Radyo Astronomi Alıcıları
Radyo astronomi alıcıları, bir anten tarafından toplanan son derece zayıf radyo sinyallerini mümkün olduğunca az gürültü ekleyerek yükseltmekte, frekansını düşürmekte ve algılamaktadır.
Tanım
Bir radyo astronomi alıcısı, anten beslemesinden gelen radyo frekans sinyalini alan ve onu yükselten, frekansını dönüştüren, filtreleyen ve algılayan elektronik birimdir; performansı esas olarak eklediği gürültü tarafından belirlenmekte ve sistem sıcaklığı olarak özetlenmektedir.
Kapsam
Bu konu, beslemeden dedektöre kadar alıcı zincirini, heterodin alıcıları ve yerel osilatörleri, soğutulmuş HEMT ve SIS mikser teknolojisi dahil düşük gürültülü yükselteçleri, sistem sıcaklığını ve gürültü katkılarını, gürültü diyotları ve yüklerle kalibrasyonu, ayrıca sinyali kanallara ayıran spektrometreleri ve arka uç birimleri kapsamaktadır.
Temel sorular
- Bir radyo alıcısının hassasiyetini ne sınırlar?
- Heterodin frekans düşürme, algılama ve spektroskopiyi nasıl mümkün kılar?
- Alıcı ön uçları neden kriyojenik sıcaklıklara soğutulur?
- Radyo ölçümleri bir sıcaklık ölçeğine nasıl kalibre edilir?
Temel kuramlar
- Sistem sıcaklığı ve radyometre denklemi
- Tüm gürültü kaynakları eşdeğer bir sıcaklık olarak ifade edilmektedir ve radyometre denklemi, elde edilebilir hassasiyetin, bant genişliği çarpı entegrasyon süresinin karekökünün sistem sıcaklığına bölünmesiyle arttığını göstermektedir.
- Heterodin algılama
- Gökyüzü sinyalini yerel bir osilatörle karıştırmak, onu yükseltilmesi ve kanallara ayrılması daha kolay olan daha düşük bir ara frekansa kaydırır; bu da spektroskopi ve interferometri için genlik ve fazı korur.
- Kriyojenik düşük gürültülü ön uçlar
- Yükselteçleri ve süperiletken mikserleri birkaç Kelvin'e soğutmak termal gürültüyü önemli ölçüde azaltır ve SIS eklemleri milimetre dalga boylarında kuantum sınırına yakın hassasiyet sağlamaktadır.
Klinik önem
Alıcı gürültü performansı, belirli bir sürede ne kadar zayıf bir radyo kaynağının tespit edilebileceğini doğrudan belirlemektedir; kriyojenik yükselteçler ve süperiletken mikserlerdeki gelişmeler, soğuk moleküler gazın milimetre ve submilimetre spektroskopisini rutin hale getirmiştir.
Tarihçe
Erken dönem radyo astronomisi nispeten gürültülü yükselteçler kullanmış ve 1940'lardaki Dicke anahtarlamalı radyometresi kararsızlıkları azaltmıştır. Maser ve parametrik yükselteçler yerini soğutulmuş transistör yükselteçlerine ve en yüksek frekanslarda, temel kuantum gürültü sınırına yaklaşan süperiletken-yalıtkan-süperiletken mikserlere bırakmıştır.
Öne çıkan isimler
- Robert Dicke
- Harry Nyquist
İlgili konular
Temel eserler
- wilson2013
- rieke2003
Sıkça sorulan sorular
- Radyo alıcısı ön uçları neden mutlak sıfırın sadece birkaç derece üzerine kadar soğutulur?
- Radyo hassasiyetindeki baskın sınırlayıcı faktör, alıcının kendi elektroniği tarafından eklenen termal gürültüdür. İlk yükselteci veya mikseri birkaç Kelvin'e soğutmak bu gürültüyü önemli ölçüde azaltır ve böylece alıcının, oda sıcaklığındaki bir sistemin algılayabileceğinden çok daha zayıf sinyalleri tespit etmesini sağlar.
- Bir radyo teleskobu için sistem sıcaklığı ne anlama gelir?
- Sistem sıcaklığı, alıcı, atmosfer ve zemin dahil olmak üzere sistemdeki tüm gürültüyü, aynı gürültüyü üretecek bir direncin sıcaklığı olarak ifade eden tek bir sayıdır. Daha düşük bir sistem sıcaklığı, belirli bir entegrasyon süresi için daha hassas bir teleskop anlamına gelmektedir.