11.3. ODBIORNIKI

  Zastępcza temperatura szumów własnych (liczba szumowa) odbiornika powinna być, jak w każdym przypadku, możliwie najmniejsza (w praktyce w zakresach UKF wytarczą przedwzmacniacze wykonane na tranzystorach z arsenku galu). W przeciwieństwie do odbiorników komunikacyjnych pasmo przenoszenia odbiornika radioastronomicznego powinno jednak być szerokie, od ok. kilku MHz w zakresach fal metrowych do nawet 100 MHz w zakresach fal centymetrowych. Uzyskana na jego wyjściu moc odebranych szumów jest proporcjonalna do temperatury ciała promieniującego i szerokości pasma. Dla pomiaru mocy szumów odbiornik musi być wyposażony w detektor kwadratowy z obwodem całkującym (filtrem dolnoprzepustowym o dużej stałej czasu), wzmacniacz prądu stałego i wyskalowany miernik lub rejestrator sygnału. Schemat blokowy odbiornika radiometrycznego (mierzącego moc szumów kosmicznych) przedstawiono na rysunku 11.2.

    [rys. b_02]

    Dla zastępczej temperatury szumów odbiornika równej 100 stopni K i szerokości pasma odbiornika wynoszącej 10 MHz moc szumów odniesiona na wejście odbiornika wynosi 1,4*10^-14 W, powinna być ona wzmocniona do poziomu rzędu 10^-5 W na wejściu detektora. Jak wynika z powyższego przykładu, wzmocnienie toru odbiorczego powinno być możliwie duże - co najmniej 90 - 100 dB. Automatyczna regulacja wzmocnienia jest zbędna a nawet szkodliwa, ponieważ odbierane szumy kosmiczne są w przybliżeniu tego samego rzędu co szumy własne odbiornika, a mierzona jest właśnie zmiana poziomu szumów. Bezwzględna wartość mocy jest mniej interesująca. Zastosowanie obwodu całkującego zwiększa efektywną czułość odbiornika (najmniejszą rozróżnialną zmianę poziomu sygnału wejściowego) dzięki odfiltrowaniu sygnału szumowego o przypadkowym charakterze i względnie stałym poziomie pochodzącego z odbiornika lub otoczenia. Mierzone sygnały pochodzenia kosmicznego charakteryzują się powolnymi zmianami amplitudy, dlatego też zmiany te nie zostają odfiltrowane. Efektywny przyrost czułości uzyskany dzięki zastosowaniu układu całkującego jest proporcjonalny do pierwiastka z jego stałej czasu.
    W odbiornikach o tak dużym wzmocnieniu zauważa się już jednak negatywne efekty: wpływ niestabilności termicznych, szumów i przydźwięku pochodzącego z napięcia zasilania oraz szumów śrutowych typu 1/f pochdzących z elementów półprzewodnikowych. Dlatego też w ulepszonych układach odbiorników stosuje się periodyczne przełączanie wejścia odbiornika pomiędzy antenę i opornik odniesienia znajdujący się w stałej i znanej temperaturze. Pełna kompensacja niestabilności wzmocnienia odbiornika uzyskiwana jest dla temperatury opornika odniesienia równej zastępczej temperaturze anteny. Jednocześnie wyjście detektora przełączane jest na wejście odejmujące (odwracające fazę) miernika i wejście bezpośrednie. Od sygnału użytecznego składającego się z szumów odbieranych i sumów własnych odbiornika odejmowany jest sygnał odniesienia wraz z szumami odbiornika. Miernik wskazuje więc wyłącznie moc odbieranych szumów. Przełączanie następuje z szybkością 10 - 100 Hz. Schemat blokowy takiego odbiornika przedstawiony jest na rysunku 11.3. Zasada przełączania wejścia i wyjścia odbiornika została opracowana w 1946 roku przez amerykańskiego radioastronoma Roberta Dickie, dlatego też odbiornik taki nazywany jest czasami odbiornikiem Dickiego. Opornik odniesienia dostarcza mocy szumów wynoszącej: Pref = kBTref, a otrzymywana na wyjściu detektora amplituda sygnału wynosi w tym przypadku:
Uss = hGk(Ta -Tref) [V]
gdzie h jest czułością detektora w V/W.

    [rys. b_03]

    W najprostszym przypadku można zrezygnować z dopasowywania temperatury odniesienia i utrzymywać jej stałą wartość. Otrzymywany na wyjściu odbiornika sygnał jest sygnałem zmiennym, położonym w pobliżu częstotliwości przełączania, co pozwala na eliminację składowej stałej szumów własnych odbiornika i składowej typu 1/f.