ANALISI DELL'EFFETTO DEGLI STRALLI SULLA TEMPERATURA DI RUMORE DELL'ANTENNA ESA DSA-4

ESA Deep Space Antennas (DSAs) are the most important support to the European deep-space missions. Communicating and retrieving scientific data with a probe millions of kilometres far from the Earth demands the respect of very tight constraints: dealing with signals weakened by the distances and environmental attenuations requires an antenna design capable of collecting an amount of noise as low as possible. One of the sources of inefficiencies in the DSAs Cassegrain structure comes from the struts needed to mechanically sustain the sub-reflector. Their presence causes an increment of the sidelobes leading the antenna to collect more environmental noise. The analysis of their contribution in terms of noise can help in new design choices for the newer antennas such as the upcoming DSA4 in New Norcia (Australia). The challenging part is to evaluate the environmental noise, that can be done through reliable mathematical models given by the International Telecommunication Union (ITU) recommendations and experimental data collected over time. The focus of this work is to study the antenna noise temperature (NT), specifically the DSA4 one, comparing the values derived from the use of patterns which consider, or not, the presence of the struts in different environmental conditions and for different antenna pointing elevations. To carry out the calculations, a MATLAB code that relies on the dynamic link library (DLL) of functions, developed by the Centre National D’Étudies Spatiales (CNES) built on the ITU models to retrieve the sky brightness temperature, has been written, with the radiation patterns simulated using TICRA’s GRASP software. The evaluation of the results given by the functions is also part of this study to prove their reliability.

Le antenne DSA (Deep Space Antenna) rappresentano il supporto piu' importante per le missioni nello spazio profondo dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Comunicare e recuperare i dati scientifici dalle sonde spaziali a milioni di chilometri di distanza dalla Terra richiede il rispetto di requisiti stringenti: a causa delle grandi distanze e delle attenuazioni ambientali, i segnali sono fortemente indeboliti, risulta quindi fondamentale un design di antenna che permetta di raccogliere la minor quantità di rumore possibile. Una delle cause d'inefficienza della struttura Cassegrain delle antenne DSA e' data dalla presenza degli stralli, necessari a sostenere meccanicamente il sub-reflector. La presenza degli stralli comporta l'aumento del livello dei sidelobes causando quindi una maggior quantità di rumore raccolto dall'antenna. Lo studio del loro contributo in termini di rumore permette lo sviluppo di nuove scelte di design orientate verso la nuova generazione, come l'antenna DSA4 in costruzione a New Norcia (Australia). Uno degli aspetti piu' complessi e' rappresentato dalla valutazione del rumore ambientale che può essere effettuata utilizzando i modelli matematici forniti dall'International Telecommunication Union (ITU) e da dati sperimentali raccolti nel tempo. L’intento principale di questa ricerca è analizzare la temperatura di rumore dell’antenna DSA4, per differenti situazioni climatiche e angoli di elevazione, esaminando in particolare come varia in base alla presenza, o meno, degli stralli nel pattern di radiazione simulato utilizzando il software GRASP di TICRA. Per eseguire i calcoli, è stato scritto un codice MATLAB che si basa sull'utilizzo della libreria dinamica (DLL) di funzioni, sviluppata dal Centre National D’Étudies Spatiales (CNES), costruita utilizzando i modelli ITU, per ottenere le attenuazioni climatiche e quindi recuperare la temperatura di brillanza del cielo necessaria a valutare la temperatura di rumore dell'antenna. La valutazione dei risultati forniti dalle funzioni è inoltre parte di questo studio per dimostrarne l’attendibilità.