Почему рабочая температура для расчетов шума приемника "Вояджеров" около 1550К?

В строке 10 Таблицы 5.2 DESCANSO IV - Voyager Telecommunication показано значение спектральной плотности шума приемника восходящей линии связи, равное -166,7 дБм/Гц, что составляет 196,7 дБВт/Гц, что составляет 2,1E-20 Вт/Гц = к Б Т . С к Б = 1,381E-23 Дж/К, это температура около 1500 К (что кажется очень горячим!), и это согласуется с заявленной рабочей температурой 1545 К, что снова кажется очень горячим!

В Таблице 5.3 для приемника нисходящей линии связи в DSN шумовая температура составляет 21K, что согласуется с его охлаждением примерно до 13K. Но я не могу понять эту цифру 1500K для Voyager, она кажется нефизической, если только технология не настолько старая, что источником шума является сам входной транзистор эпохи 1970-х годов.

Неужели тогда они были такими шумными?

DESCANSO IV — Телекоммуникации Voyager Таблица 5.2

DESCANSO IV — Телекоммуникации Voyager Таблица 5.3

Возможно, это было основано на худшем случае окружающей среды вблизи Юпитера?
@SteveLinton В той же строке 10 в таблице 5.3 показана подробная разбивка вкладов, включая наземные, галактические и атмосферные. Вы можете быть правы, но если это так, я был бы удивлен, что они определили рабочую температуру как ~ 1500K, а не разбили ее на принимаемый шум. Я предполагаю, что это отчасти связано с тем, почему домашние спутниковые тарелки раньше были такими большими; старые транзисторы шумели.
Возможно, вы правы, но я имел в виду влияние ударов частиц на приемник/усилитель, а не входящий радиошум. Не знаю, будет ли это классифицироваться таким же образом,
@SteveLinton, интересное мышление!
@uhoh Может быть, сигнал идет прямо с антенны в микшер?

Ответы (3)

Антенна "Вояджера" направлена ​​на Солнце. Передатчик на Земле должен быть достаточно мощным, чтобы выделяться на фоне солнца, по крайней мере, в пределах (очень ограниченной) полосы пропускания приемника. Все остальные источники шума пренебрежимо малы и поэтому не указаны в бюджете канала.

Спектральная плотность мощности шума, которую видит путешественник, зависит от спектральной плотности мощности солнца в S-диапазоне, коэффициента усиления антенны и расстояния от солнца. Спектральная плотность мощности шума часто делится на постоянную Больцмана, чтобы получить более удобные числа. Эта шумовая температура не является реальной температурой, и вам не следует слишком много в нее вникать. 1545K — это просто альтернативное представление -166,7 дБм/Гц, что опять-таки является альтернативным представлением 0,00000000000000000000213 Вт/Гц.

На нисходящем канале антенны на земле направлены в сторону от солнца. Космическое фоновое излучение вносит свой вклад в общий коэффициент шума, но в этом направлении он составляет всего 2,7К. Нет единого доминирующего источника шума, отсюда и поломка.

Я не уверен, что это четко отвечает на вопрос. Почему рабочая температура для расчета шума приемника "Вояджеров" составляет около 1550 К?
Так, например, вы могли бы предположить, что это верхний предел для внешнего интерфейса приемника или всей системы, т. е. если антенна "Вояджера" направлена ​​в направлении протяженного источника абсолютно черного тела с характерной температурой 1550 К, она все равно сможет принимать узкополосные сигналы от DSN без насыщения или других ухудшений сигнала? Если это так, не могли бы вы сделать это немного яснее? Если нет, можете ли вы уточнить? Спасибо!
@uhoh, по сути, да, последний. Это не шумовая температура приемника сама по себе; это ожидаемая шумовая температура системы, включая антенну, направленную на Землю (которая также видит Солнце). Но как температура она не имеет никакого физического значения, кроме «температуры резистора, который будет производить шум Джонсона -167 дБм/Гц». Это не должно иметь никакого отношения к температуре чего-либо в космосе.
Я думаю, что шумовая температура имеет в значительной степени определенный физический смысл. Это температура черного тела, которое будет производить такое же количество шума, если антенна окружена им. Эти 1500К имеют смысл, если учесть Солнце с его 6000К, покрывающими 1/4^4 ширины луча антенны.
@fraxinus Мощность Солнца на этих частотах и ​​на таком расстоянии незначительна по сравнению с шумом приемника. space.stackexchange.com/a/51305/14419

Эта температура (~ 1550 K) подозрительно похожа на максимальную температуру зодиакальных пылинок перед сублимацией. Таким образом, доминирующий тепловой фон абсолютно черного тела "Вояджер", вероятно, когда-либо увидит:

" https://www.researchgate.net/figure/Dust-grain-равновесие-температуры-vs-distance-from-the-host-star-KIC-3542116-for_fig5_319210038 "

введите описание изображения здесь

Это действительно убедительно! С точки зрения «Вояджеров», вся внутренняя Солнечная система имеет ширину всего лишь доли градуса , поэтому антенна смотрит и на Солнце, и на всю пыль вокруг него .

Послушав отличное видео Apollo от CuriousMarc и прочитав документ DESCANSO Chapter 3 , нет никаких доказательств того, что Voyager имеет какое-либо усиление до микшера. В то время на этих частотах для усиления, вероятно, использовалась бы еще одна лампа бегущей волны.

Цитата из «Возможности прямой ретрансляции космического корабля «Аполлон» через спутник связи» П.Э. Шмида : «[Коэффициент шума] F составляет порядка 10 дБ на ВЧ-входе существующих приемников космического корабля. Большая часть генерируемого шума в обычном супергетеродинном приемнике отсутствие какого-либо предварительного усиления сигнала связано с каскадом смесителя. На частоте 2 ГГц современные смесители космических аппаратов состоят из полупроводниковых диодов либо в несимметричной, либо в симметричной конфигурации. Из соображений надежности, а также стабильности большинство В микроволновых смесителях используются кремниевые диоды. При тщательном проектировании можно ожидать небольшого снижения шума в этой области. Например, заявленный типичный коэффициент шума для балансного смесителя SAGE Laboratories от 1,7 ГГц до 2,4 ГГц (модель Sage 225233) составляет 7,0 дБ».

7,0 дБ подняли бы шумовую температуру на 300K в пять раз до 1500K.

Я думаю, что это правильный ответ. Бюджет канала для приемника космического корабля отделяет шум «горячего тела» от рабочей температуры (шум). Шум горячего тела - это вклад таких вещей, как Солнце и зодаический свет, и он указан как ноль (кстати, зодаический свет оптически тонкий). Бюджет нисходящей линии связи показывает гораздо более низкую температуру приемника (13K), потому что DSN использует охлаждаемые внешние интерфейсы. Я думаю, что они, вероятно, должны включать солнечный шум, потому что я подсчитал, что Земля всегда находится примерно в пределах HPBW антенны X-диапазона.
Почему рабочая температура для расчетов шума приемника "Вояджеров" около 1550К?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v