PROGETTO SKA E AMMODERNAMENTO DELLA CROCE DEL NORD
BEST 3: prevede l’installazione di 4 ricevitori su 14 cilindri
2.1.2 Collegamento di discesa d’antenna realizzato mediante fibra ottica
Il progetto di ammodernamento della struttura prevede la completa sostituzione del collegamento in coassiale, in favore di un link ottico analogico, che collegherebbe direttamente linea focale e sala di controllo, eliminando la necessità di una elaborazione del segnale nelle cabine.
L’idea di utilizzare la fibra ottica nasce dalla consapevolezza dei notevoli vantaggi che questa introduce, rispetto alla soluzione in coassiale, in molti parametri estremamente importanti per la realizzazione del progetto:
§ AMPIEZZA DI BANDA: l’elevata banda modulante resa disponibile dalle fibre ottiche è legata all’aumento della frequenza portante a cui avviene la trasmissione del segnale. In un collegamento ottico questa frequenza si trova in un intervallo compreso tra 101 3 e 101 6 Hz; quindi la banda di trasmissione risulta di gran lunga superiore rispetto a quella ottenibile in sistemi di trasmissione su cavi metallici, come i coassiali, o in sistemi di trasmissione radio che utilizzano onde millimetriche (dell’ordine del GHz).
§ LIVELLO di ATTENUAZIONE: lo sviluppo della tecnologia nella produzione di fibre ottiche, grazie ad un sempre più alto grado di purezza nei materiali utilizzati, ha permesso di raggiungere livelli di attenuazione del segnale e di perdite di trasmissione molto bassi, fino anche a 0.2 dB/Km. Tale attenuazione, infatti, nel caso delle fibre ottiche risulta indipendente dalla frequenza del segnale modulante trasmesso, come invece avviene nei cavi coassiali dove, a causa dell’effetto pelle, l’attenuazione risulta proporzionale alla f . Proprio per questo nei sistemi in fibra ottica è possibile lavorare con bande ad elevata frequenza
§ IMMUNITA’ alle INTERFERENZE: le fibre ottiche sono delle vere e proprie guide dielettriche per il segnale che trasportano al loro interno; il campo elettromagnetico è perciò confinato entro la struttura cilindrica che costituisce il cuore della fibra. Grazie a questa proprietà il valore dell’isolament o tra il flusso interno e quello esterno, ossia la schermatura rispetto all’azione di campi elettromagnetici esterni, risulta enormemente elevato. Inoltre, diversamente da quanto accade utilizzando dei conduttori metallici, viene altamente limitata l’interferenza fra differenti fibre ottiche e perciò la diafonia (crosstalk) tra i vari canali costituenti una linea trasmissiva diviene trascurabile, anche quando centinaia o migliaia di fibre sono cablate assieme.
§ ISOLAMENTO ELETTRICO: le fibre ottiche sono co stituite di fibre in vetro (silicio e ossidi di silicio) o
a volte vengono anche realizzate con polimeri plastici. Questi materiali sono a tutti gli effetti degli isolanti, perciò a differenza dei cavi metallici non sono soggetti a problemi di messa a terra.
§ ROBUSTEZZA e FLESSIBILITA’: grazie ai rivestimenti protettivi, le fibre ottiche offrono una grande resistenza alla trazione, possono essere curvate formando degli angoli relativamente piccoli e possono anche essere intrecciate tra loro senza causare rotture o danni in genere. In aggiunta, dalla combinazione di singole fibre o nastri di fibre all’interno di un unico cavo di protezione e rivestimento, si ottengono delle strutture altamente compatte, flessibili e robuste.
§ PESO e DIMENSIONE: le fibre ottiche, essendo caratterizzate da un diametro molto piccolo, anche quando sono rivestite di una guaina protettiva (protective coating o jacket), hanno una dimensione ed un peso di gran lunga inferiore rispetto ai corrispondenti cavi in rame.
Il miglioramento della struttura prevede anche l’allargamento della banda di lavoro, che passa da 2,7 MHz a 16 MHz, sempre centrata a 408 MHz, con l’auspicio di poterla ulteriormente estendere a 400 MHz ( tra 300 e 700MHz).
Di conseguenza si è reso necessario riprogettare tutti gli elementi della catena, così da renderli in grado di elaborare il segnale senza deteriorarlo, migliorando anzi le prestazioni dell’attuale sistema.
Fig. 2.1.2.1 Link di discesa d’antenna con cabine “trasparenti”
Seguendo lo schema di figura 2.1.2.1, si può osservare che il segnale RF proveniente dalla radio sorgente, dopo essere stato amplificato da un LNA tri-stadio e filtrato, mediante un filtro passa banda centrato alla frequenza di 408 MHz, viene convertito da elettrico ad ottico direttamente sull’antenna ed inviato, mediante fibra ottica, alla sala di elaborazione, dove viene rivelato, rifa sato agli altri segnali provenienti da altri ricevitori e digitalizzato per effettuare il signal-processing.
Dalla nuova configurazione si possono ottenere differenti vantaggi: innanzitutto il trasferimento di gran parte dell’elettronica da un ambiente est erno, caratterizzato da sbalzi di temperatura e umidità e soggetto ad eventi atmosferici (pioggia, vento, neve, scariche elettriche), ad una sala controllata in temperatura migliora
notevolmente la qualità delle elaborazioni sul segnale, così come aumenta il tempo di vita degli strumenti, che subiscono un deterioramento più lento; inoltre in caso di guasto risulta molto più semplice la sostituzione dell’elemento compromesso, con relativi cost i di manutenzione inferiori.
Inoltre la scelta di un link ottico analogico elimina la necessità di trasportare fin sulla linea focale tutti i segnali di controllo, sincronismo e oscillatore locale, vantaggio che si traduce in un notevole risparmio economic o, dal momento che diviene minore il numero di collegamenti necessari per la trasmissione dei segnali e che risulta meno complessa l’elettronica di Back End.
Sicuramente la scelta di un link ottico digitale per la discesa d’antenna avrebbe permesso di effe ttuare una prima elaborazione dati già sulla linea focale (favorendo, ad esempio il beamforming in tempo reale), ma un’attenta indagine di mercato ha appurato che al momento le tecnologie necessarie per creare un link ottico digitale con prestazioni di tipo radio astronomico sono ancora troppo costose e i vantaggi che se ne ricavano non possono giustificare una così elevata differenza di prezzo [Ref. 6].
In figura 2.1.2.2 è riportata la schematizzazione delle principali linee di trasmissione interessate al trasporto dei diversi segnali della catena di ricezione, assumendo come riferimento la situazione relativa ad 8 cilindri del ramo N-S.
Fig. 2.1.2.2 – Schematizzazione delle linee trasmissive relative ad 8 cilindri del ramo N-S
Come si può vedere, gli unici collegamenti esterni sono quelli adibiti al trasporto dell’informazione ricevuta, realizzati in fibra ottica monomodale, e i diversi cavi indispensabili per alimentare i dispositivi presenti sulle linee focali, che giungono alle varie antenne attraverso le cabine poste alla loro base. Per quello che concerne i percorsi in fibra ottica, il loro passaggio attraverso le cabine è funzionale unicamente alla realizzazione della cablatura di più fibre all’interno di cavi più robusti da 32 fibre ciascuno (più un eventuale scorta di fibre in caso di possibili danneggiamenti ad uno dei percorsi) necessari per rendere più compatto il collegame nto verso l’edificio principale.