Penerima Radio Astronomi

Penerima radio astronomi menguatkan, mengonversi frekuensi turun (downconvert), dan mendeteksi sinyal radio yang sangat lemah yang dikumpulkan oleh antena sambil menambahkan derau sesedikit mungkin.

Definition

Penerima radio astronomi adalah perangkat elektronik yang mengambil sinyal frekuensi radio dari umpan antena dan menguatkan, mengonversi frekuensi, menyaring, dan mendeteksinya, dengan kinerja yang terutama ditentukan oleh derau yang ditambahkannya, yang dirangkum sebagai suhu sistemnya.

Scope

Topik ini mencakup rantai penerima dari umpan (feed) hingga detektor, penerima heterodin dan osilator lokal, penguat derau rendah termasuk HEMT berpendingin dan teknologi pencampur SIS, suhu sistem dan kontribusi derau, kalibrasi dengan dioda derau dan beban, serta spektrometer dan backend yang menyalurkan sinyal.

Core questions

• Apa yang membatasi sensitivitas penerima radio?
• Bagaimana downkonversi heterodin memungkinkan deteksi dan spektroskopi?
• Mengapa ujung depan penerima didinginkan hingga suhu kriogenik?
• Bagaimana pengukuran radio dikalibrasi ke skala suhu?

Key theories

Suhu sistem dan persamaan radiometer

Semua sumber derau dinyatakan sebagai suhu ekuivalen, dan persamaan radiometer menunjukkan bahwa sensitivitas yang dapat dicapai meningkat dengan akar kuadrat dari bandwidth dikalikan waktu integrasi dibagi dengan suhu sistem.

Deteksi heterodin

Mencampur sinyal langit dengan osilator lokal menggesernya ke frekuensi menengah yang lebih rendah yang lebih mudah untuk diperkuat dan disalurkan, menjaga amplitudo dan fase untuk spektroskopi dan interferometri.

Ujung depan derau rendah kriogenik

Mendinginkan penguat dan pencampur superkonduktor hingga beberapa kelvin secara tajam mengurangi derau termal, dan sambungan SIS memberikan sensitivitas yang mendekati batas kuantum pada panjang gelombang milimeter.

Clinical relevance

Kinerja derau penerima secara langsung menentukan seberapa lemah sumber radio yang dapat dideteksi dalam waktu tertentu; kemajuan dalam penguat kriogenik dan pencampur superkonduktor telah membuat spektroskopi milimeter dan submilimeter gas molekuler dingin menjadi rutin.

History

Radio astronomi awal menggunakan penguat yang relatif bising, dan radiometer pengalih Dicke pada tahun 1940-an mengurangi ketidakstabilan. Penguat maser dan parametrik digantikan oleh penguat transistor berpendingin dan, pada frekuensi tertinggi, pencampur superkonduktor-isolator-superkonduktor yang mendekati batas derau kuantum fundamental.

Key figures

• Robert Dicke
• Harry Nyquist

Seminal works

• wilson2013
• rieke2003

Frequently asked questions

Mengapa ujung depan penerima radio didinginkan hingga hanya beberapa derajat di atas nol mutlak?

Batas dominan pada sensitivitas radio adalah derau termal yang ditambahkan oleh elektronik penerima itu sendiri. Mendinginkan penguat atau pencampur pertama hingga beberapa kelvin secara drastis menurunkan derau ini, memungkinkan penerima mendeteksi sinyal yang jauh lebih lemah daripada yang bisa dilakukan oleh sistem suhu kamar.

Apa arti suhu sistem untuk teleskop radio?

Suhu sistem adalah satu angka yang menyatakan semua derau dalam sistem, termasuk penerima, atmosfer, dan tanah, sebagai suhu resistor yang akan menghasilkan derau yang sama. Suhu sistem yang lebih rendah berarti teleskop yang lebih sensitif untuk waktu integrasi tertentu.