Действительно ли входные усилители радиотелескопов с частотой около 1 ТГц преобразовывают с понижением частоты перед усилением? На какой частоте усиление становится несостоятельным?

Обсуждение того, как астрономы видят, где заканчивается «радио» и начинается «инфракрасное» в разделе « Как выглядит небесная сфера в тепловом ИК-диапазоне?» заставил меня задаться вопросом, насколько высокая частота в настоящее время усиливается электронным способом в радиотелескопах, прежде чем вместо этого она преобразуется с понижением частоты с помощью какого-либо гетеродина и смесителя.

Например, у ALMA есть десять различных частотных диапазонов, перечисленных в ESO’s ALMA Receiver Bands .

В таблице указано, что в двух нижних диапазонах (35–50 и 65–90 ГГц) используется технология транзисторного приемника с высокой подвижностью электронов , а в восьми верхних используется «SIS».

Верхняя полоса (полоса 10) указана как 0,3–0,4 мм или 787–950 ГГц со спецификацией шумовой температуры 344 Кельвина.

Но я не знаю, как выяснить для каждой из этих групп, как работают фронтенды; независимо от того, усиливают ли они или смешивают и преобразовывают сначала. Итак, я хотел бы спросить:

Вопрос: Действительно ли входные усилители радиотелескопов с частотой около 1 ТГц преобразовывают с понижением частоты перед усилением? На какой частоте усиление становится неприемлемым для радиоастрономических применений ?

Связанные и, возможно, полезные:

Ответы (1)

Об этом рассказывается в статье в Astronomy & Astrophysics 1 (AM Baryshev et al., A&A 577, A129 (2015)) под названием «Проектирование, конструкция, характеристики, первый свет приемника ALMA Band 9».

Соответствующая цитата из раздела «Методы»:

Блоки приемников ALMA Band 9 (так называемые «картриджи»), которые устанавливаются в передней части телескопа, были разработаны для обнаружения и преобразования с понижением частоты двух ортогональных линейных поляризационных компонентов света, собираемого антеннами ALMA. Свет, попадающий на переднюю часть, перефокусируется с помощью компактного расположения зеркал, которое полностью содержится внутри картриджа. Устройство содержит сетку для разделения поляризаций и два светоделителя для объединения каждого результирующего луча с сигналом гетеродина. Объединенные лучи подаются в независимые двухполосные смесители, каждый из которых оснащен гофрированным рупором, вводящим излучение через волновод с коротким резонатором в настраиваемый по импедансу переход сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (SIS), который выполняет гетеродинное преобразование с понижением частоты. Окончательно,

Итак, это касается группы 9, а не 10.

Недавняя статья Постер/бумага от SPIE. В настоящее время у меня нет доступа к полной статье, но реферат включает

Новый гетеродинный приемник ASTE Band 10 с частотой 790–940 ГГц был установлен в октябре 2019 года на ASTE (Эксперимент с субмиллиметровым телескопом в Атакаме), 10-метровом субмиллиметровом телескопе недалеко от площадки ALMA в Чили. Прототип приемника ALMA Band 10 был модернизирован смесителями SIS с переходами с высоким Jc.

что для меня подразумевает очень похожую архитектуру. Обратите внимание, что этот конкретный приемник на самом деле установлен на телескопе рядом с ALMA, предназначенным для использования в качестве испытательного стенда для экспериментов в диапазоне 10 (большая часть времени ALMA тратится на другие диапазоны).

Что касается того, что (вероятно) было установлено на ALMA, статья в IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 21, НЕТ. 3, ИЮНЬ 2011 г. , стр. 606-611, Yasunori Fujii et al. обсуждает разработанный ими прототип. Он также использовал смеситель сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (SIS) на входе для прямого преобразования с понижением частоты в промежуточную частоту 4–12 ГГц.

Очень приятно, \спасибо! К вашему сведению, этот ответ включает аргументы о том, что существуют пределы «квантового шума в когерентных усилителях», что затрудняет создание электронных усилителей на ТГц; фазовый шум ухудшил бы интерферометрию.
К вашему сведению, после дальнейшего поиска с помощью «радиотелескопа с квантовыми шумовыми усилителями» я обнаружил, что слайды 29 и 30 книги « Технические аспекты радиоастрономии» Ю-Цзин Хванга из ASIAA ставят точку пересечения для преобразования с понижением частоты — сначала около 100 ГГц, а следующие слайды обрисовывают в общих чертах различные схемы, включая СИС. ( здесь также есть предыстория )