Multibeam or Multiple beam forming

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1 Multibeam or Multiple beam forming

2 단일망원경에서는,…

3 간섭계에서는, 각 안테나의 초면에 feed들을 배열해서 짝을 지어 상관처리한다. Multiple beam forming
예) APERTIF of WSRT 단일 안테나의 빔을 벗어나는 범위까지 가능 Multiple beam forming 단일 안테나의 빔이 충분히 큰 경우 In phased array mode에서만 의미가 있을지 모르나,…

4 Beam forming or beam steering
delay를 조절해서 원하는 방향으로 합성빔이 만들어지도록 하는 것.

5 Multiple beam forming 동시에 여러 개의 beam forming을 수행한다.
Beam 의 개수만큼 H/W+S/W가 필요하다. 순차적으로 하는 것은 multiple beam forming이라고 할 수 없다.

6 Multiple beam forming의 예들
Allen telescope array 두 가지 모드가 가능하다. 간섭계 모드 : imaging Phased array 모드 : SETI 용으로 동시에 3개의 별을 추적 각 안테나에 있는 수신기에서 나온 신호를 디지털 신호로 바꾼다. 이것을 3대의 꼭 같은 신호처리장치로 보낸다. 각 신호처리장치에서는 안테나에서 온 신호에 서로 다른 delay를 주어 합치고 제곱해서 시간평균을 낸다. 안테나 하나의 빔+대역폭에 의해 제한되는 빔을 벗어날 수는 없다.

7 K-ART (Korean-ArrayRadioTelescope)
Murchison Widefield Array의 축소형 국내에 태양풍 관측기를 만들 필요성에서 출발

8 Methodology Scintillation
Measure velocity and electron density (fluctuations) using scintillation effect Scintillation intensity fluctuation due to changing refractive index of the intervening medium 주파수가 낮을수록 그 효과가 크다.

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10 외국의 시스템들 대개는 태양풍 관측 전용

11 Swift, Nagoya Univ. Japan
40m 106m

12 MEXART, Mexico over 70x140m2 area

13 Ooty 327 MHz 30m×530m The unique feature of the design is that the telescope has been constructed on a hill which has a natural slope of about 11 degrees, the same as the geographical latitude of Ooty. This makes the long axis of the telescope parallel to the Earth's rotation axis, giving it an equatorial mount. A celestial source in the sky can be tracked for about ten hours at a stretch by mechanical rotation of the parabolic cylinder in the east-west direction. In the north-south direction, the telescope response is steered electronically by introducing a suitable phase and delay gradient. along the dipole array.

14 The Pushchino Radio Observatory

15 MWA Australia 32 tiles over a few km2 (as of 2009)

16 설계 방향 단일 안테나도 좋고, 간섭계형도 좋고. 빔이 큰 것은 별로 문제가 안 되는 듯하지만…
단일 안테나도 좋고, 간섭계형도 좋고. 빔이 큰 것은 별로 문제가 안 되는 듯하지만… 간섭계형이 비용이 더 든다. 그대신 태양풍 관측 외에 다양한 일들을 할 수 있다. Imaging of radio sky Radio transients 관측

17 Jeju site

18 Jeju site 부지 크기 : 360mx410m

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21 48포트 gagabit hub 광변환기

22 Host 서버 제어프로그램 실행화면

23 System design 32 tiles deployed over 300x400m2 (1tile=24 dipole antennas) Frequency range : 327+/-5 MHz Instantaneous bandwidth : 10 MHz Continuum and spectrum modes Dual polarization Field of view : ~(1 rad)2 or (10 deg.)2 depending on observation mode Beam size (angular resolution) : ~15’ Effective collecting area : ~1000 m2 (similar to a single dish of D~40m) Receiver temperature : ~100 K Point source sensitivity : seconds integration Time resolution : 1ms or less Observing modes Phased array mode for solar wind monitoring Interferometer mode for radio sky imaging Both modes for variable objects

24 32 tiles 24 antennas and LNAs … … … … Beam former Beam former tile Hetero- dyne receiver Hetero- dyne receiver 8 nodes Digitizer/PC Digitizer/PC node Combiner/ correlator data analysis center Block diagram

25 Beam forming and beam steering in 2 stages
Beam former controls delays of signals from 24 antennas for electronic beam steering and combines the signals allows 2π wrapping since bandwidth is narrow S/W controls delays of signals from tiles single antenna ~1 rad2 tile ~(10deg.)2 whole system ~(15’)2

26 Beam former를 두지 않고 안테나의 신호들을 곧바로 중앙처리부로 보낼 수 도 있다.
치러야 하는 대가는 고비용 그대신 단일 안테나의 시야를 그대로 확보할 수 있다는 이점이 있다.

27 다양한 수준의 beam forming이 가능하다.
beam former (box) 이후를 중복해서 만들면 : tile beam을 여러 개 만들 수 있으므로 안테나 빔내의 여러 곳을 tile beam 의 시야로 이미징을 하거나, tile beam 내의 천체를 추적할 수 있다. 자료처리부만 중복해서 만들면 : tile beam 에 의한 시야는 고정되고 이 안에서 특정천체들을 추적할 수 있다. 아예 beam former를 만들지 않고 각 안테나에서 오는 신호를 가지고 상관처리를 하면 시야가 1rad2인 하늘을 이미징. 그대신 N2에 비례해서 고가의 상관처리부를 만들어야 함. 더하면 phased array모드가 되고 시야가 1rad2인 하늘에서 임의의 천체를 선택해서 추적할 수 있다.

28 결론 여러 관측자가 다른 관측자와 안테나를 공유하면서(=안테나 부지를 공유하면서) 각자의 관측을 수행한다.
Beam former를 두지 않는 경우와 beam former를 하나 두는 경우의 절충으로 볼 수 있다.