Detectores espectrales y continuos
Vista posterior
El back-end hace referencia a todos los subsistemas al final de la cadena de recepción responsables del procesamiento front-end de la señal recibida, previamente detectada y convertida en una frecuencia intermedia (que llamaremos señal FI). Hay diferentes tipos de backend:
- Aquellos que sólo guardan la señal IF en un formato específico e información de observación adicional para un posterior procesamiento y análisis, como se refiere a los backends VLBI (por ejemplo, Mark IV).
- Quienes lo detectan y le tratan. Estos últimos, a su vez, se dividen en dos tipos: continuo y espectral , dependiendo de cómo se detecte la señal FI:
- El detector de continuidad estima la potencia recibida en todo el ancho de banda del receptor.
- Un detector de espectro, también llamado espectrómetro, estima la densidad espectral de potencia, PED, de una señal IF dividiendo el ancho de banda del receptor en secciones adyacentes y midiendo la potencia recibida en cada sección. Esto hace posible, por ejemplo, estudiar las líneas de emisión de átomos y moléculas en el medio interestelar.
El espectrómetro es quizás la parte más importante de un radiotelescopio de propósito general. Sus características más importantes son:
- El ancho de banda de la señal IF que puede analizar.
- Resolución espectral DEP (es decir, el grado de detalle de los espectros obtenidos).
- Flexibilidad para elegir la configuración anterior.
Existen tres tipos principales de espectrómetros de radio: el banco de filtros, el espectrómetro acústo-óptico y el autocorrelador digital.
banco de filtros
Divide la banda FI en N subbandas consecutivas con un banco de N filtros con frecuencias de corte adyacentes por lo que la potencia que entra en esta subbanda a la salida de cada filtro es detectada por un detector de cuadratura.
Para que la función de transferencia de los N filtros funcione correctamente, deben ser idénticos. Además, serán necesarios ciclos de calibración periódicos para eliminar las diferencias de ganancia entre subbandas, ya que la electrónica de cada subbanda puede no funcionar exactamente igual.
Este espectrómetro tiene un alto coste por canal, aunque su principal inconveniente es que no permite la resolución. La resolución máxima es el ancho del filtro y cambiarlo debería cambiar los filtros. Por este motivo, hoy en día se utilizan pocos espectrómetros de este tipo.
Espectrómetro acústico-óptico
Se basa en la difracción que experimenta un haz de luz monocromática que atraviesa un líquido bajo la influencia de una onda ultrasónica, que en 1921 predijo Brillouin. La señal IF se convierte en una onda ultrasónica (utilizando un transductor piezoeléctrico) que pasa por un medio (normalmente un líquido claro). Esta onda provoca fluctuaciones periódicas en la densidad de este medio, que a su vez provocan variaciones en el índice de refracción del medio a velocidades muy inferiores a la velocidad de la luz, por lo que pueden considerarse estacionarias. En estas condiciones, un haz de luz monocromática que atraviesa este medio se dispersará en una dirección que depende de la distancia entre los puntos de máxima densidad,
Las ventajas de este espectrómetro son que permite analizar ancho de banda con muchos canales por banda y bajo coste por canal. Sin embargo, son mecánicamente delicados, tienen una resolución máxima posible inferior a la de un autocorrelador digital, no permiten cambios de resolución y deben calibrarse periódicamente.
autocorrelador digital
Es un espectrómetro digital que estima el espectro de potencia de una señal FI utilizando el teorema de Wiener-Kintchine que relaciona la transformada de Fourier de un proceso aleatorio ergódico DEP y su función de autocorrelación ACF.
Concretamente, el circuito que estima el ACF de una señal de FI se llama autocorrelador digital, cuya señal de FI analógico debe convertirse primero en una señal analógica pero digital. Este proceso consta de dos partes, muestreo y cuantificación. Las funciones que realiza el autocorrelador son:
Muestra una señal SI que cumple el teorema de Nyquist. La frecuencia de muestreo máxima que se puede implementar limita el ancho de banda de la señal FI.
Cuantización de muestras : Esto implica asignar un valor numérico diferente a cada intervalo de amplitud continua de las muestras de señal FI. Para dos niveles de cuantización, que equivale a especificar la amplitud de la muestra en 1 bit (es decir, sólo se recoge la información del signo de la amplitud de la muestra), la degradación de la sensibilidad del radiómetro es de ‘1,9 dB (36%).
Michael Montero es especialista en Astronomía, cuenta con años de experiencia en observatorios y está especializado en avistamiento a media distancia. También ha preparado a algunos grupos de iniciados en astronomía. Una de sus aficiones más importantes es la observación de astros en la naturaleza, que practica cuando sus viajes y trabajo se lo permiten.