Problema hipotético de diseño del telescopio espacial CMB, ¿recibió energía de una fuente térmica extendida versus NEP frontal del receptor?

Considere el ejemplo de una gran antena parabólica de radio en el espacio equipada con un escudo térmico que la protege del sol. Digamos que la temperatura efectiva del extremo frontal del amplificador (para fines de cálculos de ruido (es decir, NEP ) es de 2,7 Kelvin, que es coincidentemente la temperatura del fondo cósmico de microondas que observará.

Ignoraremos la radiación térmica del plato en sí, porque aunque es un poco más cálido, es un metal altamente reflectante y, por lo tanto, la emisividad es muy baja. (ver esta respuesta para más sobre eso)

El sistema receptor está fijo en la longitud de onda central cerca del pico del CMB, digamos 2 mm, y tiene un paso de banda fijo del 1%.

Ahora es el momento de elegir el diámetro y la distancia focal del plato.

Sé que la "temperatura del cielo" característica del CMB para la que estoy tratando de obtener imágenes de falta de uniformidad y la temperatura de la parte frontal de mi receptor son ambas de 2,7 K, pero ¿cuál es la proporción de sus potencias que estaré midiendo?

Pregunta: Si tengo un f/no. ¿Recibirá una bocina de alimentación de difracción limitada dada menos potencia y, por lo tanto, la señal será más débil en comparación con el ruido térmico del receptor, o terminarán siendo aproximadamente iguales sin importar el diámetro o la distancia focal del plato?

Fundamentalmente, no está tratando de medir 2.7 K, quiere medir anisotropías de micro-kelvin (en polarización ahora). Su interfaz no necesita estar a 2,7 K, eran 100 mK en Planck HFI (bolómetros) y 20 K para LFI (mezcladores). Además, en cualquier cota razonablemente alta, la anisotropía está dominada por los primeros planos: señales de estrellas, polvo, sincrotrón, etc. El más grande en su rango de frecuencia es el polvo de la galaxia. Por lo tanto, se convierte en un problema qué tan bien puede resolver e identificar los primeros planos para que puedan eliminarse en el procesamiento de datos (cf. falla BICEP2). Consulte los documentos previos al lanzamiento de Planck.
@ user71659 Estoy haciendo una pregunta sobre el ruido en la radioastronomía y he establecido un escenario hipotético, por lo tanto, el título "¿ Problema hipotético de diseño del telescopio espacial CMB , recibió energía de la fuente térmica extendida versus el extremo frontal del receptor NEP?" Si puede ofrecer alguna información que aborde la pregunta tal como se le hizo, será excelente, pero las respuestas sobre cómo medirla realmente deben colocarse en otras preguntas. ¡Gracias!
De vez en cuando me olvido de agregar el indicador Pregunta: y hoy es uno de esos días. Lo agregaré de nuevo ahora.
Básicamente, estás diciendo que no estás haciendo una pregunta de astronomía pero que necesitas ayuda con la óptica. Si su pregunta es verdaderamente sobre el tema, está subespecificada. Debe decir cuál es el objetivo de su telescopio CMB. ¿Está tratando de demostrar que el CMB es un cuerpo negro de 2,7 K (FIRAS)? ¿Estás tratando de construir el mejor telescopio ligeramente polarimétrico que puedas (Planck)? ¿O está tratando de construir un telescopio polarimétrico científicamente relevante (parámetros actualmente desconocidos)? Esos dan como resultado diseños completamente diferentes.
@ user71659 No estoy de acuerdo de varias maneras con la mayoría de sus comentarios y no hay razón para leer tanto extra en mi pregunta que no está allí. Pero tengo la sensación de que si no cree que la pregunta en la última oración está relacionada con el tema aquí en Astronomy Stack Exchange, no podré convencerlo. También veo que realmente no participas mucho en este sitio, así que en este caso voy a confiar en mi propio juicio. La pregunta pide una relación de potencias y está suficientemente especificada para responder con una. Si no hay respuesta en unos días intentaré escribirlo yo mismo.
@ user71659 pero estoy de acuerdo en que esta pregunta se superpone con la radiometría (creo que lo mencionaste pero no lo veo ahora). Sin embargo, eso no lo hace fuera del tema. Veo que tiene apetito por preguntas más desafiantes, trataré de hacerle algunas a continuación. :-)

Respuestas (1)

La bocina de alimentación es una antena que tiene un patrón de antena Fuente

Sin embargo, no todos los feeds son cuernos. Aquí hay una imagen de un plato parabólico con alimentación Yagi: Fuente

Idealmente, desea que el ancho del haz de la antena de bocina cubra todo el plato y solo el plato. Entonces, si el ancho del haz de la antena de bocina es, digamos, 30 grados, desea que el plato subtienda 30 grados de la vista desde el centro de la entrada de la alimentación.

Dado que el plato es parabólico, se puede describir mediante la ecuación y=a(xh)^2 Fuente . Suponiendo que el vértice de la parábola está en el origen, la antena de alimentación estará a 1/(4a) unidades del vértice. Esta es la longitud focal del plato. La apertura del plato es su diámetro. Usando los valores de la ecuación anterior, el número f de una antena parabólica es (1/(4a))/x o 1/(4ax).

Ahora que sabemos dónde está el foco, podemos calcular el ancho del haz de alimentación requerido para cubrir el plato, luego diseñar una antena de alimentación que cumpla con ese requisito.

Tenga en cuenta que el número f no contribuye a la solución del problema como esperaríamos si se tratara de un sistema óptico. Lo más importante es hacer coincidir el ancho del haz de la antena de alimentación con el radio del plato, que se establece por el valor de "a". Por lo tanto, una antena de alimentación recibirá la misma cantidad de potencia independientemente del número f siempre que la antena de alimentación esté en el foco de la apertura. (Si se puede diseñar una antena de alimentación para una "a" dada es otra cuestión).

¡Gracias por tu respuesta! Creo que me estoy haciendo una idea; Siempre me confundo cuando la termodinámica y las antenas se encuentran.
Problema hipotético de diseño del telescopio espacial CMB, ¿recibió energía de una fuente térmica extendida versus NEP frontal del receptor?
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