Design and development of a solar radio interferometer of two elements

Abstract

Abstract. The design and implementation of a two-element solar radio interferometer, and the pertinence of these initiatives for development of the astronomy in Colombia are presented in this the is. The scientific and technical objectives of this thesis were the design and construction of an instrument capable of performing observations of physical phenomena occurring in the Sun, as well as the constant monitoring of space weather through observations of radio emissions. To accomplish this, a log periodic dipole array (LPDA) was selected as the most appropriate type of antenna to detect radio waves in a broad frequency bandwidth (up to 800 MHz) and therefore achieving the main scientific objective of the present work. In order to have a better capability of detection, two LPDAs were set as an interferometric array. The design of this instrument includes a digital signal processing system. The ROACH 1 hardware was programmed and used as the receiver system that generates the radio spectra by using signal correlation techniques. During commissioning, several tests were performed to ensure the correct operation of the First Colombian Solar Radio Interferometer (FiCoRI). The description and results of these tests are presented in this thesis. The combination of different devices and methods used for the detection and processing of the signals compose the First Colombian Solar Radio Interferometer (FiCoRI). The analysis of a solar radio burst observed by FiCoRI and other instruments is also described. Results of the estimated electron velocity generating the observed radio emission are presented. This is the first time that such an analysis has been made with data obtain from a radio astronomical instrument designed and constructed in Colombia. Some ideas and suggestions for future improvements of FiCoRI are also given.

Resumen: En esta tesis se presenta el diseño e implementación de un radio interferómetro solar de dos elementos enmarcado en la pertinencia de esta clase de iniciativas para el desarrollo de la astronomía en Colombia. Los objetivos científicos del proyecto fueron lograr un instrumento capaz de hacer observación de fenómenos físicos que ocurren en el Sol, así como el monitoreo constante del clima espacial a través de la observación de emisión en radio. Para lograr esto, el arreglo de dipolos log-periódico (LPDA) fue el tipo de antena elegida como la más apropiada para detectar ondas de radio en una banda frecuencias bastante ancha(hasta 800 MHz). Para tener una mejor capacidad de detección, dos LPDA se pusieron como un arreglo interferométrico. El hardware ROACH 1 fue programado y utilizado como el sistema de recepción y procesamiento que genera los espectros de radio mediante el uso de técnicas de correlación de señales. Las pruebas que corroboran el buen desempeño de FiCoRI son presentadas en la tesis. La combinación de los diferentes dispositivos y métodos utilizados para lograr la detección y procesamiento de las señales conforman el Primer Radio Interferómetro Solar Colombiano (FiCoRI). Al final, se presenta el análisis de un estallido solar en radio observado por FiCoRI y también por otros instrumentos, dando como resultado la velocidad estimada de los electrones que generaron la emisión, primera vez que esto es hecho con datos colombianos. También se dan algunas sugerencias para mejorar FiCoRI en el futuro.