARA. I  live in Rochester, MI and also spend time in Charlottesville, VA (which  happens to be the home of NRAO). My call sign is KD8WOA as of this  last February (at HAMcation). I have a BSEE, BSCh and an MSEE and am  currently employed as an industrial engineer.  

  I am also a member of the McMath Hulbert Astronomical  Society along with Tom Hagen. We are currently setting up an  "Off‐The‐Shelf 611 MHz Total Power Telescope" on site at the  McMath Hulbert Solar Observatory ‐ which has been inspired by  Curt Kinghorn.     This is a very exciting time for SARA with the availability of low  cost hardware and software components ‐ and along with other  members of SARA I use these components to spread the word  about radio astronomy both at home and in the class room.

              Vice‐President  Nominated for Vice‐ President‐ Tom Hagen,    I'd be honored to serve as SARA Vice President and to continue the  fine work of the past officers and appointees.  My vision for SARA is  continued growth of the organization.  There are several areas where  I feel I could contribute:  ‐Make the hobby more accessible to first time radio astronomers by  promoting the development of simple radio telescopes based on the  recent availability of inexpensive SDR dongles and freeware  ‐Organize annual conferences with fun and interesting activities,  presentations, and keynote speakers  ‐Work with the SARA leadership as a team player to achieve larger  organizational goals  My background is in electrical engineering, with a Master's degree; I  live and work in the Detroit area with my wife and 3 cats. 

     

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

16

 

Secretary (One year term position vacated by Tom Hagen)  Nominated for Secretary‐ Bruce Randall,  Hello I’m Bruce Randall and live in Rock Hill S.C. I was born in  1949, so am getting to be an old timer.  My first ham radio license  was in 1966. Presently I have an extra class license with the call of  NT4RT.  (The RT in the call is for “Radio Telescope.”)  Ham radio  and optical astronomy led to my interest in radio astronomy.      I Retired September 2013.  I had been an electronic engineer since  1978, with involvement in analog circuit design, power supplies,  electromagnetic compatibility, a bit of DSP work and some  antenna design.  My hobbies include old British cars, astronomy,  ham radio and radio astronomy.  I also enjoy canoeing, hiking and  camping, as time permits.      I have been a SARA member for over 20 years and am now a life  member. Experiments with radio astronomy started in 1990, in  the days of the chart recorder as the output device.  The present  interested is interferometers and possible extended baselines in  the future.    I have been on the SARA board in the past and would like to serve SARA as secretary.     

  Director (Two year term) Two Open Positions  Director (One year term position vacated by Ken Redcap)  Nominated for Director‐ Stephen Tzikas  Steve Tzikas is a recent newcomer to SARA, joining in 2013 and attending his  first SARA conference the same year.  He has been interested in astronomy  since childhood.  He has a MAppSc in Chemical Engineering and Industrial  Chemistry from UNSW in Australia, and a BS in Chemical Engineering from  Rensselaer Polytechnic Institute in NY.  He is also a member of the Northern  Virginia Astronomy Club (NOVAC), ALPO, and the Rensselaer Astrophysical  Society (RAS).  He is currently a Management Analyst / Computer Modeler for  the Department of Homeland Security, and has 30 years of experience in  government and the private sector.  His early career was focused on  environmental engineering.  Steve’s many personal interests include travel,  genealogy, philosophy, art, and classical music.   

Steve’s goals for the future of SARA is to make it more amenable to  interest segmentation and participation.  This includes establishing:    ƒ Radio Astronomy sections within SARA  ƒ A cataloged archive of list‐serv information  ƒ Correspondence tools for local astronomy club / park partnerships in urban / suburban locations where  large yards conducive to radio astronomy observation might not be common.  ƒ An observing certificate program     

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

17

 

  Nominated for Director‐ Carl Lyster    Carl is one of the original founders of SARA at #18 on  the roster. He has previously held a position on the  board of directors and is a regular at the Green Bank  meeting. He is in his 36th year at the Y‐12 National  Security Complex where he is employed as an  Engineer in the Analytical Chemistry Lab. Carl is the  creator of the Spectracyber hydrogen line  spectrometer which is the culmination of a life’s work  since age 14. (This is a funny story, ask him about it  sometime)! He is an avid electronics enthusiasts and Amateur Radio Operator since 1972. Definitely one of  the old Analog guys!      Nominated for Director: Jim Brown NJ3B    Jim Brown has been an active SARA member since 1999 and  currently serves on the Grant Committee. As Mentor  Chairperson, Jim compiled a computer disk full of radio  astronomy resources to support the mentors in their outreach.  Jim has served on the board of directors. Jim is an avid Radio  Jove observer and provides mentoring to new RJ observers on  calibrating and other topics.      Nominated for Director‐ Preston Ozmar    Preston Ozmar received his Bachelor of Science and Master of Science  degrees from Virginia Tech in 1969 and 1976, both in Electrical  Engineering.  Preston serves as an adjunct science instructor at Wave Leadership  College in Virginia Beach, VA.  He worked 10 years at Virginia Tech in Blacksburg, VA as a Television  Systems Engineer and 28 years at CBN as a Senior Network Design  Engineer.  Preston’s call sign is WB4GQD and he has an advanced class amateur  radio license.   In addition to SARA, Preston is a member of the Institute of Electrical  and Electronic Engineers and the Optical Society of America, a society of  the American Institute of Physics.  Preston enjoys using his Jove receiver and being a part of SARA.  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

18

 

Director‐At‐Large (Two year term) Two Open Positions    Nominated for Director‐At‐Large: Keith Payea  Keith was born at the beginning of the space race, and was  fascinated with science from an early age.  A crystal radio kit and a  department store telescope were early Christmas gifts.  He won a  Bausch and Lomb Science award in High School and went on to  earn a BSEE from Worcester Polytechnic Institute in 1979.  As a  freshman at WPI, Keith received his first amateur radio license.   After a 24 year career as an engineer, project manager, and  department manager, he decided to become a full‐time  consultant in 2003.    A flier on the wall at work in 2000 introduced Keith to the Robert  Ferguson Observatory (RFO) in Kenwood, CA.  He quickly signed on as a docent and became very involved in  the local amateur astronomy community.  For two years, Keith was President of the Sonoma County  Astronomical Society.  In parallel he had discovered the online presence of SARA and the SETI League and  joined both.  For the last few years his primary activity at the RFO has been to interpret Radio Astronomy for  the visitors using a donated Radio Jove receiver in the context of general solar observing.  A long term goal is  to have 24/7, remotely accessible radio observations at the RFO.  In early 2011 Keith took all three tests in  one sitting and earned his Extra Class license, AG6CI.  He is also active in the local ham radio club and enjoys  operating “Field Day” style at parks and campgrounds.  Keith has been an attendee and sometimes presenter at four of the SARA Western Conferences so far.  High  on his “Bucket List” is to attend the SARA annual conference and meet some of the folks he has only known  on‐line.  Keith lives in Santa Rosa, CA with his wife Nicolette and a cat named Luna.  Nominated for Director‐At‐Large:  David Westman  David Westman lives in Seattle, WA.  He is a retired  software engineer, and he was born in 1944.   He  majored in Physics/Astronomy at Pomona College in  Claremont, CA, graduating in 1966.   Since this was the  middle of the Vietnam War troop buildup, he elected to  join the Air Force rather than be drafted into the Army.   After his Air Force service was over, he worked for  several years as a technical editor, and then took some  more classes to become a computer programmer.  After  a few years, he landed a job at Boeing in Seattle, and  they paid his way to earn a degree in Computer Science.   He worked at Boeing for 26 years, retiring in 2005.    After he retired from Boeing, he resumed his interest in astronomy and renewed his study of radio  astronomy.  He earned a Masters of Astronomy from James Cook University in Australia over the internet,  and has audited many classes in astronomy and physics at the University of Washington in Seattle.    He has 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

19

  also taken a radio astronomy course over the internet from Jodrell Bank Observatory in Manchester, UK.   He  eagerly keeps up with the latest scientific research, and regularly meets with faculty members at the UW to  deepen his understanding of these topics.  He has taken part in research on QSO variability and large scale  survey variable star identification, and hopes to carry on useful work in radio astronomy for many more  years.  He is married and has two grown sons; one works as a fisheries biologist, and the other is a junior  manager at a company selling vinyl cutting equipment.    Nominated for Director‐At‐Large:  Dave James 

  Inspired by the British amateur Frank Hyde, whom he never met, Dave built a simple VHF radio telescope  when at high school in England, but only returned to the subject ‐ as an amateur again ‐ a couple of years  ago in retirement.  He originally worked in R & D for space  systems in Canada, and later worked for companies that  included Ferranti, Nortel, Racal, ArrayComm.  He was also a  consultant, visiting UMIST lecturer, and also founded a  company specialising in solid‐state combinatorial power  amplifiers.  Much of his working life was spent in managing R &  D in microwave technology, but he also worked on low‐loss  ceramics, high‐vacuum technology and hi‐rel packaging.  At one  point he built parametric and transistor amplifiers for radio  astronomers and subsystems for data links for the original  MERLIN.  The main systems he was involved in were civil and  military satcom, radar, EW, missile, telecomm and cellular  mobile.  He also worked in CEPT, CITEL and ITU‐R on spectrum  regulation and in the IEEE, ETSI and TIA on international  microwave system standards.       Dave recently became a licensed amateur radio ham.  He built an optical observatory in his garden a couple  of years ago, and is now building up a radio astronomy and geophysics observatory at a quiet rural location  near his home in S West England.  He now edits the BAA’s new RAGazine, and also has an interest in social  insects.  

   

Radio Jove Conference Jim Thieman  The JOVE Team, together with the Society of Amateur Radio Astronomers (SARA), is pleased to announce a  joint meeting this summer at the National Radio Astronomy Observatory in Green Bank, WV.  This meeting  will take place from Sunday June 29 through the morning of Friday July 4, 2014.  The SARA part of the  meeting will start Sunday with an introduction to Radio Astronomy at the Science Center classroom,  followed by learning to operate the forty foot radio telescope (1,420 MHz ‐ 21 cm).  Presentations by SARA  members and guests will be given on Monday and Tuesday.  A High Tech tour of the NRAO facility will be  conducted on Tuesday 1 July.  The JOVE meeting will occur Wednesday and Thursday with talks ranging from  entry level descriptions of Jove hardware and software to more advanced measurement techniques and  science of the Jovian emission sources.    

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

20

  Attendees may register for either the SARA segment or the JOVE segment of the meeting, or both.     Registration details may be found on the SARA website http://radio‐astronomy.org/meetings.  Contact  Melinda or Bill Lord ([email protected]) if you have questions about the logistics.     Contact Jim Thieman ([email protected]) if you have questions about the Radio Jove meeting agenda.         

An overview of the Radio Jove portion of the 2014 SARA/JOVE summer meeting      The Jove meeting begins on Wednesday morning with a discussion of the Jove radio telescope. Throughout  the day we will progress from the basics of radio Jove to more advanced systems. Along with discussions of  receiver hardware and analysis software, you will hear about Jovian emissions, the source of these signals,  and remaining mysteries as to how these signals are generated.  Beginning at an introductory level suitable  for the new Jove observer, we will progress to advanced receiving systems and analysis being performed by  amateur and professional Jupiter radio astronomers.    On Wednesday morning, Dr. Jim Thieman will begin with an overview of the Jove program. Wes Greenman  and Dick Flagg will describe the Jove radio telescope performance in terms of noise figure, dynamic range,  gain and frequency stability, antenna beaming pattern, phasing, sensitivity and calibration.  Jim Sky will  reveal little known secrets of the ever‐popular SkyPipe and Radio Jupiter Pro software.  You will learn about  the Jove data archive and new initiatives to share data with global virtual observatories.    Dr. Chuck Higgins will give the first of two talks focusing on Jupiter science, describing what has been learned  using equipment similar to the Jove radio telescope.  Chuck will tell us about the source regions, the Io  effect, the radio rotation period of Jupiter, emission spectrum and more.    On Wednesday afternoon, Dick Flagg, Dave Typinski, and Jim Sky will describe more advanced receiving  hardware and software systems including spectrographs (analog and digital), polarimeters, and wideband  antennas.  You will learn more about the various forms of Jovian emissions: S‐bursts, L‐bursts, N‐events and  modulation lanes as well as propagation effects occurring in the interplanetary medium and earth’s  ionosphere.  Jupiter’s dynamic radio spectrum as viewed over a time scale varying from hours to a few  hundred microseconds will be revealed.    Following Dave Typinski’s mind‐numbing tutorial on the fast Fourier transform, we will take a virtual tour of  his observatory including a dual polarization spectrograph, a new tuneable wideband receiver and Dave’s  wideband, dual polarization, beam steering antenna array.    The afternoon will wrap up with a presentation about the recent exploits of the SUG (a spectrograph users  group).    The Thursday sessions begin with an extension of Jupiter radio science from the day before, and then the  talks focus on results gathered with both amateur and professional radio telescopes. Dr. Kazumasa Imai will  speak about the Japanese Agawa Radio Observatory. We’ll also have Stan Kurtz from UNAM, Mexico,  discussing how Radio Jove is used there for research and education. Other research talks from longtime  Radio Jove observers include N‐events, accurate timing systems, the SL‐9 comet encounter with Jupiter, new 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

21

  observations made with the Long Wavelength Array (LWA), and some solar radio science. The meeting  concludes with an overview of the Juno mission to Jupiter and the future of the Radio Jove program.    In addition to the daytime talks, we plan to have the Jove radio telescope and additional equipment set up  on the field most evenings.   Join us for some hands‐on, one‐on‐one discussions, both there and in the Drake  Lounge. 

Tentative Radio Jove Meeting Schedule    Wednesday July 2, 2014 ‐‐‐ Radio Jove Hardware and Software Basics + Advanced Systems  Time  Speaker  Topic  7:45 am  Breakfast  Breakfast in the NRAO Cafeteria  8:45 am  J. Thieman  Welcome and Radio Jove Meeting Overview  9:15 am  R. Flagg,   Radio Jove Hardware – Receiver and Antenna  W. Greenman  9:45 am  J. Sky  Radio‐Skypipe 101  10:15 am  R. Flagg  Calibration  10:30 am  Break    10:45 am  RJ Team  Archiving Data  11:00 am  C. Higgins  Introduction to Jupiter Science  11:30 am  J. Sky  Radio Jupiter Pro (RJP) Software  12:15 pm  Lunch  Lunch in the NRAO Cafeteria  1:30 pm  R. Flagg  Introduction to Advanced Measurements Systems  2:15 pm  R. Flagg, D. Typinski,  Basic Spectrograph Hardware and Software  J. Sky  2:45 pm  D. Typinski  The Fast Fourier Transform (Tutorial)  3:15 pm  Break    3:30 pm  R. Flagg, D. Typinski  The Tunable, Wideband Receiver (TWB)  4:00 pm  D. Typinski  Polarization, Beam Steering, Dual Polarization Spectrograph  4:30 pm  R. Flagg  Spectrograph User’s Group  5:00 pm  Dinner  Dinner in the NRAO Cafeteria  6:30 pm  All  Hands‐On Radio Astronomy on the Lawn  7:30 pm  All  Drake Lounge Open for Discussions and Social        Thursday July 3, 2014 ‐‐‐ Science and Radio Jove Future  Time  Speaker  Topic  7:45 am  Breakfast  Breakfast in the NRAO Cafeteria  9:00 am  J. Thieman,   Advanced Jupiter Science Summary  C. Higgins  9:30 am  K. Imai, T. Ohno  Status of the Agawa Radio Observatory, Kochi, JAPAN  10:00 am  J. Brown  Jupiter Narrow Band (N)‐Events  10:30 am  Break    10:45 am  A. Mount  Precision Time by GPS  11:15 am  C. Higgins  The Long Wavelength Array (LWA) – Jupiter Results  11:45 am  F. Reyes  Low Frequency Observations of the SL‐9 Impact with Jupiter  12:15 pm  Lunch  Lunch in the NRAO Cafeteria  1:30 pm  S. Kurtz  Team Mexico and Radio Jove  2:00 pm  RJ Team (tentative)  Large Groups using Radio Jove for Education (tentative)  2:30 pm  RJ Team  Solar Science 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

22

  3:00 pm  3:45 pm  4:15 pm  5:15 pm  6:30 pm  7:30 pm 

Break  RJ Team  J. Thieman + RJ  Team  Dinner  All  All 

      Friday 7‐04‐14 ‐‐‐ Departure  Time  Speaker  7:45 am  Continental  Breakfast  9:00 am             

  The Juno Mission 2015‐2017 and Radio Jove Observing  The Future of Radio Jove  Dinner in the NRAO Cafeteria  Hands‐On Radio Astronomy on the Lawn  Drake Lounge Open for Discussions and Social 

Topic  Continental Breakfast in the Drake Lounge   [NRAO Cafeteria is closed for the holiday]  Departure 

                      Cartoon by Nick D Kim. Strange‐Matter.net Used by permission 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

23

 

SARA at Claremore, Oklahoma Hamfest  Robert Tucker represented SARA at a booth at the Claremore, Oklahoma Hamfest March 7 and 8. This is the  second year Robert has set up a display for SARA promoting radio astronomy. 

Above‐ Robert’s wife, Marcia at the SARA display. Robert had an iPad with pictures from the 2013 Western  Conference held at the Very Long Array (VLA) at Socorro, New Mexico. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

24

 

Summary of 2014 SARA Western Conference ~ Bishop, California  Julian Jove    The 2014 SARA Western Conference was held in Bishop, California USA over the weekend of 22~23 March at  the Owens  Valley  Radio  Observatory  (OVRO)  and Holiday Inn  Express. Bill and Melinda Lord  again  worked  hard to get everything setup, and David Westman helped arrange our visit to the OVRO, which is about 27  road miles south of Bishop . Whitham Reeve, conference coordinator, did very little but, of course, took all  the credit as we have come to expect. We had 30± attendees at this year’s conference, and to my knowledge  there were no trouble‐makers in the group except, as usual, SARA president Bill Lord.     The format for this conference included presentations by SARA members and outside speakers and tours of  the  radio  telescopes  and  laboratory  facilities  and  shops  at  the  main  OVRO  site  in  Owens  Valley  and  the  CARMA (Combined Array for Research in Millimeter‐Wave Astronomy) site in the mountains east of OVRO.  Our morning session on Saturday was at Building 12 on the main site and included opening remarks by the  president,  an  introductory  astronomy  presentation  by  SARA  member  and  director  Tom  Hagen,  and  presentations  by  two  speakers  from  OVRO,  Stephen  Muchovej  and  David  Hawkins.  We  then  toured  the  aforementioned  sites  with  Mark  Hodges  (Design  Engineer)  leading  us  for  the  OVRO  tour  and  Nikolaus  Volgenau (Assistant Director of Operations) leading our tour of CARMA about 15 road miles from OVRO.     Pictured: Left‐to‐right, Front: Tom Hagen, Eric  Minassian, Stephen Muchovej, Ken Redcap, Scotty  Butler, Jerry Espada, Whitham Reeve. Next row:  Virginia Weisz, Karoline Abedi, Ray Fobes, Robert  Tucker, Karen Nelson, Lorraine Rumley, Stuart  Rumley, Lynne Gose, Jeff Gose, Karin Arnold, Fred  Miles, Wolfgang Arnold. Back row: Bill Lord, Mark  Hodges, Jim Moravec, Keith Weisz, Richard Rynne,  Nikolaus Volgenau, David Hawkins, Tom Butler,  Curt Kinghorn, Stan Nelson, Keith Payea, John  Roberts, JR Van Hise. Not pictured: Melinda Lord 

  We  finished  our  tours of  the OVRO  and CARMA  sites  early Saturday  evening and  had  our group  dinner at  Astorga’s Mexican Restaurant just outside Bishop on the North Sierra Highway (Highway 395). Astorga’s is  the only restaurant in town that could accommodate 30 people in one group on Saturday night. This worked  out quite well. We ate no end of chips and salsa and then had various Mexican dishes and drinks. Another  restaurant we found in Bishop that has great food and drink is the Back Alley – the restaurant in the local  bowling alley. The service there was excellent, and it actually is in the back alley behind our hotels.    We  continued  our  conference  on  Sunday  morning  in  the  “conference  room”  at  the  Holiday  Inn  Express  in  downtown Bishop,  across the street from SARA’s official hotel the Creekside Inn. The management of this  Holiday Inn Express must have been on vacation. On our arrival we were told by the front desk “nobody left  us a note or anything about this”. Melinda Lord, SARA Treasurer, had previously made arrangements for the  conference room but it was not setup for us and nobody there knew we were coming. Furthermore, it was  much  smaller  than  we  were  led  to  believe.  It  had  three  or  four  chairs,  a  table  and  a  projection  screen.  Melinda quickly took charge and grabbed a wrecking bar and industrial size reciprocating saw. In no time we  robbed the hotel’s dining area and every loose chair we could find and by 9:00 AM had 30 chairs setup in the  room. One of the hotel’s maintenance staff was very helpful, but he was the only one in the whole Holiday 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

25

  Inn Express Empire who could not care less about our previous arrangements. As it turned out we made out  okay  and  we  were  treated  to  numerous  technical  presentations  by  SARA  members  and  directors  (see  the  schedule  of  presentations  at  http://www.radio‐astronomy.org/node/160    and  their  abstracts  at  http://www.radio‐astronomy.org/node/).  Wolfgang  Arnold  manned  the  air  conditioning  controls  –  we  needed the refrigeration unit to cool the room with 30 people that was designed for 10.    Satellite Images of the Sites    Owens  Valley  is  approximately  250  miles  north  of  Los  Angeles  on  the  east  side  of  the  Sierra  Nevada  Mountains  not  far  from  nowhere.  The  image  below  is  for  30  km  altitude  and  shows  the  city  of  Bishop  in  upper‐left,  the  main  OVRO  site  in  lower‐middle  and  the  CARMA  site  at  middle‐right.  A  scale  bar  is  in  the  lower‐left. The main site is about 11 airline miles to the south and east of Bishop but the drive is closer to 27  miles. See satellite image from 3 km altitude below. The CARMA site is another 9 airline miles from OVRO  but requires driving about 15 miles into the mountains on a narrow, wandering road. A satellite image from  3 km altitude also is shown below.    Owens Valley from 30 km altitude

   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

26

  OVRO from 3 km altitude 

LWA

NRAO  Telescope

Solar Array

Building 12

40 m Telescope 

    CARMA from 3 km altitude

   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

27

  Photo Tour of Owens Valley Radio Observatory   

    Above: Building 12 on the OVRO site where we had presentations on Saturday morning in a  comfortable conference room. The building is conveniently located near the 40 m radio  telescope shown below. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

28

  The 40 m telescope rests on railroad  trucks and rails but the rails go nowhere.  It apparently was originally designed to be  part of a moveable array that was never  funded. The railroad tracks are massive. 

  A complete photo tour of OVRA and CARMA can be seen at http://www.radio‐astronomy.org/node/169      

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

29

 

Radio Astronomy Receivers  Bruce Randall, WD4JQV   

Nature of Radio Astronomy Signals  Radio Astronomy signals are generally of a random nature.  The random motion of atoms causes electrical  noise.  Thermal, synchrotron, and spectral line signals are all random signals. (Spectral lines do have a  random component.) These random nature signals have significant influence on the design of radio  astronomy receivers. The exception to random signals might be a SETI signal, if and when it is found.  Our  signals are noise to other radio users!  The receiver design rules are a bit different from a communications  receiver.    Most radio astronomy receivers are classified as radiometers.  A radiometer is a device that measures the  temperature of an object from the electromagnetic radiation given off by the object. In our case the  electromagnetic radiation is radio waves.  See Figure 1. There is an actual flow of power from the hot object  to the power meter via the radio waves and antenna.  The measurements from a radiometer are normally  given in terms of temperature.  The temperature is usually expressed as degrees above absolute zero or  Kelvin (K).  Even when the electromagnetic radiation is due to some mechanism other than physical  temperature, it is normally expressed as an equivalent temperature.  Because our signal is random noise, the  power meter will have an averaging mechanism to get a stable reading. 

 In radio astronomy, our hot object does not normally fill the view of the antenna, see Figure 2.   

  This results in the measured temperature being lower than the actual temperature of the object. If we can  not resolve the object with the antenna, we do not know the true temperature.  By 10% of the field of view  we mean 10% of the area as viewed by the antenna.    

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

30

  If the object is smaller and hotter it can result in the same receiver input temperature as shown in Figure 3.   The receiver sees the average temperature over its field of view. 

  Expressing the signal as a flux density in units of Janskys takes care of this for the radio telescope.  The  receiver itself will be characterized in measured temperatures.  If the angular size of the object is known, its  approximate physical temperature can be calculated from the flux density.  Note that the flux density  measurement includes antenna area, so indirectly, field of view.  Flux density is independent of the radio  telescope. 

  Total Power Receiver  Figure 4 shows a block diagram of a total power receiver.  It consists of bandpass filters (BPF) to select a  range of signal frequencies, an amplifier to bring these very weak signals up to a measurable power level,  and a power meter.  TA is the received signal from the antenna.  TN is the undesired noise generated by the  amplifier.  TN is often much larger than TA.  The power measured is defined by the laws of physics as: 

P = k ⋅T⋅ B    P is the power in watts.  k is Boltzmann’s constant. 1.38 × 10‐23  T is the absolute temperature in Kelvin.  It is the sum of TA + TN.  B is the receiver bandwidth in Hertz. 

  Because k is extremely small, the power level to the receiver is extremely small.  The amplifier has extremely  high power gain to produce a measurable power level.      As a practical matter, at least two bandpass filters are needed.  The first is between the antenna and the  amplifier to protect the amplifier from interference outside the frequency band of interest.  A second filter is  needed between the amplifier and power meter because any real amplifier generates noise power, both  inside and outside the band of interest.  The amplifier noise power in the band of interest is added to our sky   

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

31

  measurement.  The noise power that is outside the band of interest is removed by the second filter.  A  typical receiver is a superhetrodyne, which has many filters and amplifiers.    The power detector produces an output voltage that is proportional to the input power.  The input power is  proportional to input voltage squared, so the detector needs to be a “square law” detector.  Kraus [1] on  pages 7‐9 and 7‐10 points out the need for square law detection for both best sensitivity and ease of  telescope calibration.  Logarithmic power detectors, such as the Analog Devices AD8307 have been used in  radio telescope projects with some success.  The log power detector does limit sensitivity, but gives a very  large dynamic range that is needed for work such as solar flares.     The average function is shown outside the main receiver block, because it is handled differently in more  advanced receivers.  This function is labeled as an integrator in most references.  Mathematically it is a low  pass filter and not an integrator!  I have seen failed amateur radio telescopes because someone used an  analog integrator from an op amp design book where a low pass filter was needed.     Radio telescope sensitivity is the smallest temperature change that can be seen in the random noise of the  receiver output. The sensitivity of a total power receiver is defined as:                     ΔT =

T A + TN B ⋅τ

 

ΔT   is the minimum detectable temperature change of a receiver   TA    is antenna temperature.  This is the temperature of what the antenna sees.  TN    is the noise temperature of a receiver or amplifier.  B      is the bandwidth of receiver in Hz  τ is the receiver averaging time constant in Seconds.    In a communications receiver the best bandwidth is just large enough to pass the information in the signal.   In a radio telescope, larger bandwidth yields better sensitivity.  Remember our signal is noise.    For the sake of illustration, typical values will be assigned to the sensitivity formula:  TA  = 50K  TN  = 100K  B    = 1 × 106 Hz or 1MHz  τ    =  20 Seconds 

ΔT =

50 K + 100 K 10 6 Hz ⋅ 20 S

= 0.034 K  

  Note that a 0.034K change out of 150K is only about 0.02%.  The small change is the signal of interest.  It is  desired to remove the effects of temperatures not caused by the radio source of interest.  This leads into the  next receiver type.  Examples of the total power receiver are discussed in reference [2].   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

32

 

Total Power Receiver with Offset.  Subtracting an offset voltage from the output of a total power receiver allows making better use of the  receiver’s sensitivity.  See figure 5.  VBAL will be adjusted to be equal to the receiver output voltage with no  radio source in the antenna beam.  VBAL may come from a voltage source with a potentiometer or a  computer controlled Digital to Analog Converter (DAC).  Careful setting of this voltage will allow making best  use of the receiver sensitivity.  Note that TN, the receiver internal noise, has been moved outside the basic  receiver block because it is essential to understanding the adjustment of VBAL. 

  Once VBAL is set correctly the DC Amplifier gain can be set to a high value to allow seeing these very small  changes.  Any slight change in TN or receiver gain (G) will require readjustment of VBAL to keep the Analog to  Digital Converter (ADC) or recording device within its scale.     Another approach to acquiring VBAL is to measure the source of the noise we are subtracting out. This leads  into the next receiver type.        

Dicke Switch Receiver The Dicke switch receiver is a modification of a total power receiver.  See Figure 6.   It measures the  difference between the input signal and a constant temperature reference load (TR). TR is ideally equal to the  background antenna temperature. The two switches are flipped back and forth together. Typically the  switching frequency is in the area of 500Hz.      During the 1st half of the switch cycle R1 and C1 average the signal from the antenna.  This average will  reflect  ( TA + TN )⋅G.     During the 2nd half of the switch cycle R2 and C2 average the signal from the reference load.  This average  will reflect VBAL = ( TR + TN )⋅G.  This is essentially the same value of VBAL that would have been set with the  control in the Total Power Receiver with Offset.  The important difference is that this automatically adjusts  for changes in TN and G. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

33

 

  When the two averages are subtracted the result is    ( TA + TN )⋅G ‐ ( TR + TN )⋅G = ( TA ‐ TR )⋅ G    Notice that TN does not show up in the result.  The removal of TN⋅ G reduces the effects of gain variations.  This technique reduces the effects of receiver input noise variation and gain variation.   The Dicke receiver  would be of little value if total power receivers could be built with perfect gain stability.  In fact receiver gain  stability is one of the worst problems of radio astronomy receiver design and the Dicke switch receiver is  common.    Note that we pay a sensitivity penalty because the receiver looks at the sky only half of the time.  The  improvement in stability is a good trade off in most cases.      The receiver was drawn as shown to illustrate the evolution from a total power receiver with offset.  In most  Dicke switch receivers the output switch is arranged differently so that only one RC is used.  Also part of the  post detector amplification is done with an AC coupled amplifier between the total power receiver output  and the switch.  An AC coupled amplifier is OK here because we are interested in the changes in the total  power receiver output at the switching rate.    Dicke [3] used an interesting mechanical waveguide switch for the antenna switch in his original receiver.   Reference [2] shows a modern design approach to the Dicke switch receiver.  The 40 foot radio telescope at  Greenbank, WV uses a Dicke switch receiver.   

Noise Added Radiometer  Ohm and Snell, [4], show a design for a noise added radiometer.  This 1963 paper shows the advantage of  injecting noise via a directional coupler over using the switch as done by Dicke.  See Figure 7.  A directional  coupler can be made with a lower loss than a switch in the antenna circuit.  Like the Dicke receiver, the noise  added radiometer has two phases of operation.  The two phases are typically switched back and forth at a  500Hz rate    During the first phase the added noise is turned off, so the receiver is acting as a normal total power  receiver.  This is averaged R1 C1 as the “A” signal into the computing block. 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

34

 

  During the second phase the added noise is turned on.  In a typical case the noise source is 10,000K and the  directional coupler that adds this noise has a ‐30dB coupling factor.  ‐30dB is a 1:1000 power ratio so TI looks  like 10K added temperature from the antenna.  Both directional couplers and noise source can be made to  very high degrees of accuracy, so this added 10K can be very accurate.  This receiver output is averaged in R2  C2 as the “B” signal into the computing block.    The computation output is:    Out   = 

(T A + TN ) ⋅ G A   =     (T A + TN + TI ) ⋅ G − (T A + TN ) ⋅ G B− A

Note that G cancels out, and after we combine terms we get:  Out   = 

TA + TN   TI

  Note that receiver gain variations are totally removed from the result.  TA+TN  is given in units of TI.   If we  multiply Out by TI  the result is TA+TN as an actual temperature.  Ohm and Snell did all the computation on  analog signal using vacuum tubes.  A modern approach to this would use high resolution ADCs on the A and  B signals, then do the temperature calculations with a digital computer.  Reference [5] addresses this.       In a 2008 paper [5] a noise added radiometer for detecting forest fires is shown.  This radiometer used a  12GHz Satellite TV LNB with a precision noise source and a precision directional coupler.  The remainder of  this receiver was made from inexpensive components.  The clock, or timing function, and everything after  the total power receiver was implemented with an 8051 microcomputer chip.  The 8051 sent the measured  results to a computer via an RS232 serial link.       If a receiver with accurate calibration is needed, this approach is viable.  Reference [5] is available on the  internet for free, and is worthwhile reading.   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

35

 

Simple Interferometer  A simple interferometer consists of two antennas with a signal combiner connected to a total power or Dicke  switch receiver.  The antennas are spaced some distance apart to create an interference pattern.  The  receiver itself performs the same as it does in single antenna applications.   

Other Receivers  The following receivers will be discussed in a future articles: Phase Switched Interferometer, Correlation  Interferometer, Spectrometer, Pulsar Processing Receiver, and SETI Receiver   

Appendix of terms  B     Bandwidth of receiver in Hz  G     Power Gain of an amplifier  k      Boltzmann’s  constant  = 1.38 × 10‐23  Joules / Kelvin  K      Kelvin unit of measure for temperature.  It does not use the degree (°) symbol.  P      Power in watts  τ       Receiver averaging constant in Seconds  T      Temperature in K.  Radio astronomy temperatures are always in K.  TA    Antenna temperature.  This is the temperature of what the antenna sees.  TI     Injected noise level for a noise injection radiometer.  TN    Noise temperature of a receiver or amplifier.  TR    Reference Temperature for a Dicke switch receiver  ΔT   Minimum detectable temperature change of a receiver   

[1] John D. Kraus, Radio Astronomy, 2nd Edition, Powell, OH, Cygnus‐Quasar Books, 1986.  [2] Niels Skou and David LeVine, Microwave Radiometer Systems Design and Analysis, Norwood, MA, Artech  House Inc., 2006.  [3] R. H. Dicke, “The Measurement of Thermal Radiation at Microwave Frequencies”, The Review of Scientific  Instruments,  Volume 17, Number 7, July 1946.      [Online] http://www.eng.yale.edu/rslab/internal/Papers/dickepaper.pdf   [4] E. A. Ohm and W. W. Snell, “A Radiometer for a Space Communications Receiver,” Bell System Technical  Journal, September 1963, pp 2047‐2080.  [5] F. Alimenti, S. Bonafoni, S. Leone, G. Tasselli, P. Basili, L. Roselli, K. Solbach,  “A Low‐Cost Microwave  Radiometer for the Detection of Fire in Forest Environments” IEEE Transactions on Geoscience and Remote  Sensing, Sept. 2008, pp. 2632 ‐ 2643. Paper can now be acquired for free.  [Online] http://www.researchgate.net/publication/3205975_A_Low‐ Cost_Microwave_Radiometer_for_the_Detection_of_Fire_in_Forest_Environments   

Biography of Bruce Randall  Bruce Randall was born in 1949, so he is getting to be an old timer.  Bruce got his first  ham radio license in 1966.  He has worked as an electronic engineer since 1978, with  involvement in analog circuit design.  His hobbies include astronomy, ham radio and  radio astronomy.  Bruce also enjoys canoeing and hiking, as time permits.  He also  fiddles with a 1972 MG sports car.  His experiments with radio astronomy started in  1990, in the days of the chart recorder as the output device.  He is interested in  interferometers and possible extended baselines in the future.   

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

36

 

Noise|| Noise: Y‐factor versus Signal‐to‐Noise Ratio  Christian Monstein and Whitham D. Reeve    Often when people talk about noise, one is never sure what they are really talking about. Even scientists sometimes mix  up the two noises, one based on the Y‐factor and the other based on a comparison to the background noise. In this  paper we explain the difference and use the observation of solar radio bursts to illustrate some practical calculations.  

  Keywords: Callisto, Y‐factor, signal‐to‐noise ratio, SNR    Introduction  Gaussian noise, also called Additive White  A radio telescope’s sensitivity is a measure of the weakest  Gaussian Noise (AWGN), is noise that has  celestial radio emission that can be detected with confidence.  probability density function equal to a  Sensitivity is directly related to the errors of measurement. The  normal distribution, the familiar bell‐ emissions (“signals”) we measure usually appear as a small  shaped probability plot shown below. The  change in the receiver output as the radio source passes through  area under the probability plot between  two points is the probability that the  the antenna beam or, as in the case of solar radio bursts, as an  amplitude will fall within those two  increase above the background noise level. The measurement  points.  errors and detection limits are determined by the fluctuations in  the receiver output. Noise, which is inevitable, causes these  fluctuations. There are many causes of noise and not all of them  e d tu are completely random and follow a normal, or Gaussian,  li p m a distribution (see sidebar Gaussian Noise); nevertheless, we can  e is o assume they are Gaussian to simplify the mathematics needed  N to analyze the radio telescope outputs.  Time   Noise || Noise  Noise has zero average amplitude around its mean value, but the mean value itself does not have to be zero.  For example, if the output of a 5 Vdc power supply is closely examined, there will be in addition to ac ripple  some random noise due to the semiconductors (shot noise) and resistors (Johnson noise) in the power  supply. The average, or mean, value of this noise will be 5 V. The noise amplitude about the mean is  described by its standard deviation, usually indicated by the symbol σ (sigma). In spreadsheet programs it is  indicated by the function STDDEV. The root mean square (rms) amplitude of noise equals 1 standard  deviation, or 1σ. If we make a large number of instantaneous noise amplitude measurements, approximately  68.3% will fall within ±1σ of the mean and about 99.7% will fall within ±3σ. The equation for σ is described in  any statistical mathematics handbook (for example, see [Davenport]).    We can calculate the properties of emissions received by our radio telescopes in a couple ways. First, we can  measure the ratio of the emission’s peak noise power to the mean value of the background noise power.  This is called the Y‐factor. We also can measure the ratio of the received emissions noise power (“signal”) to  the statistical variations in the background noise amplitude. This is called the signal‐to‐noise ratio, SNR, or,  because all signal measurements include noise, it is more accurately signal + noise‐to‐noise ratio. Y‐factor is  often confused with SNR, but the two measurements are not the same.    Y‐Factor || Signal‐to‐Noise Ratio  As mentioned above, the Y‐factor is the ratio of two noise power levels. In the two examples that follow, we  measure one power at the peak of a received emission (hot measurement) and the other at the average  + 4 s + 3 s + 2 s + 1 s 0 – 1 s – 2 s – 3 s – 4 s – 5 s

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

37

  value of the background noise (cold measurement). It should be noted that the hot measurement includes  background noise.     Y is calculated from     

[1] 

  where I0 is the average noise power or intensity and I1 is the noise at the peak of the output. Usually the Y‐ factor is expressed in dB, or     

[2] 

  Y‐factor is widely used in measuring the gain, noise temperature and noise factor of an amplifier. The Y‐ factor also is important in describing the radio telescope front end, which is the subsystem that converts the  incoming radiation into an electrical signal compatible with the detector system. The components  influencing the Y‐factor are the radio source’s flux, antenna effective area, noise figure of the low noise  amplifer (LNA) at the antenna and the level of background noise power. The background noise itself is a  combination of the galactic background, including cosmic microwave background (CMB) radiation, internal  noise of the first amplifier and spillover from the ground and a few other minor contributions.    Signal‐to‐noise ratio compares the peak intensity of the received emissions to the statistical characteristics  of the background noise itself. Since the emissions received on Earth from most celestial radio sources are  very weak, they are easily masked by the excursions of the background noise. If the rms of the noise is too  high, a weak emission may be buried within it and undetectable. Therefore, the rms of the noise or some  multiple of the rms indicates the detection probability. For example, an output due to the received  emissions increasing > 2σ above the mean noise might be considered significant because the probability of  such an output caused by ordinary noise is only 0.02. If we require higher confidence, the output must  increase by a higher multiple. If the output increase is > 3σ, the probability that it is ordinary noise decreases  to 0.001. Multiples of 2 to 5 are common.    The signal‐to‐noise ratio is defined as     

[3] 

  where σ denotes the rms of the background noise level. Usually the SNR is expressed in dB, or     

[4] 

  Example 1  To illustratethe difference in signal‐noise and background‐noise, we use light‐curve data from a solar radio  burst in the VHF range; see figure 1. The burst’s peak intensity occured near 129.4 MHz, so we can copy and  paste the data at that frequency from the associated 2‐dimensional spectrum (intensity, frequency and time)  into a spreadsheet or other program and plot it; see figure 2. We need to make several calculations at the  frequency in question to determine the Y‐factor of the burst andbthe signal‐to‐noise ratio of the burst.  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

38

    We used an 8‐bit Callisto for our measurements. The measured intensities are proportional to the loading of  Callisto’s analog‐digital converter (ADC), expressed in digits. For an 8‐bit ADC the loading can vary from 0 to  255. In our example radio burst, the peak intensity I1 = 185 digits and the background‐noise intensity I0 =  121 digits. In this case, the Y‐factor is 1.52 (Eq. [1]) or 1.84 dB (Eq. [2]). Both values used to calculate the Y‐ factor have a common reference (zero ADC loading).    We can derive σ (rms noise or STDDEV) directly from the background noise by measuring its peak‐peak  power amplitude. We mentioned earlier that multiples of σ in the range 2 to 5 are common. If we choose 3σ  for reliable detection, then the peak‐peak noise is ± 3σ = 6σ. The minimum and maximum noise powers  marked by blue dashed lines in figure 2 are designated s0 and s1. Their difference is set to 6σ, or      [5]    and         In our example (figure 2), the noise is given by an upper value s1 = 128 digts and a lower value s0 = 123  digits. Therefore, the noise σ = (128 digits – 123 digits)/6 = 0.83digits. We can now calculate the SNR from  Eq. [3], or snr = (185 digits – 121 digits) / 0.83 digits = 77.1 or 18.9 dB.     

    Figure 1~ Two‐dimensional spectrum plot of a typical solar radio type II burst observed at Siberian Solar Radio  Telescope SSRT in Badary near Baikal Lake, Russia. We use the data from this spectrum to calculate the Y‐factor and  SNR at the peak of the burst around 129.4 MHz.   

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

39

 

    Figure 2 ~ Light‐curve extracted from figure 1 at 129.4 MHz showing peak signal amplitude above the background noise  of the observed burst (difference between red dashed lines I1 and I0). I0 itself describes the background noise level.  The blue dashed lines labeled s1 and s0 describes the 6 sigma (or 6 rms or 6 stdev) noise variance. 

  Conclusion  We tried to explain the difference between Y‐factor and signal‐to‐noise ratio (SNR) which, in fact are totally  different but colloquially treated as more or less the same. Be careful when discussing about noise, your  discussion counterpart may talk about something else.    Links:  Callisto general information: http://www.e‐callisto.org/    References and further reading  [Benz (2004)] Arnold O. Benz, Christian Monstein and Hansueli Meyer, CALLISTO, A New Concept for Solar  Radio Spectrometers, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 2004   [Davenport] William Davenport, Jr. and William Root, An Introduction to the Theory of Random Signals and  Noise, IEEE Press, 1987   

                      Above‐ The “Big Ear” Telescope located on the grounds of the Perkins Observatory at Ohio Wesleyan University from  1963 to 1998.  http://www.bigear.org/  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

40

 

Radio, Magnetic and (Possible) X‐Ray Observations of the X1 Solar Flare on 29 March 2014  Whitham D. Reeve     

1. Introduction    The observations reported here are of an impulsive class X1 flare that occurred at solar active region 2017  on 29 March 2014. This flare peaked at 1748 UTC (Coordinated Universal Time) and produced emissions over  a wide frequency range for almost 30 minutes. The radio and magnetic observations are certainly associated  with the flare, but the radiation observations could be a coincidence as discussed later.    “A flare is defined as a sudden, rapid, and intense variation in brightness. A solar flare occurs when magnetic  energy that has built up in the solar atmosphere is suddenly released. Radiation is emitted across virtually the  entire electromagnetic spectrum, from radio waves at the long wavelength end, through optical emission to  x‐rays and gamma rays at the short wavelength end. The amount of energy  released is the equivalent of millions of 100‐megaton hydrogen bombs exploding  Note: Links in braces { } and  references in brackets [ ] are  at the same time!” (from “What is a Solar Flare {NASA1}; see also the NASA Solar  provided in section 6.  Flare Theory educational web page {NASA2}).      

2. Reported Details    The X1 flare was summarized by Space Weather Prediction Center (SWPC) as a “complex Castelli‐U radio  burst signature with a notable burst of 110,000 sfu on 245 MHz” {SWPC1}. SWPC provided additional details  in the events list for 29 March {SWPC2} (table 1).    Table 1 ~ Events reported by Space Weather Prediction Center for the X1 flare on 29 March 2014    8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690 8690

#Event Begin Max End Obs Q Type Loc/Frq Particulars Reg# #------------------------------------------------------------------------------1735 1748 1754 G15 5 XRA 1-8A X1.0 4.2E-02 1738 1746 1816 HOL 3 FLA N11W32 2B ERU 1745 1747 1748 SAG G RBR 4995 650 CastelliU 1745 1746 1749 SAG G RBR 8800 1100 CastelliU 1745 1746 1748 SAG G RBR 15400 1000 CastelliU 1745 1746 1748 SAG G RBR 2695 360 CastelliU 1745 //// 1749 SAG C RSP 025-180 III/3 1745 1747 1749 SAG G RBR 410 1100 CastelliU 1745 1746 1748 SAG G RBR 1415 280 CastelliU 1745 1747 1751 SAG G RBR 245 110000 CastelliU 1745 1746 1748 SAG G RBR 610 420 CastelliU 1753 //// 1801 SAG C RSP 025-180 II/3 4508

2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017

  Key to Events table:  Begin, Max, End   Times for event beginning, maximum and ending  Obs   Observatory: G15 = GOES 15; HOL = Holloman AFB, New Mexico  USA; SAG = Sagamore Hill, Massachusetts USA  Q   Quality for optical: 1 (lowest) to 5 (highest); G = Good, C = Corrected  report  Type   XRA = X‐ray event from GOES spacecraft; FLA = Optical flare in H‐ alpha; RBR = Fixed frequency radio burst; RSP = Sweep frequency  radio burst  Loc/Freq  Location or Frequency:  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

41

  Particulars  

Reg# 

Additional information on the basis of report type: For radio bursts:  Flux in sfu; For radio sweeps: Burst type and intensity; for XRA: X‐ray  class; for FLA: Importance and brightness  Solar region number assigned by SWPC 

   

3. Observations    Solar flares are unpredictable and the ones I have detected all  Abbreviations produced surprising and interesting results. For this flare, I  HF:  High frequency (3 ~ 30 MHz)  observed HF spot frequencies 20.0 and 25.2 MHz, HF spectrum  from 18 to 30 MHz, geomagnetic effects at 0.1 Hz sampling rate  UHF  Ultra‐High Frequency (30 ~ 300 MHz  and possible radiation effects at gamma or x‐ray energies above  UTC  Coordinated Universal Time  7 keV. I also refer to spectrum observations from 45 to 80 MHz  VHF  Very Higher Frequency (300 ~ 3000 MHz)  and 220 to 450 MHz by fellow e‐Callisto observer and colleague  Stan Nelson in Roswell, New Mexico (see {Meteor}).  Instrumentation is briefly described in section 4. For additional information on e‐Callisto solar radio  spectrometer network see {e‐Callisto} and for e‐Callisto data see {eC‐Data}.    HF Spot Frequencies: Two spot frequencies, 20.0 and 25.2 MHz, were recorded (figure 1). Peak noise  temperatures reached slightly above 82 million kelvins at 20 MHz and 30 million kelvins at 25.2 MHz.    

    Figure 1 ~ Calibrated Radio‐SkyPipe chart showing spot frequency noise temperature for a 5 min period centered on the  solar flare time. Peak intensity received by this system was slightly more than 82 million kelvin at 20.0 MHz and 30  million kelvin at 25.2 MHz. 

  HF Spectrum: Continuous coverage from 18 to 30 MHz was recorded with 30 kHz resolution (figure 2). The  spectrogram shows a series of radio bursts whose lower frequency slowly drifts upward over a 3 minute  period.   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

42

 

    Figure 2 ~ Uncalibrated RadioSky‐Spectrograph spectrogram showing continuous frequency coverage from 18 to 30  MHz (30 kHz resolution). The color gain on the spectrogram was turned up to bring out the radio burst features but also  brought out the radio frequency interference. The diagonal striping is thought to be from powerline noise and is  evident throughout the spectrum, and additional RFI is shown by the thick horizontal line at 21.3 MHz.  

  VHF Spectrum: Continuous coverage from 45 to 80 MHz was recorded with 175 kHz resolution at Roswell,  New Mexico USA (figure 3). The solar radio burst associated with the flare had a complex spectral shape with  a deep dip in background noise at 1748. SWPC reported Type III (fast sweep) radio bursts from 1745 to 1749  and Type II (slow sweep) radio burst from 1753 to 1801 within the frequency range 25 and 180 MHz.   

    Figure 3 ~ Uncalibrated spectrogram showing continuous frequency coverage from 45 to 80 MHz. This spectrogram was  prepared using Callisto data provided by Stan Nelson in Roswell, New Mexico. Note the deep dip in background noise  between 45 and 55 MHz at 1748. 

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

43

  VHF/UHF Spectrum: Continuous coverage from 220 to 450 MHz was recorded with 1.15 MHz resolution at  Roswell, New Mexico USA (figure 4). The spectrum at these higher frequencies was not as complex as at  lower frequencies. The radio flux density at 245 MHz was reported by SWPC as 110 000 sfu (solar flux unit,  where 1 sfu = 10‐22 W/(m2‐Hz)).   

    Figure 4 ~ Uncalibrated spectrogram showing continuous frequency coverage from 220 to 450 MHz. The peak intensity  (yellow area) occurred near 245 MHz at 1748, the same time reported by SWPC for peak x‐ray flux.  

  Geomagnetic Effects: Geomagnetic effects from a solar flare generally occur only if an Earth‐directed coronal  mass ejection (CME) is associated with it, and those effects occur 2 to 9 days afterwards due to the relatively  slow speed of the CME. However, occasionally, simultaneous effects are registered if the geomagnetic  observatory is on the sunlit side of Earth at the time of a strong flare. I have observed these effects 1 or 2  times per year. In the case of the 29 March flare, a rare magnetic crochet registered on my magnetometer  (figure 5). The name is given because the trace looks like a crochet hook, which is a tool used to draw thread  or yarn through knotted loops.    Radiation: Radiation observations are obtained in counts per minute – a relative indicator of the amount of  radiation present. The coincidence monitor in this system logged 9 counts/min of simultaneous radiation  detection by two sensors at about 2015 on 29 March, 2.5 h after  Gamma and X‐Rays  the solar flare, and also at about 1106 on 31 March, 42 hours  after the flare (figure 6). The detector has been in operation since  Gamma rays generally are energetic photons  considered to have energies > 100 keV and,  May 2011, and I have never before seen 9 counts per minute of  according to the Planck relation, have frequencies  19 on the order of > 10  Hz (10 EHz) or wavelengths  coincidence. Peak coincidence counts/min of 4, 5 and 6 are fairly  ‐11  3 MeV; Beta > 50 keV; gamma/x‐ray > 7 keV. For additional detail, see {GM10}.     

5. Conclusions    The X1 solar flare of 29 March 2013 was observed over a very wide radio frequency range and caused a  rarely observed simultaneous geomagnetic effect called a magnetic crochet. Also, a radiation detector at  Anchorage, Alaska measured elevated coincidental counts from two independent radiation detectors 2.5  and 42 hours after the burst. Whether or not these counts were direct effects of the solar flare is  inconclusive.     

6. References and Links    [RAE]  Royal Academy of Engineering, Extreme Space Weather: Impacts on Engineered Systems and  Infrastructure, February 2013, ISBN 1‐903496‐95‐0    {e‐Callisto} http://www.e‐callisto.org/ 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

46

  {eC‐Data}  {GM10}  {Meteor}  {NASA1}  {NASA2}  {SWPC1}  {SWPC2}     

http://soleil.i4ds.ch/solarradio/callistoQuicklooks/  http://www.blackcatsystems.com/GM/page5.html  http://www.roswellmeteor.com/  http://hesperia.gsfc.nasa.gov/sftheory/flare.htm  http://hesperia.gsfc.nasa.gov/sftheory/frame1.htm  http://www.swpc.noaa.gov/ftpdir/forecasts/discussion/03291230forecast_discussion.txt  http://www.swpc.noaa.gov/ftpdir/indices/events/20140329events.txt 

7. Acknowledgements    I am grateful to Stan Nelson of Roswell, New Mexico for the use of his Callisto data.   

                                                CARMA Telescope photo courtesy of Whit Reeve

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

47

 

DETECTION OF JOVIAN VLF NOISE  John Avellone/SARA  [email protected]    Introduction:    This article was developed in response to the presentation by David E. Fields at the 2011 SARA Conference:  “Detection  of  Jupiter  Radio  Emissions  well  below  the  Plasma  Cutoff  Frequency  ‐  Implementations  for  SID  Monitoring”. The following questions are addressed:  I. Does Jupiter produce VLF (very low frequency) noise?  II. Can Jovian VLF noise propagate through the Earth’s ionosphere?  III. Did Nikola Tesla detect Jovian VLF noise?  IV. Can an amateur experiment detect Jovian VLF noise?    I.  Jupiter produces VLF noise    A.  The  two  Voyager  spacecraft  made  possible  investigation  of  some  of  Jupiter’s  radio  emissions  at  close  range  and  down  to  very  low  radio  frequencies  (VLF).  Data  collected  led  to  discovery  of  two  distinct  components of radiation at kilometer wavelengths.    B. The two components are broadband and narrowband kilometric burst radiation. The spectral profiles of  these components are shown in Figure 1. (Taken from reference [1])  Both components are characterized by  typically two hour duration.   

C. The source of the broadband component (10 to 1000 kHz) is centered on the central meridian longitude  (CML) of  Jupiter’s north magnetic pole  (CML =  200  degrees). Note: This  is the “A” region  on Jupiter’s high  frequency (HF) radio emission map.    D.  The  narrowband  component  (100  kHz,  +/‐  20  kHz)  seems  to  originate  from  a  region  8  to  9  Jovian  radii  from the cloud top level.    E. Thus, Jupiter’s “A” region (CML=200 degrees) is a source of strong VLF broadband burst emission.   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

48

 

  Figure 1. The two components of radiation at kilometer wavelengths are broadband and narrowband kilometric burst  radiation. The spectral profiles of these components are shown above. 

  II. Jovian VLF can propagate through the Earth’s  ionosphere     A. The following discussion summarizes the relevant points from ref [2].    B.  Basically  the  right  ‐  hand  ‐  circularly  polarized  (RCP)  extraordinary  VLF  wave,  as  defined  by  the  Appleton  ‐  Hartree equation, Figure 2 (Taken from reference [2]), can propagate along a geomagnetic field line through the  night time  ionosphere down to the surface with little attenuation. This was experimentally validated by the U. S.  Navy  LORIS  tests  (in  1961)  demonstrating  detection  of  an  18  kHz  signal  transmitted  from  the  ground  to  a  satellite.   

  March- April 2014

Radio Astronomy

  49

 

  Figure 2‐ the Appleton ‐ Hartree equation 

  C. For possible night time detection of RCP Jovian VLF bursts, the magnetic field’s inclination at the location of  the ground observer would have to match the planet’s altitude at a time when the Jovian CML was about 200  degrees.  The  possible  window  of  frequencies  present  and  able  to  pass  through  the  ionosphere  with  minimal  attenuation looks to be from 10 kHz up to perhaps 200 kHz. The lower limit (10 kHz) represents the lower cutoff  of the Jovian kilometric radiation. The upper limit (200 kHz) is controlled by the index of refraction of the Earth’s   

  March- April 2014

Radio Astronomy

  50

  ionosphere to the RCP extraordinary wave. Figure 3 (Also taken from reference [2]) shows this upper frequency  cutoff.   

  Figure 3 

   

  March- April 2014

Radio Astronomy

  51

  III.  Did Nikola Tesla detect Jovian VLF noise?   

  A. Probably not.    B. In reference [3], Corum and Corum propose that Nikola Tesla may have aurally detected Jovian noise bursts,  on one evening in late July 1899, while testing the sensitivity of his radio receiver during his Colorado Springs  experiments. The particular event they identify was a Jovian Non ‐ Io ‐ A storm predicted to have occurred on  07/21/1899  between  7:41  and  9:12  PM  local  time  (07/22/1899/02:41  ‐  04:41  UT).  From  his  Colorado  Springs  Notes  [4],  Tesla  was  indeed  working  on  receiver  circuits  on  21  July,  but  (some  ambiguity  here)  was  actually  operating the receiver, and listening aurally to distant thunderstorms, late on the evening of 28 July. Again from  the  “Notes”  (and  again  with  some  ambiguity)  it  seems  to  be  during  this  listening  period  that  Tesla  later  concluded (letter to the Red Cross, etc) that he had possibly heard extra ‐ terrestrial signals. To quote from the  “Notes”: “We have a message from another world, unknown and remote. It reads: one...two...three”. From one  Tesla biographer [5]: “Another of Tesla’s claimed discoveries at Colorado Springs came late one night as he was  working his powerful and sensitive radio receiver. Only the elderly Mr. Dozer, the carpenter, remained on duty.  Suddenly the inventor became aware of strange rhythmic sounds on the receiver. He could think of no possible  explanation for such a regular pattern unless it was an effort being made to communicate with Earth by living  creatures  on  another  planet.”  This  rather  dramatic  conclusion  may  be  explained  by  comments  from  another  biographer  [6]:  “Tesla,  as  one  of  numerous  adherents  to  the  group  ‐  fantasy  belief  that  Mars  was  inhabited,  assumed that the impulses stemmed from there”.    C.  If  it  is  assumed  that  Tesla  actually  heard  something,  as  opposed  to  imagining  a  signal  amid  the  noise  background,  what  are  the  possible  sources?  It  is  unlikely  to  have  been  Jupiter.  There  was  another  Jovian  “A”  event  on  28  July,  around  8:30  PM  local  time.  However,  Tesla  detected  the  “numbers  signal”  late,  around  midnight. This would have been two to three hours after the “A” event and around the time of Jupiter’s setting.  As an alternative, there may have been a real signal to detect. To again quote a biographer [6]: “On July 28, the  very  date  it  has  been  hypothesized  that  Tesla  received  the  signals,  Marconi  was  with  the  British  Admiralty...demonstrating  his  wireless  apparatus  between  ships  in  mock  battle  maneuvers  over  distances  of  thirty miles, fifty‐five miles and eighty‐six miles (95 miles from [7])”. Ref [7} further specifies that the ships were  the two fast scout cruisers HMS EUROPA and HMS JUNO and the capital ship HMS ALEXANDRA. The ships were  fitted with aerials 150' high. Elsewhere in ref [7] is this description of operation of a Marconi shore transmitting  station: “...sparks a foot long and thick as a man’s wrist were being generated in sequence of three short bursts  (5  seconds  long  for  a  “dot”).  The  ground  shook  each  time  the  transmitter  fired  the  dots  of  the  letter  “S”  (dot...dot...dot)  in  Morse  code”.  To  go  back  to  ref  [6]:  ...”If  Tesla  was  monitoring  his  equipment  at  twelve  midnight, it would have been about 8 AM in England, so the times correlate as well...he (Tesla) unfortunately  provided, through Marconi’s piracy, the very oscillators used to transmit the signals. The transmitter on the high  seas,  therefore,  was  attuned  to  the  receiving  equipment  in  Colorado”.  As  a  side  note,  Corum  and  Corum  [3]  estimate that the design of Tesla’s coils would have worked down to 10 kHz. In his “Notes”, Tesla calculated that  his transmitter coils could achieve frequencies around 40 kHz.    D. Thus, if Tesla did hear a real signal around midnight on 28 July 1899, it was likely the Morse code letter “S”  transmitted  by  his  rival,  Marconi,  an  ocean  and  half  a  continent  away.    This,  by  itself,  was  a  tremendous   

  March- April 2014

Radio Astronomy

  52

  accomplishment.      IV. An experiment to detect Jovian VLF 

  A. EQUIPMENT    1. A simple loop antenna. This consisted of 4‐ conductor flat telephone cord wrapped three times around the  circumference  of  a  36"  diameter  child’s  plastic  play  hoop,  offset  and  cross  connected.  This  loop  does  well  in  monitoring  the  24  kHz  NAA  VLF  signal  for  sudden  Ionospheric  disturbance  (SID)  events.  To  roughly  orient  the  plane of the loop to approximate Jupiter’s position when near the local meridian, it was suspended in a vertical  east  ‐  west  plane.  A  loop  is  capable  of  receiving  both  circularly  and  linearly  polarized  radiation,  but  cannot  distinguish between the two.    2. A VLF to HF up‐converter. This was built [8] from an article in the November 2009 issue of QSL magazine. The  converter  takes  all  frequencies  picked  up  by  the  loop,  filters  out  all  those  above  500  kHz,  adds  4.0  MHz  and  amplifies the resulting sum frequencies.    3.  One  or  two  general  coverage  FM/AM/SW/LW  receivers  (SANGEAN  808  and  803).  The  output  from  the  up‐ converter was fed to the “external antenna” jack on the receivers. The receivers were tuned to a SW frequency  equal to the VLF frequency selected plus 4 MHz.    4. The audio output from the receivers was taken to the “line” jack of a soundcard in a desktop PC running “Sky  Pipe” at 10 samples per second.    B. RECORDING PROCEDURE    1. Hours ‐ long VLF recordings were made at frequencies from 5 to 40 kHz that included periods when Jovian “Io‐ A” and “Non‐Io‐A” events were predicted by Radio Jupiter PRO 3.     2. Each collection run was later edited in time span and adjusted in amplitude to make visual evaluation of the  resulting  printed  charts  easier.  In  general,  these  charts  showed  a  great  deal  of  interference,  both  from  local  electrical equipment (QRM) and distant natural sources such as lightning accompanying weather fronts (QRN).     3.  The  basic  question  that  needed  to  be  addressed  was  what/how  to  identify,  evaluate,  or  quantify  any  VLF  activity spikes present on the charts. From previous work, it seemed pointless to attempt an exact burst by burst  correlation of time of a VLF spike with the time of a HF spike. Instead, the more basic approach of looking for  periods  of  “clumping”  of  the  VLF  spikes  was  adopted.  This  method  has  good  precedent.  It  was  basically  that  used by Burke and Franklin in their 1955 investigation first identifying HF noise bursts with Jupiter [9]. Many of  the charts exhibited some degree of “clumping”. Figure 4 shows a good example.     

  March- April 2014

Radio Astronomy

  53

 

 Figure 4‐ Example of “clumping” of the VLF spikes 

4. In analysis of the collected data, the degree of, and times of, VLF event clumping, versus the time of CML =  200 degrees, the altitude of Jupiter at CML = 200 degrees, and the presence or absence of Io were examined.    C. THE COLLECTED DATA SET    1. About  27  VLF data runs, totaling  about 182 hours of collection were recorded  between 06 December 2013   

  March- April 2014

Radio Astronomy

  54

  and  28  February  2014.  Table  1  summarizes  the  basic  parameters  of  these  observations.  In  the  table,  the  respective columns describe:    o Date of the collection (MM/DD/YY)  o Start/Stop times (hh/mm‐hh/mm, in UT)  o Time of CML = 200 degrees  o Altitude of Jupiter at CML = 200 degrees  o Was it a Io‐A (“IA”) or a Non Io‐A (NIA) event  o The VLF frequency/frequencies used (in kHz)  o Did “clumping” occur during the recording (“Y”/”N”)  o Was “clumping’ observed at CML = 200 degrees (“Y”/”N”)    TABLE 1 ~ VLF OBSERVATIONS    DATE   12/06/13   12/11/13    12/29/13    12/30/13    12/30‐31/13    01/01/14   01/03‐04/14  01/06/14   01/07‐08/14  01/09‐10/14  01/14/14   01/17/14    01/23/14    01/24/14    01/25‐26/14  01/30/14   01/31/14     02/06/14   02/07/14   02/08/14   02/09/14   02/10/14    02/17‐18/14  02/20/14   02/23/14   02/25/14   02/28/14    

START/STOP  0440‐0450   0107‐0147  0500‐1200  0600‐1400  2300‐0100 

CML200  0440  0200  0610  1230  2345 

ALT  IA/NIA?  40       IA   16       IA   75       IA   00       NIA  18       IA  

FREQ     CLUMPING?  19  Y   19  N   10  Y   10  Y   10  Y? 

AT CML200?  Y  N  Y  N  Y? 

0315‐0515  2300‐1300  1000‐1200  2300‐0400  2300‐0400  0800‐1200  0000‐1200  0000‐0800  0000‐1200  2200‐0100  0000‐1000  0300‐1100 

0345  0600  1145  0015  0015  0900  0645  0130  0700  2345  0220  0830 

60       NIA  75       NIA  12       IA   30       IA   30       IA   30       IA   60       NIA  48       IA   38       NIA  40       NIA  70       IA   20       NIA 

05 & 10  10  12 & 19  19  12 & 18  19  17  19  18  19  18  20 

Y(@10)  Y   N   Y   Y?   N   Y   Y   N  N   Y    Y? 

Y  Y?  N  N  N  N  Y  Y  N  N  Y  N 

0315‐0915  0500‐1100  2000‐2400  2000‐2400  0600‐0900  2030‐0430  0100‐1300  0230‐1230  0000‐1000  0030‐0830 

0300  0820  2040  2030  0600  2040  0430  0220  0315  0100 

70       IA   20       NIA  08       IA   15       IA   37       NIA  20       NIA  60       IA   70       IA   62       NIA  73       NIA 

19  19  19  19  18  19  30 & 40  18 & 19  18  18 

Y  Y?  Y  Y  N   Y?   Y   Y   Y  Y 

Y  Y?  Y?  Y?  N  N  Y  N  Y  Y 

 

  March- April 2014

Radio Astronomy

  55

  D. VLF DATA ANALYSIS    1.  The  observations  summarized  in  Table  1  were  grouped  into  three  subsets  depending  on  the  degree  of  VLF  clumping around the time of CML = 200 degrees and compared with the altitude of Jupiter and the Io/Non Io  condition.    GROUP 1: Good Clumping at CML 200    Date                    Altitude     IA/NIA?  12/06/13             40               IA  12/29/13             75               IA  01/30/14             70               IA  02/06/14             70               IA  02/20/14             60               IA  02/25/14             62               NIA    GROUP 2: Weak Clumping at CML 200  Date                   Altitude      IA/NIA?  01/01/14            60               NIA  01/03‐04/14       75               NIA  01/17/14            60               NIA  01/23/14            48               IA  02/07/14            20               NIA  02/08/14            08               IA  02/09/14            15               IA  02/28/14            17               NIA    GROUP 3: No Clumping at CML 200  Date                  Altitude       IA/NIA?  12/11/13           16                IA  12/30/13           00                NIA  01/06/14           12                NIA  01/07‐08/14     30                IA  01/09‐10/14     30                IA  01/14/14          30                IA  01/24/14          38                NIA  01/25‐26/14     40                NIA  01/31/14          20                NIA  02/10/14          37                NIA  02/23/14          70                IA       

  March- April 2014

Radio Astronomy

  56

  V. CONCLUSIONS    The  way  the  observations  in  these  three  groups  seem  to  show  dependence  on  the  parameters  of  :  a)  Altitude of Jupiter when the CML = 200 degrees, and b) Whether or not the Galilean satellite, Io, is involved  suggest the following conclusions:    1. VLF activity associated with Jupiter may have been observed at frequencies between 10 and 40 kHz.    2. The degree of activity is enhanced when the altitude of Jupiter at CML =  200 degrees is commensurate  with the magnetic field line inclination (about 67 degrees) at the observer’s location.    3. Stronger levels of VLF activity seem coincident with presence of the moon Io.    4. Further observations are needed for validation.    VI. REFERENCES    [1] RADIO ASTRONOMY, 2nd edition, John D. Krauss, Cygnus ‐ Quasar Books, c. 1986  [2] “Detection of Jupiter Radio Emissions well below the Plasma Cutoff Frequency ‐ Implementations for SID  Monitoring”, David E. Fields, 2011 SARA Conference Proceedings  [3] Kenneth L. Corum and James F. Corum, “Nikola Tesla And The Planetary Radio Signals”,  5 th International  Tesla Conference, Tesla III Millennium, c.1996   [4]  NIKOLA  TESLA  COLARADO  SPRINGS  NOTES  1899  ‐  1900,  compiled  and  edited  by  A.  Marincic,  Nolit,  Beograd, Yugoslavia, 1978  [5] Tesla, Man Out of Time, Margaret Cheney, Prentice Hall, c.1981  [6] WIZARD, The Life and Times of Nikola Tesla, Marc J. Seifer, Birch Lane Press/Carol Publishing, c.1996  [7] SIGNOR MARCONI’S MAGIC BOX, Gavin Weightman, DA CAPO PRESS, c.2003  [8] Thanks to the assistance of Bill Phillips of the Charlottesville Astronomical Society  [9]  Burke,  B.F.,  and  K.L.  Franklin:  “Observations  of  a  Variable  Radio  Source  Associated  with  the  Planet  Jupiter” J. Geophys. Res., Vol 60, pp 213‐217, 1955.       VII. BIOGRAPHY    John Avellone, a member of the “silent generation”, grew up on the south shore of Lake Erie where the sky,  when occasionally clear, often showed the aurora borealis. He earned a BS in Astronomy from Case Institute  of Technology and a MS in Astronomy from the Ohio State University. He was a career civil servant in the  Department of Defense for three decades. He has been enjoying the post retirement years pursuing various  astronomical activities, most recently from the quiet of the Shenandoah Valley. 

   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

57

 

FM notch filter in front ‐ and ‐ behind the low noise amplifier of a Callisto Radio Spectrometer in  Gauribidanur, India  Christian Monstein    Abstract  In the framework of IHY2007 a Callisto spectrometer [Benz(2004)] was installed and set into operation at the location  of the solar heliograph in Gauribidanur, India. At that time the level of radio frequency interference (RFI) was amazingly  low. In recent years more and more FM broadcast transmitters were installed with high power compared to the  requirements of radio astronomical observations. So, the spectral observations with Callisto experienced more and  more interference by these FM transmitters. Recently an FM‐notch filter was installed between the low noise amplifier  and Callisto, but it did not work out. The notch filter was then moved to the input of the LNA and the result was much  better, as expected from theoretical concepts. 

  Keywords: Callisto, RFI, notch filter    Interference due to nearby FM transmitters  The nearby FM transmitters produce a lot of interference into the signal chain of the low noise amplifier  (LNA) and Callisto spectrometer. A notch filter between the LNA and Callisto suppresses the interference  seen by Callisto but, overall, it is ineffective because the LNA has been saturated by the FM signals. The  interference introduces vertical structures in the spectrum (figures 1 and 2). For the measurements  described here, a Band Stop Filter ZX75BS‐88108‐S+ from Mini‐Circuits (~US70$) was used. 

    Figure  1~  Callisto  spectrum  from  a  FITS‐file  observed with a notch filter between the LNA  and  Callisto.  The  signal  between  80  and  115  MHz  is  attenuated  (dark  horizontal  area)  but  the  LNA  itself  is  suffering  from  strong  FM  transmitters, which produce cross‐modulation  due to saturation in the semiconductors (non‐ linear range). This plot shows raw data with no  manipulation.  Saturation  and  cross‐ modulation  introduced  by  strong  FM  signals  produces vertical stripes in the spectrum over  all frequencies.       

  Figure 2~ This plot shows the same data as in  figure  1  but  with  the  background  subtracted.  Now  we  can  much  better  see  the  vertical  structures  introduced  by  interference  from  nearby  FM  transmitters.  Data  quality  is  quite  bad making it difficult to find and analyze solar  radio bursts. 

       

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

58

  The entire signal chain should be protected from strong man‐made signals. This can be easily accomplished  by inserting an FM notch filter to suppress all signals between about 80 and 115 MHz. The only way to  improve the present situation is to switch the notch filter to the front of the signal chain at the input to the  LNA. This action was carried out on March 15th 2014. This dramatically improved the situation; cross‐ modulations can hardly be found in the dynamic spectra (figures 3 and 4).      Figure  3~  Raw  spectrum  plot  with  a  notch  filter  inserted  in  front  of  the  LNA.  The  notched  band  can  clearly  be  identified  around  the  FM  range  (black  horizontal  area).  Only  minor  cross‐modulation  takes  place,  probably  introduced  due  to  air‐ communication  around  128  MHz.  Near  03:26:01  UT  and  below  85  MHz  we  can  identify a small type III solar radio burst. In  this  plot  background  is  not  subtracted,  it  shows  original  data  as  observed  by  Callisto  spectrometer. 

          Figure  4~  The  same  spectrum  as  shown  in  figure  3  but  with  background  subtracted.  There is only minor interference detectable  around  165  MHz,  most  probably  radio‐ communication  by  security  or  fire  brigade.  The  solar  type  III  burst  can  clearly  be  identified and scientifically analyzed.  

              Conclusion  It has been demonstrated, that a notch‐filter can help to get rid of interference but only by accepting data  loss in the notched band, of course. It’s very important to switch in the filter as close to the interferer as  possible, in our case between the antenna and low noise amplifier. There is no sense in putting the filter  between the LNA and spectrometer because the LNA is already saturated and introducing its own  interference into the spectrometer. With the filter properly installed, the general data quality is much better  than before and we hope that in the future no new strong transmitters will be set into operation. In principle  we can install several notch filters in series to get rid of more than one interfering frequency or band.  However, the insertion loss also increases, which reduces the instrument sensitivity. Therefore, it is better to 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

59

  avoid any nearby transmission or to put the instruments at a remote area without any interfering  transmitters.    Links:  Callisto general information: http://www.e‐callisto.org/  Access to the data archive: http://soleil.i4ds.ch/solarradio/callistoQuicklooks/    References and further reading  [Benz (2004)] Arnold O. Benz, Christian Monstein and Hansueli Meyer, CALLISTO, A New Concept for Solar  Radio Spectrometers, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 2004.      Meet the author: Christian Monstein is a native of Switzerland and lives in Freienbach. He  obtained Electronics Engineer, B.S. degree at Konstanz University, Germany. Christian is a  SARA member since 1987 and is licensed as amateur radio operator, HB9SCT. He has  experience designing test systems in the telecommunications industry and is proficient in  several programming languages including C and C++. He presently works at ETH‐Zürich on  the design of digital radio spectrometers (frequency agile and FFT) and is responsible for  the hardware and software associated with the e‐CALLISTO Project. He also has  participated in the European Space Agency space telescope Herschel (HIFI), European Southern Observatory  project MUSE for VLT in Chile, and NANTEN2 (delivery of the radio spectrometer for the Submillimeter  Observatory at Pampa la Bola, Chile). Currently he is quite involved to prepare the radio telescopes for  cosmological test observations. He plays also the role of a coordinator of SetiLeague in Switzerland. Email:  [email protected] 

      Quotable Quote    Bad times have a scientific value. These are occasions a good learner  would not miss. 

Ralph Waldo Emerson 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

60

 

An Antenna with an Historical Past  Jeffrey M. Lichtman  SARA Founder, Director Emeritus  Radio Astronomy Supplies 

  About  8  years  ago,  I  became  acquainted  with  a  very  gifted  person,  Dr.  Rene  Lee  of  New  Mexico.  Over the years, Dr. Lee has been involved in many areas of science and technology.   

Some  years  back,  Dr.  Lee  acquired  a  *D.  S.  Kennedy,  32  foot  dish  antenna  from  a  fellow  New  Mexico resident who rescued it from White Sands Proving Ground in New Mexico. The antenna was  a  player  in  the  US  space  program  and  was  used  for  receiving  Telemetry  (http://en.wikipedia.org/wiki/Telemetry) from spacecraft missions.    *(D.S. Kennedy was one of the supreme antenna manufacturers in the 1960s and 70s.)   

  (The original ad here shows a much larger version of the one described in this piece)    Dr.  Lee  has  stored  this  antenna,  under  enclosure  to  protect  the  antenna.  The  antenna,  is  still  in  excellent condition right down to the reflector surface and gray finish. Original plans were to build a  mount and use it for radio astronomy.         

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

61

 

  D. S. Kennedy Pedals     

  D. S. Kennedy Antenna in Australia     In  November  2012,  a  good  friend  of  mine,  Franco  Cappiello  of  Milan,  Italy  ([email protected]) visited us for a week. While staying with us, we took a road trip to  the  VLA  in  New  Mexico.  Franco  is  a  radio  astronomy  enthusiast  and  also  an  owner  of  a  Radio  Astronomy Supplies, Spectracyber Radio Telescope.   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

62

 

  Franco and 3 mtr. antenna on his roof deck in Milan 

  While on our trip, in conversation, I told him of my friend Dr. Lee and the 32 foot antenna. His eyes  lit up! Franco immediately thought how great that would be to possibly acquire this antenna and  have it shipped to Italy for doing real science. He then told me of a group of friends that he meets  with  and  their  interest  in  Radio  Astronomy.  Franco  also  mentioned  that  he  instructs  at  a  local  university plus being the owner of an engineering company involved in the energy area. In addition,  his  resources  include  a full  machine  shop  with  all  the  tools  and  expertise  required to  construct  a  mount for the antenna.    So,  it  has  come  to  pass  that  the  dream  will  be  coming  true.  This  wonderful  piece  of  American  ingenuity with a great past will find itself around the world and perhaps once again play a role in  research radio astronomy.     For those of you who want to follow the continuing story, you can contact Franco at:  ([email protected] or Jeff Lichtman at: [email protected]    References    http://www.bing.com/images/search?q=D.+S.+Kennedy+Antenna&qpvt=D.+S.+Kennedy+Antenna& FORM=IGRE  http://www.wickedlocal.com/cohasset/news/x563276961#axzz2SAWhZ0NY    (http://www.wickedlocal.com/cohasset/news/x1001333925/The‐business‐of‐ antennas#axzz2SAWhZ0NY 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

63

 

Report from an expert meeting at United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA)  Christian Monstein    Abstract  Between February 10 and 11, 2014 there was an expert meeting organized by the UN and NASA with the  title “Improving Space Weather Forecasting in the Next Decade” (figure 1). The meeting was held at the  United Nations Office in Vienna, Austria on the margins of the 51st Session of the Scientific and Technical  Subcommittee of the Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS), also in Vienna. The  meeting place was Conference Room C6, Building “C”, 7th floor, Vienna International Centre (figure 2). In  total 46 participants from 18 countries attended the meeting. Many very interesting talks were given about  different instrument arrays, distributed worldwide [Talks2014]. I made a presentation on the e‐Callisto solar  radio spectrometer network, which is one of the instruments in the International Space Weather Initiative  (ISWI) [Monstein].    Beginning with the International Heliophysical Year 2007 (IHY2007) until the recent International Space  Weather Initiative, instruments costing more than US10 M$ have been  delivered to developing countries, installed and set into operation.  Everybody within the experts group agreed that the activities should  continue and many different reasons were given. Therefore  recommendations were filed to the attention of the plenary meeting of  COPUOS. The final text of the recommendation is given below with  permission of Joseph M Davila, NASA‐Goddard Space Flight Center,  USA.    Figure 1 ~ Meeting announcement. (Image courtesy of George Maeda) 

    Expert Meeting on  Improving Space Weather Forecasting in the Next Decade  10 ‐ 11 February 2014  Vienna, Austria  Meeting Summary 

  Background  Space weather originates at the Sun due to its magnetic  Spacecraft:  variability. Solar variability (plasma, particles, and  Hinode ~ “Sunrise”, formerly Solar‐B  electromagnetic emissions) occurs at all timescales – seconds,  hours, decades, to millennium– the most common one being the  SDO ~ Solar Dynamics Observatory  11‐year sunspot cycle. The short and long‐term variability in the  SOHO~ Solar and Heliospheric Observatory  form of solar storms have significant effects on Earth’s upper  atmosphere and the near‐Earth space radiation environment. For  STEREO ~ Solar TErrestrialRElations Observatory  example, the variability of the ionosphere affects the  propagation of radio waves, causing GNSS position errors and interruptions in HF communications. The  United Nations has supported the International Heliophysical Year and the International Space Weather  Initiative (ISWI) to deploy new arrays of instruments to study the entire heliophysical system from the Sun to  the ionosphere. This was accomplished through a cooperative program between instrument providers and 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

64

  instrument host institutions. In the future these arrays will provide data for space weather forecasting and  nowcasting.    Space weather forecasts have been available for some time.  However, during the past decade new sources  of data have become available both from space and ground‐based instruments. New data from space‐based  instruments onboard SOHO, Hinode, STEREO, and SDO have greatly improved the understanding of space  weather, in terms of forecasting and basic physical understanding. In addition, STEREO observations of the  vast region between the Sun and Earth have demonstrated the importance of viewing Earth‐affecting CMEs  away the Sun‐Earth line. New theoretical models have provided improved forecasts as well as insight into  the physics of solar and ionospheric phenomena including influences from the troposphere.    There has been significant effort in the last few years to reduce the cost of space missions. As part of this  trend, the delegates noted the rapid development of cubesat technology, and the growing capabilities of  these small satellites for providing space weather data. In parallel there is an increasing ability for the  miniaturization of the instrumentation needed. These developments could provide the path for less‐ expensive observations relevant to space weather.       Space weather is inherently an international endeavor. Space weather events which affect Earth are large‐ scale and typically affect multiple nations simultaneously. In addition, space weather events drive the entire  radiation environment in a large region surrounding Earth where the orbiting satellites of all nations are  positioned. Because of this the mitigation activities in response to space weather forecasts are of great  international interest.      The purpose of this meeting was to look at the future of space weather forecasting and to formulate  recommendations that will lead to improved forecasts in the next decade. It is anticipated that all or some of  these recommendations will be implemented as part of the regular agenda item on Space Weather of the  Scientific and Technical Subcommittee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS).    Recommendations  The delegates to the Expert Meeting on Improving Space Weather Forecasting in the Next Decade  unanimously   • Encourages the continued support for research in Heliophysics both as a scientific endeavor that enables  a detailed understanding of the phenomena, and as a tool that can be exploited for space weather  applications; The relevant agencies are encouraged to work together to ensure that both of these efforts  are adequately supported, for the benefit of science and society;    • Recognizes the success of observations in recent projects, and critical information gained from them, and  recommends an urgent strategy to ensure that there is continued access to observations of transients in  the inner heliosphere, in particular, the Earth‐directed events;    • Recommends continuation of the deployment of new instruments and instrument arrays through the  ISWI, along with education and public outreach;    • Recommends that information relevant for space weather from all sources be freely and openly shared,  including data, calibration, analysis tools, and best‐practices for operation;   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

65

  • Recommends that data products be standardized to allow the data to be easily ingested into research  and forecast models, and systems for automated data processing be developed to autonomously identify  significant events;    • Supports the development, validation and transition of research‐based models for forecasting and  nowcasting;    • Recommends that data products and analysis tools from space‐based and ground‐based instrument  arrays be coordinated to maximize their utility for space weather research and for operational  forecasting;    • Recommends that the space weather science/requirements for the forecasting of space weather at other  planets be developed with special emphasis toward supporting the robotic exploration of these planets;    • Recommends that studies of comparative astrophysics of Sun‐like stars be used to provide more realistic  limits on the magnitude of extreme solar events;    • Encourages a central facility for sharing and hosting of data from space‐ and  ground‐based instruments  relevant for space weather research and forecasting facilitated via existing virtual observatories;    • Encourages establishing an international organization for the sharing and hosting of standardized models  related to space weather forecasting and that the models be made available to the general scientific  community.       

    Figure 2 ~ Building complex of United Nations in Vienna, Austria. (Image © Christian Monstein, Feb. 2014) 

   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

66

  References and further reading  [Talks2014] http://www.serc.kyushu‐u.ac.jp/iswi/extmtg_2014feb/  [Monstein] The talk by the author at the conference about the e‐Callisto network can be found here:  http://www.serc.kyushu‐ u.ac.jp/iswi/extmtg_2014feb/Session%204%20Feb11%20AM1/4_4_Monstein/4_4_Monstein.ppt      Meet the author: Christian Monstein is a native of Switzerland and lives in  Freienbach. He obtained Electronics Engineer, B.S. degree at Konstanz University,  Germany. Christian is a SARA member since 1987 and is licensed as amateur radio  operator, HB9SCT. He has experience designing test systems in the  telecommunications industry and is proficient in several programming languages  including C and C++. He presently works at ETH‐Zürich on the design of digital radio  spectrometers (frequency agile and FFT) and is responsible for the hardware and software associated with  the e‐CALLISTO Project. He also has participated in the European Space Agency space telescope Herschel  (HIFI), European Southern Observatory project MUSE for VLT in Chile, and NANTEN2 (delivery of the radio  spectrometer for the Submillimeter Observatory at Pampa la Bola, Chile). Christian represents Switzerland  within the Committee on Radio Astronomy Frequencies (CRAF). Currently he is quite involved to prepare the  radio telescopes for cosmological test observations. He plays also the role of a coordinator of SetiLeague in  Switzerland. Email: [email protected] 

     

Quotable Quote   “Equipped with his five senses, man explores the  universe around him and calls the adventure  Science.”  Edwin Powell Hubble 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

67

 

Transmission Line Details ~ Software Calculator Review  Whitham D. Reeve    1. Transmission Line Model 

  Coaxial cable is a type of transmission line of great importance to anyone working with radio  frequencies. We often are concerned with the attenuation introduced by a transmission line.  Attenuation is the reduction in power from the input to the output; some of the input power may  be dissipated as heat in the line due to resistance and dielectric losses or reflected back to the  source, so the output power always is smaller than the input. We are interested in the relationship  between a transmission line’s physical and electrical length so we can build phasing cables and  bandstop filters (traps). We also can use transmission lines to tune a circuit or antenna and to  make couplers and impedance transformers.    Transmission lines can be electrically modeled a number of ways. A typical model uses distributed  transmission line parameters consisting of resistance R, conductance G, inductance L and capacitance C, all  expressed per unit length of line.  For example, the resistance can be expressed in ohms/m, ohms/100 m or  ohms/1000 m. The schematic of a distributed transmission line model shows  conventional symbols (figure 1). However, the resistance and other parameters  Note: Links in braces { } and  references in brackets [ ] are  are evenly distributed along some arbitrary length of line (for the math  provided in the section 3.  associated with development of a distributed transmission line model, see  [Reeve‐92]).     R/4

L/4

L/4

C R/4

R/4

G

L/4

L/4

R/4

    Figure 1 ~ Balanced‐T transmission line model based on series resistance R, series inductance L, shunt conductance G  and shunt capacitance C per unit length of line. The length associated with the model elements is arbitrarily small.  Dielectric losses are represented by the shunt conductance, and attenuation is represented by series resistance and  inductance and shunt capacitance. The parameters typically vary with frequency and temperature. (Image © 2003 W.  Reeve) 

  The R, G, L and C parameters often are called primary constants, but this is a misappropriation of terms  because they are not at all constant. There usually are significant variations with temperature (and other  environmental factors) and frequency and due to normal manufacturing tolerances. These primary  parameters are not of much direct use to a practitioner. In practical applications we use secondary  parameters such as attenuation (or loss), phase delay and velocity of propagation. Primary parameters  usually are derived from measurements of the secondary parameters. I will use the terms attenuation and  loss interchangeably although loss generally requires qualification as to type (transducer loss, insertion loss,  and so on) and their differences are ignored for purposes of this article.     

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

68

  2. Transmission Line Details    Although transmission lines encompass waveguides, open wires, twisted pair cables and coaxial cables, I am  concerned only with coaxial cables in this review. Coaxial cable manufacturers have datasheets, software  tools, online calculators, charts and tables that provide secondary parameters. The calculators are easy to  use but they usually provide only basic results such as attenuation for a given line length and frequency. We  often need to know more about a coaxial cable application than can be derived from manufacturer’s  datasheets or charts. Perhaps we would like to change the line resistance (due, for example, to a  temperature change) or load impedance to see what the effects are.  Over the years, nomographs and then  software applications have been developed for this purpose. One such software application is Transmission  Line Details (figure 2), which is described in this review and available for free at {TLD}.    

    Figure 2 ~ Transmission Line Details user interface with inputs in the upper panel and calculation results in the lower  panel. The Smith Chart in the center of the lower panel is a nice visual aid. The program has stored parameters for  many cable types and uses the coefficients K0, K1 and K2 in its calculations. The traditional transmission line model  parameters R, L, G and C that correspond to these coefficients are shown on the right side of the upper panel. The user  can change the coefficients associated with a particular cable by using the scroll buttons next to each one. These  changes disappear when a new cable is chosen or when the program is closed. They also can be reset to default values  by pressing a reset button that appears when a parameter is changed. 

  As of this writing (March 2014) the latest version of this program is v2.0, which was last updated in March  2011. The program is not installed in the conventional Windows sense; the TLDetails.exe executable is simply  run from the Desktop or any other convenient location. There is no hassle when it comes time to uninstall  the program – you simply delete the file.    

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

69

  It is often the case that a software application takes longer to learn than simply doing the calculations by  hand. Fortunately, Transmission Line Details is simple to use but many of the calculations can be quickly  done by hand. Applications like this really are useful when there is a need for repetitive calculations and  investigation of different scenarios. This program has no help file or manual but it does have brief “tips” that  pop up when you hoover the mouse cursor over the text boxes. I do not believe it needs a help file or  manual, but users who are unfamiliar with transmission lines can easily get themselves into trouble (this is  true of any software application that allows the user to change parameters).     Transmission Line Details, or TLD for short, includes data for about 100 different coaxial cables and also  accepts user input for custom cables; however, there is no information on how the user is supposed prepare  or obtain the necessary data for the custom cables. All calculations appear to be based on a mathematical  representation of a transmission line using three coefficients – K0, K1 and K2. The somewhat limited  information on the developer’s website says K0 is associated with the dc resistance of the conductors, K1 is  associated with the skin effect or ac resistance of the conductors, which varies with the square root of  frequency, and K2 is associated with the dielectric loss, which varies directly with frequency. Unfortunately,  there is no information indicating if these coefficients were developed from measurements, derived from  manufacturer’s datasheets or obtained directly from cable manufacturers. The program also displays the  traditional transmission line parameters (R, G, L and C) but, again, the sources of these data are not given.     Table 1 ~ Comparison of Transmission Line Details with Times Microwave Online Calculator.  All values are for a line length of 30.5 m (100 ft) 

    Parameter 

Attenuation (dB)  Efficiency (%)  Delay (ns)  Attenuation (dB)  Efficiency (%)  Delay (ns)  Attenuation (dB)  Efficiency (%)  Delay (ns) 

10 MHz  100 MHz  Times  Times  TLD  TLD  Microwave  Microwave  RG‐58/U (Belden 9201)  1.4  1.056  4.6  3.671  72.2  78.411  34.9  42.941  153.94  155.896  153.94  154.633  LMR‐240 (Times Microwave)  0.8  0.754  2.5  2.431  83.8  84.067  56.8  57.129  120.95  122.421  120.95  121.475  LMR‐400 (Times Microwave)  0.4  0.394  1.2  1.265  91.4  91.318  75  74.739  119.53  120.334  119.53  119.841 

1000 MHz  Times  TLD  Microwave  15.3  3  153.94 

14.855  3.269  154.232 

8  15.9  120.95 

8.012  15.805  121.175 

4.1  38.7  119.53 

4.131  38.624  119.684 

  I compared the loss, efficiency and phase delay calculated by TLD with a manufacturer’s online calculator  {TMW} for Times Microwave LMR‐240 and LMR‐400 and Belden 9201/RG‐58/U cable (table 1). There was  close but not perfect correspondence for the Times Microwave cables, and there were some significant  discrepancies for the RG‐58/U cable. The problem with RG‐58/U is that there are many different types. The  Times Microwave calculator only lists one RG‐58/U but TLD lists several brands and types of RG‐58/U, RG‐ 58A/U and RG‐58C/U. One manufacturer, Belden, makes at least three different types of RG‐58A/U, all with  slightly different transmission characteristics. Clearly, the user must know exactly what specific type of RG‐ 58 and manufacturer they have. On the other hand, the characteristics of the Times Microwave LMR cables 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

70

  are better controlled and understood. I noticed the Times Microwave calculator showed a constant phase  delay at all frequencies and TLD showed slight variations.    Some of the differences in the comparisons could be due to rounding. TLD displays all calculations to three  decimal places and the Times Microwave calculator to one decimal place. It should be noted that  transmission parameters associated with ordinary commercial coaxial cables are not given in datasheets  with the precision of three decimal places. On the other hand, it often is helpful to retain several decimal  places in calculations to reduce the build‐up of rounding errors in higher order terms. A natural question is,  which calculation is more accurate – manufacturer’s data or TLD? Without knowing the source of the data, it  is impossible to say but I recommend a default or at least a cross‐check to manufacturer’s data. However,  TLD appears to provide sufficient accuracy for practical work.   

    Figure 3 ~ Plot window showing calculated matched line loss as a function of frequency. This window allows the user to  compare two cable types, the first (blue trace) chosen from the main window, in this case, Belden 8219/RG‐58A/U, and  the second (red) from the Matched Line Loss window shown here, in this case, Belden 8240/RG‐58A/U. This also shows  the importance of knowing the exact type of cable being investigated. 

  TLD goes beyond simple electrical and physical length and loss calculations and allows the user to vary the  underlying cable characteristics. It also allows the user to specify source (input) or load impedances and to  plot various derived data such as line characteristic impedance (Z0), velocity factor (VF) and loss over  frequency for these new values (figure 3). These plots show that cable characteristics can vary considerably  over a range of frequencies. The user can then change the parameters to optimize their application. All  charts in TLD cover a frequency range of 0.1 to 1000 MHz. Although it accepts lower and higher spot  frequencies, I made no effort to determine if the calculations are valid. Lower frequency calculations most 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

71

  likely are valid, but simple transmission line models fall apart above 1 or 2 GHz because of complicated  electromagnetic effects.    The characteristic impedance of a transmission line is simply the ratio of voltage to current at any point on  the line when it has perfectly matched terminations. With most coaxial lines, the theoretical characteristic  impedance is based only on its physical dimensions and the dielectric between the center and outer  conductors. TLD makes it easy to investigate a specific frequency to find the voltage standing wave ratio  (VSWR) with respect to the actual characteristic impedance as well as unmatched source and load  impedances. This is one advantage TLD has over most cable manufacturer’s calculators.    Example: Suppose we have a UHF solar radio spectrometer and would like to make a band‐trap filter for  television channel 20 from RG‐58A/U coaxial cable that has a velocity factor of 0.66. We know that a 1/4‐ wavelength transmission line will transform an open circuit at one end to a short circuit at the other. If we  connect the open 1/4‐wavelength line to a T‐adapter between the antenna and the receiver, it will suppress  signals in a band around the frequency corresponding to 1/4‐wavelength. The channel 20 center frequency is  509 MHz. On the main window select Belden 8259/RG‐58A/U and then click the Freq‐VF‐Len‐WL  Conversions button (figure 4). In the new window that pops up, click the Physical Length radio button and  enter the Frequency and Electrical Length as a fraction or degrees in the appropriate boxes.    

 

 

  Figure 4 ~ Conversions window. Left: The physical length (grayed boxes) of a 1/4‐wavelength line made from RG‐58A/U  coaxial cable (or any cable with a velocity factor of 0.659 at 509 MHz). Right: Using the actual measured trap frequency,  the velocity factor of the cable and T‐adapter together is found to be 0.636, about 3% lower than the value originally  calculated by TLD for the cable alone. See text for discussion. 

  The grayed‐out boxes just above the Electrical Length entry boxes show the physical length in Feet and  Meters, in this case 97 mm. When we selected the cable type and frequency, TLD calculated the velocity  factor for that frequency, but the Velocity Factor can be changed to see its effect on length. The calculations  apply to any transmission line with a velocity factor of 0.659 at 509 MHz, not just this particular RG‐58A/U.    Just for fun, I cut a section of RG‐58A/U to the length specified less the distance from the BNC connector  reference plane to the center of the T‐adapter (figure 5). This worked out to be 90 mm. I did not attempt to  adjust for the dielectric in the T‐adapter and simply connected the assembly between the tracking generator  output and spectrum analyzer input with a 10 dB attenuator on the tracking generator side to reduce   

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

72

  reflections. The resulting dip in the response was measured at 491.96 MHz. I then went back to TLD,  selected the Velocity Factor radio button in the conversions window and changed the frequency to 491.96  MHz, which lowered the velocity factor by about 3%.     Assuming the T‐adapter uses PTFE dielectric, its velocity factor is close to 0.69 and the composite velocity  factor of the cable and adapter should be slightly higher than for the cable alone. There are many ways of  looking at the difference in measured results compared to calculations. For example, the tolerances in cable  manufacturing or specification or calculation of velocity factor could be the culprit. Or, the test cable lengths  may have influenced the measurements. Perhaps 10 dB attenuators should have been used on both sides of  the trap during measurements instead of just the transmit side. This example shows that 1/4‐wave traps, or  any calculated transmission line section, should be measured under conditions of use. However, in this case,  the trap probably is wide enough to do the job at the intended frequency 509 MHz.    Figure 5 ~ Open‐circuited 1/4‐wavelength coaxial trap filter for 509 MHz  (upper‐left) connected to a BNC T‐adapter with the lower connection  from the tracking generator through a 10 dB attenuator and the right  connection to the spectrum analyzer. 

  One quirk resulting from the considerable flexibility of this  program is that one can set their own trap. For example, the Freq‐ VF‐Len‐WL Conversions button uses calculated values to display  physical and electrical length based on the frequency, velocity  factor and other conditions set in the main window. The  frequency and velocity factor can be changed by the user but once  the conversion window appears the other conditions in the main  window are fixed. I found it easy to make erroneous calculations if  conditions or changes were inadvertent or forgotten. TLD  anticipates this by providing a button on the main window labeled  “Reset Parameters to Original Values” so the user can quickly get out of trouble. Nevertheless, it is important  to confirm the main window settings before using the conversion button.    One feature that TLD lacks is a convenient way to vary the transmission line resistance for  different temperatures. Most manufacturer data is supplied for a temperature of 25 °C (77 °F).  This is a good average temperature for most analyses. However, the interior of a coaxial cable in direct  sunlight can rise 17 °C above the long‐term average ambient temperature. In critical applications where  higher ambient temperatures prevail, it may be necessary to determine cable loss at temperatures as high as  60 °C (140 °F). Most metals, including copper, have a temperature coefficient of resistance around 0.4% per  °C temperature change. For example, if the cable temperature is 38 °C (100 °F), the resistance will increase  by about 5% and the loss will increase by roughly the same amount.    TLD has no provisions for including connector losses in calculations. However, for the TLD’s native frequency  range (0.1 to 1000 MHz), the losses of decent quality and properly installed connectors are negligible.    In conclusion, the developer put a lot of work into this program making it is easy to use. I found it sufficiently  accurate for most of the cables I compared. Like most software tools that allow the user to adjust underlying  data, the achievable results depend on how smart you are about those adjustments.      

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

73

  TLD users should remember there are a lot of cheap and useless coaxial cables available from vendors all  around the world and there is no reliable published data for them. This is discussed in [Reeve‐12]. It serves  no useful purpose to do an analysis on a cable type, say RG‐58, and then use an off‐brand or unlabeled brand  and expect it to work as calculated.      3. References and links    [Reeve‐92]  Reeve, W., Subscriber Loop Signaling and Transmission Handbook: Analog, IEEE Press, 1992  [Reeve‐12]  Reeve, W., Coaxial Cable Shields, Radio Astronomy, Society of Amateur  Radio Astronomers, March‐April 2012    {TMW}  http://www.timesmicrowave.com/calculator/  {TLD}  http://www.ac6la.com/tldetails1.html      Reviewer ‐ Whitham Reeve is a director of SARA and contributing editor for the SARA journal,  Radio Astronomy. He worked as an engineer and engineering firm owner/operator in the  airline and telecommunications industries for more than 40 years and has lived in Anchorage,  Alaska his entire life. 

  Cartoon by Nick D Kim. Strange‐Matter.net Used by permission 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

74

 

Improving long time stability of a radio astronomy receiver  Christian Monstein    Astronomical radio receivers used to observe weak radio sources often suffer from instabilities in the output signal due  to ambient temperature changes, which make it impossible to detect even strong celestial sources. Here, I report about  a cheap and successful solution based on a wine cooler to keep operating temperature stable within ± 0.1 °C. 

  Keywords: Callisto, temperature, Allan‐time    Recent experiments with our radio telescope showed that it was almost impossible to detect celestial radio  sources like Cygnus A due to the fact that the ambient temperature of the receiver and spectrometer  changed in temperature in the order of ± 1 °C. The light‐curves of previous observations had fluctuations in  intensity three times higher than the received amplitude of Cygnus A. This was caused by changes in  amplifier gain and detector sensitivity that were opposite to temperature changes. We found that the higher  the temperature, the lower the signal amplitude. Theoretically it would be possible to compensate the light‐ curves with a simple mathematical model based on the measured ambient temperature. Figures 1 through 5  provide details of our experiments to increase the spectrometer stability.   

Figure 1~ Example of a typical temperature plot of the  observatory hosting the spectrometer. Temperature  changes in the order of ± 1 °C directly affect the output  of the AD8307 detector circuit in the spectrometer  leading to an unacceptable low value of the Allan‐time  variance, see figure 2. 

 

Figure 2~ Allan time [SARA (2012)] variance while  observing the sky at 1 GHz. Receiver and spectrometer  were exposed to changing ambient temperature. X‐ axis shows integration time expressed in seconds, y‐ axis denotes to standard‐deviation of the intensity  signal expressed in digits of the analog‐digital  converter (ADC). Best sensitivity in this example is  given with an integration time of roughly 150 s  (minimum of red plot). The straight line with a slope of  ‐0.5 is a theoretical model based on purely Gaussian  noise distribution. After this time a re‐calibration has  to be applied to the whole system. 

 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

75

 

 

Figure 3~ This commercial wine cooler contains from  bottom to top: Power distribution 230 Vac,  heterodyne receiver 960 MHz … 1260 MHz down to  UHF‐range 750 MHz … 450 MHz, Callisto spectrometer  [Benz (2004)] and a separate temperature‐humidity  sensor. This wine cooler is based on a Peltier‐cooling  system in the backplane and a control panel  embedded in the front door. This or similar coolers are  available from different suppliers for about US280$.  Temperature range can be set digitally between 12 °C  and 18 °C. All coaxial and control (RS‐232) cables are  fed through a hole in the backplane which was closed  by Urethane foam after installation. 

Figure 4~ Recent example of a typical temperature plot  of the receiver combined with the spectrometer inside  the wine cooler. Temperature stability is in the order  of ± 0.1 °C leading to improved Allan‐time of the  spectrometer system. Further improvements are  possible but cost probably would increase  exponentially with stability requirements. 

Figure 5~ Allan time variance while observing the sky  at 1 GHz with receiver and spectrometer mounted in a  temperature stable wine cooler at 16.9 °C ± 0.1 °C.  Best sensitivity in this improved example is given with  a larger integration time of roughly 500 s (minimum  sigma value of the red plot). The straight line with a  slope of ‐0.5 is a theoretical model based on purely  Gaussian noise distribution given by the so‐called  radiometer equation. 

    Conclusion  Radio astronomical observations of weak celestial sources require high stability of temperature of the whole  instrument (preamplifier, receiver, spectrometer and even cables and connectors). Otherwise, recalibration  of the whole chain is needed every two minutes or so. Each calibration task is synonymous to data loss and  finally leading to wasted observation time. Modern, cheap wine coolers allow keeping the instrument stable  within temperature ranges down to ± 0.1 °C. The next step in our improvement plan is to stabilize  temperature of the low noise preamplifier in the front end of the radio telescope. It would even allow  cooling the preamplifier a few Kelvin below ambient temperature to reduce the noise figure of the front end.   

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

76

  On the other hand, this also introduces a risk to increase humidity and produce water in the amplifier due to  the temperature gradient to the outside temperature.      Links:  Callisto general information: http://www.e‐callisto.org/      References and further reading  [SARA (2012)] Christian Monstein, Allan Time, SARA journal May – June 2012  [Benz (2004)] Arnold O. Benz, Christian Monstein and Hansueli Meyer, CALLISTO, A New Concept for Solar  Radio Spectrometers, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 2004     

Cartoon by Nick D Kim. Strange‐Matter.net Used by permission 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

77

 

Old Tool, New Use: GPS and the Terrestrial Reference Frame By Alex H. Kasprak Flying over 1300 kilometers above Earth, the Jason 2 satellite knows its distance from the ocean down to a matter of centimeters, allowing for the creation of detailed maps of the ocean’s surface. This information is invaluable to oceanographers and climate scientists. By understanding the ocean’s complex topography—its barely perceptible hills and troughs—these scientists can monitor the pace of sea level rise, unravel the intricacies of ocean currents, and project the effects of future climate change. But these measurements would be useless if there were not some frame of reference to put them in context. A terrestrial reference frame, ratified by an international group of scientists, serves that purpose. “It’s a lot like air,” says JPL scientist Jan Weiss. “It’s all around us and is vitally important, but people don’t really think about it.” Creating such a frame of referenceis more of a challenge than you might think, though. No point on the surface of Earth is truly fixed. To create a terrestrial reference frame, you need to know the distance between as many points as possible. Two methods help achieve that goal. Very-long baseline interferometry uses multiple radio antennas to monitor the signal from something very far away in space, like a quasar. The distance between the antennas can be calculated based on tiny changes in the time it takes the signal to reach them. Satellite laser ranging, the second method, bounces lasers off of satellites and measures the two-way travel time to calculate distance between ground stations. Weiss and his colleagues would like to add a third method into the mix—GPS. At the moment, GPS measurements are used only to tie together the points created by very long baseline interferometry and satellite laser rangingtogether, not to directly calculate a terrestrial reference frame. “There hasn’t been a whole lot of serious effort to include GPS directly,” says Weiss. His goal is to show that GPS can be used to create a terrestrial reference frame on its own. “The thing about GPS that’s different from very-long baseline interferometry and satellite laser ranging is that you don’t need complex and expensive infrastructure and can deploy many stations all around the world.” Feeding GPS data directly into the calculation of a terrestrial reference framecould lead to an even more accurate and cost effective way to reference points geospatially. This could be good news for missions like Jason 2. Slight errors in the terrestrial reference frame can create significant errors where precise measurements are required. GPS stations could prove to be a vital and untapped resource in the quest to create the most accurate terrestrial reference frame possible. “The thing about GPS,” says Weiss, “is that you are just so data rich when compared to these other techniques.” You can learn more about NASA’s efforts to create an accurate terrestrial reference frame here: http://spacegeodesy.nasa.gov/. Kids can learn all about GPS by visiting http://spaceplace.nasa.gov/gps and watching a fun animation about finding pizza here: http://spaceplace.nasa.gov/gps-pizza.

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

78

 

Artist’s interpretation of the Jason 2 satellite. To do its job properly, satellites like Jason 2 require as accurate a terrestrial reference frame as possible. Image courtesy: NASA/JPL-Caltech.

Editors: download photo at http://www.jpl.nasa.gov/missions/web/ostm.jpg

  This quiz is harder than it looks    http://www.csmonitor.com/Science/2011/1209/Are‐you‐scientifically‐ literate‐Take‐our‐quiz  

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

79

 

Strong RFI observed in protected 21 cm band at Zurich observatory, Switzerland  Christian Monstein    Abstract  While testing a new antenna control software tool, the telescope was moved to the most western azimuth position  pointing to our own building. While de‐accelerating the telescope, the spectrometer showed strong broadband radio  frequency interference (RFI) and two single‐frequency carriers around 1412 and 1425 MHz, both of which are in the  internationally protected band. After lengthy analysis it was found out, that the Webcam AXIS2000 was the source for  both the broadband and single‐frequency interference. Switching off the Webcam solved the problem immediately. So,  for future observations of 21 cm radiation, all nearby electronics has to be switched off. Not only the Webcam but also  all unused PCs, printers, networks, monitors etc. 

  Keywords: 21 cm, RFI       Find the source of illegal RFI    We first suspected the RFI source was our own PC, monitor, network or printer. One device after the other  was switched off while the spectrum was carefully observed. Moving the telescope up and down and left  and right (figure 1) did not help because of many reflections from the surrounding infrastructure. There was  no clear maximum detectable that would have helped to identify the RFI source or sources shown in figures  2, 3 and 4. Finally, after a walk around the building, we found a Webcam AXIS2000 that was originally  installed for safety reasons to observe the telescope position remotely via a web‐interface. Then I switched  off the electric power to the Webcam and the RFI immediately disappeared, and the spectrum showed a  quiet and clear background signal as expected from previous observations.    

Figure 1 ~ Antenna control application points  the telescope (green cross) to the west‐ corner of our building (green area) at  azimuth 331.96° and elevation 13.55°. The  green area depicts the optical horizon  (buildings, trees, bushes etc). The yellow  curved line stands for the path of  geostationary satellites while the dotted line  shows the path of the sun. The sun itself is  presented as yellow circular spot. The yellow  dashed line at the top and sides marks the  safety area for the telescope while the red  dashed line marks the area given by the  saftey switch, which powers off the  telescope motor drives if opened acidentally.   

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

80

 

 

Figure 2 ~ Two dimensional spectrum of  intensity over time and frequency from a  Callisto radio spectrometer (with down‐ converter) shows terrible RFI over the entire  21 cm band including two strong carriers  around 1412 MHz and 1425 MHz (green  horizontal lines on blue background). Within  the protected 21 cm radio frequency band I  normally expect a smooth, clean spectrum.  The left y‐axis shows the channel number  while the right y‐axis denotes to the channel‐ frequency. A fixed background is subtracted  to better show the spectral details.   

Figure 3 ~ Two dimensional spectrum  showing 22 minutes of continuous  observation with a Callisto radio  spectrometer while moving the telescope to  the western corner of the observatory and  back to the parking position labeled 'clear  sky'. The parking position is at 180° azimuth  and 45° elevation. Additional broadband  noise is observable between 15:44 and 15:49  UTC. The 1425 MHz spectral line also shows  fringes in intensity due to interference  produced by reflections from nearby  conducting infrastructure. 

Figure 4 ~ Absolute power spectrum taken  with a commercial spectrum analyzer  PSA2702 from TTi (Thurlby Thandar  Instruments) while the Webcam AXIS2000  was powered. The connection of the  spectrum analyzer was at the same position  in the signal chain as the spectrometer,  about 10 m behind the low noise amplifier.  The two cursor positions show signal carriers  at 1412.519 MHz (blue) and at 1425.037  MHz (yellow). Both signals are much stronger  than any 21 cm line observed in ORION  (OMC) or any other star forming region in  our own galaxy. So we have to find the  source of this illegal RFI as soon as possible. 

    Intensive testing and checking finally helped to identify the guilty source of RFI – our own Webcam AXIS2000  used for observing the telescope for security reasons. Upon checking the documentation, I discovered that  the internal processor of the Webcam is an AMD Athlon clocked at 1412.4 MHz and the DDR3 SDRAM is  clocked at 1425.1 MHz. I then switched off the Webcam and we observed an absolutely clean spectrum –  even in the center of downtown Zurich – as seen in figure 5. I also could demonstrate at our remote 

 

March- April 2014

 

Radio Astronomy

 

 

81

  observatory that the Webcams produced RFI in the nearby telescopes, especially broadband noise at  frequencies