Hypothetisches Konstruktionsproblem des CMB-Weltraumteleskops, empfangene Leistung von einer erweiterten thermischen Quelle im Vergleich zum Empfänger-Frontend-NEP?

Betrachten Sie das Beispiel einer großen Radioantenne im Weltraum, die mit einem Hitzeschild ausgestattet ist, das sie vor der Sonne schützt. Nehmen wir an, die effektive Front-End-Temperatur des Verstärkers (für Zwecke der Rauschberechnungen (dh NEP )) beträgt 2,7 Kelvin, was zufällig die Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds ist , den er betrachten wird.

Wir ignorieren die Wärmestrahlung von der Schüssel selbst, denn obwohl es etwas wärmer ist, ist es hochreflektierendes Metall und daher ist der Emissionsgrad sehr niedrig. ( mehr dazu in dieser Antwort )

Das Empfängersystem ist auf eine zentrale Wellenlänge in der Nähe der Spitze des CMB festgelegt, sagen wir 2 mm, und hat einen festen 1%-Bandpass.

Jetzt ist es an der Zeit, den Durchmesser und die Brennweite der Schüssel zu wählen.

Ich weiß, dass die charakteristische "Himmelstemperatur" des CMB, für den ich versuche, Ungleichmäßigkeiten abzubilden, und die Temperatur des Frontends meines Empfängers beide 2,7 K betragen, aber wie ist das Verhältnis ihrer Leistungen, die ich messen werde?

Frage: Wenn ich eine große Blendenzahl habe. Wird ein bestimmtes beugungsbegrenztes Speisehorn weniger Leistung erhalten und das Signal daher im Vergleich zum thermischen Rauschen des Empfängers schwächer sein, oder werden sie am Ende irgendwie ungefähr gleich sein, unabhängig vom Durchmesser oder der Brennweite der Schüssel?

Grundsätzlich versuchen Sie nicht, 2,7 K zu messen, sondern Mikrokelvin-Anisotropien (jetzt in Polarisation). Ihr Frontend muss nicht bei 2,7 K liegen, es waren 100 mK bei Planck HFI (Bolometer) und 20 K bei LFI (Mischer). Außerdem wird die Anisotropie bei jeder einigermaßen hohen Elle von Vordergrund dominiert: Signale von Sternen, Staub, Synchrotron usw. Das größte in Ihrem Frequenzbereich ist Staub aus der Galaxie. Daher wird es zu einem Problem, wie gut Sie die Vordergründe auflösen und identifizieren können, damit sie in der Datenverarbeitung entfernt werden können (vgl. BICEP2-Fehler). Siehe die Pre-Launch-Papiere von Planck.
@ user71659 Ich stelle eine Frage zu Rauschen in der Radioastronomie und habe ein hypothetisches Szenario erstellt, daher der Titel " Hypothetical CMB Space Telescope Design Problem , Received Power from Extended Thermal Source versus Receiver Front End NEP?" Wenn Sie einige Informationen anbieten können, die die gestellte Frage beantworten, ist das großartig, aber Antworten darauf, wie man sie tatsächlich misst, sollten auf andere Fragen gestellt werden. Danke!
Hin und wieder vergesse ich, den Frage- Indikator hinzuzufügen, und heute ist einer dieser Tage. Ich füge es jetzt wieder ein.
Im Grunde sagen Sie, dass Sie keine astronomische Frage stellen, sondern Hilfe bei der Optik benötigen. Wenn Ihre Frage wirklich zum Thema gehört, ist sie unterspezifiziert. Sie müssen sagen, was das Ziel Ihres CMB-Teleskops ist. Versuchen Sie zu beweisen, dass der CMB ein 2,7-K-Schwarzkörper (FIRAS) ist? Versuchen Sie, das beste leicht polarimetrische Teleskop zu bauen, das Sie können (Planck)? Oder versuchen Sie, ein wissenschaftlich relevantes polarimetrisches Teleskop zu bauen (Parameter derzeit unbekannt)? Diese führen zu völlig unterschiedlichen Designs.
@ user71659 Ich bin mit den meisten Ihrer Kommentare in mehrfacher Hinsicht nicht einverstanden, und es gibt keinen Grund, so viel Extra in meine Frage zu lesen, das nicht da ist. Aber ich habe das Gefühl, dass ich Sie nicht überzeugen kann, wenn Sie nicht glauben, dass die Frage im letzten Satz hier in Astronomy Stack Exchange zum Thema gehört. Ich sehe auch, dass Sie nicht wirklich viel an dieser Seite teilnehmen, also werde ich in diesem Fall meinem eigenen Urteil vertrauen. Die Frage fragt nach einem Kräfteverhältnis und ist ausreichend spezifiziert, um mit einem zu antworten. Wenn es in ein paar Tagen keine Antwort gibt, werde ich versuchen, es selbst zu schreiben.
@ user71659, aber ich stimme zu, dass sich diese Frage mit der Radiometrie überschneidet (ich glaube, Sie haben das erwähnt, aber ich sehe es jetzt nicht). Das macht es aber nicht off-topic. Ich sehe, Sie haben Appetit auf anspruchsvollere Fragen, ich werde versuchen, als nächstes einige zu stellen. :-)

Antworten (1)

Das Speisehorn ist eine Antenne , die eine Antennenmusterquelle hat

Allerdings sind nicht alle Feeds Hörner. Hier ist ein Bild einer Parabolschüssel mit einem Yagi-Feed: Quelle

Idealerweise soll die Strahlbreite der Hornantenne die gesamte Schüssel und nur die Schüssel abdecken. Wenn also die Strahlbreite der Hornantenne beispielsweise 30 Grad beträgt, möchten Sie, dass die Schüssel 30 Grad der Sicht von der Mitte des Eingangs des Feeds abdeckt.

Da die Schüssel parabolisch ist, kann sie durch die Gleichung y=a(xh)^2 Quelle beschrieben werden . Unter der Annahme, dass sich der Scheitelpunkt der Parabel am Ursprung befindet, ist die Speiseantenne 1/(4a) Einheiten vom Scheitelpunkt entfernt. Dies ist die Brennweite der Schüssel. Die Öffnung der Schale ist ihr Durchmesser. Unter Verwendung der Werte aus der obigen Gleichung ist die Blendenzahl einer Parabolantenne (1/(4a))/x oder 1/(4ax).

Jetzt, da wir wissen, wo der Fokus liegt, können wir die Strahlbreite des Feeds berechnen, die erforderlich ist, um die Schüssel abzudecken, und dann eine Feed-Antenne entwerfen, die diese Anforderung erfüllt.

Beachten Sie, dass die Blendenzahl nicht zur Lösung des Problems beiträgt, wie wir es bei einem optischen System erwarten würden. Das Wichtigste ist, die Strahlbreite der Speiseantenne an den Radius der Schüssel anzupassen, der durch den Wert von "a" festgelegt wird. Eine Speiseantenne erhält also unabhängig von der Blendenzahl die gleiche Leistung, solange sich die Speiseantenne im Fokus der Öffnung befindet. (Ob man für ein gegebenes "a" eine Speiseantenne entwerfen kann, ist eine andere Frage.)

Danke für deine Antwort! Ich glaube, ich bekomme das Bild; Ich bin immer verwirrt, wenn Thermodynamik und Antennen aufeinander treffen.
Hypothetisches Konstruktionsproblem des CMB-Weltraumteleskops, empfangene Leistung von einer erweiterten thermischen Quelle im Vergleich zum Empfänger-Frontend-NEP?
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