Radyo astronomisi uzak gök cisimlerinden gelen sismik emisyonlar yakalamaya bağlıdır, genellikle milyarlarca ışık yılı uzakta. Bu sinyaller - pulsars, galaksiler, kusars ve kozmik mikrodalga arka plan - bu çabada önemli ölçüde zayıflar, sık sık sık ısıtılmış ses ve insan yapımı radyo frekansı müdahalesinde gömülür (RFI). Bu dakika uyarıları için birincil zorluk, bu tür bir gürültüyü nasıl keşfeder, bu çabada güvenilir araçlar haline gelir.

Aktif Filtreler

Aktif bir filtre, pasif bileşenlerin bir kombinasyonunu kullanan elektronik bir devredir - direnççiler, kapasitörler ve bazen indüktörler - aktif bir kazanç elemanı ile birlikte, tipik olarak bir operasyonel yükselteç (op-amp). pasif filtrelerden farklı olarak, bu sadece sinyal yolundan enerji kullanabilir ve tüketebilir, aktif filtreler gerilim kazanır ve düşük çıktı engellenir.

Aktif filtreler transfer fonksiyonu ile karakterize edilir, ki bu geçiş aralığı (pasa) ve daha fazla keskin bir şekilde ayarlanan (kesinlikle filtre yanıt şekilleri, Butterworth (maksimally düz geçiş) Chebyshev (örneğin, pulsar (kesinlikle) ile kesme, sinyal şekli korumak için lineer bir şekilde ayarlanabilir ve eliptik (çok keskin bir şekilde kesme) her iki kat daha yüksek çözünürlükte ayarlanır.

Radyo astronomisinde, aktif filtreler genellikle birden fazla af-amp aşamalarını kullanarak uygulanır, her biri genel filtre düzenine katkıda bulunur ve Q faktörün bağımsız kontrolünü (sorun) ve resonance frekansı - özel, dar-grup müdahalesini reddetmeleri için değerli.

Radyo Astronomisinde Kullanılan Aktif Filtre Türleri

Radyo astronomik alıcılar farklı aşamalarda gelen sinyali koşullandırmak için çeşitli filtre türleri gerektirir. dört temel filtre kategorisi - düşük geçit, yüksek geçit, bant-pass ve notch (band-stop) - her biri sinyal resepsiyonunda farklı rollere hizmet eder.

Low-Pass Filtreleri

Düşük frekanslı filtreler (LPF) yüksek frekanslı gürültüyü kaldırmak ve 142 GHz hidrojen hattında, ortalama 500 kHz'den sonra veya analog-enerji dönüştürücüler (ADC) yüksek frekanslı karışımlı ürünleri kaldırmak ve önbellekli bir RF bandında tercih edilirler.

Yüksek Lisans Garantileri

Yüksek frekanslı filtreler (HPF) bir kesme frekansı ve daha düşük frekansları engeller.Gruplar, daha yüksek frekanslarda (örneğin, 10 GHz), aktif bir HPF, güç-line hum (50/60 Hz) veya mikrofonik titreşimler ile bir araya gelebilir. HPFs aynı zamanda bir grup geçiş yanıtı oluşturmak için LPF'ye ulaşır.

Band-Pass Filtreleri

Band-pass filtreleri (BPFs) radyo astronomisinde en ubiquitous aktif filtredir. Düşük uçlu ve yüksek geçitli bölümlerle belirli bir frekans aralığını izole etmek için, 21 cm hidrojen hattı (1420.40575177 MHz) veya hidroxyl line (1665/1667 MHz) gibi - daha güçlü sinyal iletimi veya radarlar gibi - aksi takdirde birçok modern alıcı ve daha fazla karıştırmadan önce (örneğin) ve tekrarlanabilir.

Radyo astronomisi için tipik bir aktif BPF, toplam 6 veya 8 siparişi elde etmek için ikinci sipariş bölümlerinin bir cascade kullanabilir, 36-48 dB/octave. filtre, transband ve minimum ripple ile çarpıklık elde etmek için tasarlanmıştır.

Notch Filtreler (Band- Dur)

Notch filtreleri (aynı zamanda grup-tavap veya red filtreler olarak adlandırılır) çok dar bir frekans grubu kaldırmak için tasarlanmıştır, frekansları büyük ölçüde etkilenmezken, radyo astronomisinde birincil kullanımı güçlü, dar-band RFI'yi karasal kaynaklardan ortadan kaldırmak için - uydu alt bağlantı, televizyon vericileri veya kablosuz iletişim - bazı observis filtreler merkezi frekansında aşırı derecede yüksek çözünürlükte değişiklik gösteren bazı observisler.

Radyo Astronomi Filtreleri için Tasarım

Radyo astronomisi için aktif filtreler ders teorisinin ötesine geçer; bu araçların aşırı duyarlılığı, bileşen seçimi ve düzeni olağanüstü bakım gerektirir. Takip etmek, optimize edilmesi gereken önemli performans parametreleridir.

Gürültü Şekil ve Signal-to-Noise Orantı

Her aktif bileşen gürültüyü ve radyo teleskopu zincirinde, aşırı gürültünün bir kısmı bile zayıf kaynakları tespit etme yeteneği azaltabilir. Aktif filtrelerde kullanılan Op-amps, düşük girişli gerilim gürültüsü (en düşük 1 nV/pilot) ve düşük mevcut gürültünün altında. Filtreleme performansı özellikle zincirde erken yerleştirildiğinde kritik bir şekilde uygulanır.

Linearity ve Dynamic Range

Güçlü RFI, aktif filtreleri doğrusal olmayan bir operasyona götürebilir, uyumsuz ve astronomik sinyalin bozulmasına yol açan ürünler üretebilir.In practice, bu genellikle yüksek çözünürlükte (> ±5V) ve yüksek orandaki artışlarla artırılmış olan artırılmış geçiş seviyelerinin belirlenmesi anlamına gelir.In input dynamic range (tiplik olarak, IP3) bazı observatorlar otomatik kazanç kontrolü (AGC) önceden güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlamak için yüksek performanslı filtre seviyeleri kontrol etmek gerekir.

Sıcaklık Stability

Radyo teleskopları çeşitli ortamlarda çalışır - yüksek çözünürlükte çöllerden kutup istasyonlarına kadar - çevre sıcaklıklarının on derece C derece değişebilir. Direnç ve kapasitör değerleri sıcaklıkla değişir, filtrenin kesici ve geçiş şekline geçer. Tüm montajlar düşük sıcaklık katlarında ısıtılır (örneğin, ±25 ppm/°C veya daha iyi) ve sıcaklık tazminat programları dahil edebilir ve NPO kapasiteli olarak NPO kapasitelidir.

Faz Cevap ve Signal Integrity

Bazı gözlemler için - özellikle de filtreli bir sinyal (örneğin, bir pulsar) veya konherensiyonu interferometrik dizilerde sürdürmek - filtrenin faz cevabı, sabit bir ayarlayıcı ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan ve el ve el-ta doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış.

Signal Chain'ya entegrasyon

Aktif filtreler, işlevlerine bağlı olarak alıcı zincirindeki belirli noktalara yerleştirilir. Genel sinyal akışını anlamak - antenden sayısala kadar - filtrelerin radyo astronomik resepsiyonu artırmaya nasıl katkıda bulunduğunu gösterir.

[[Düzücü-Bitiş Yolu: [Dönetici: 0,0] Anten tarafından toplanan sinyal, daha sonra düşük filtreli (LNA) LNA (veya bazen onunla entegre) filtreler, genellikle yüksek çözünürlükte veya daha aktif bir filtreye sahip olmak için daha aktif bir şekilde ayarlandığından sonra, yüksek çözünürlükte veya daha aktif bir filtreye sahip olmalıdır.

[FONT:0)Back-Bitki Yolu:[Dönder:[Dönder: 0 ) Daha sonra, ikinci bir alt-kontuş, IF sinyali geri uçlu işlemciye gönderilir. İşte, aktif düşük-pass filtreleri analog-enerjili dönüştürücüler için anti-tabanlı filtreler olarak hizmet eder (ADC).

Çok geniş bant gözlemleri için (örneğin, 0,5-15 GHz), dijital filtre bankası (DFB) işleme adı verilen bir teknik, ancak burada bile, analog aktif filtreler grubun kendi anti-grupları yönetmesine yardımcı oluyor.

Pratik örnekler: Actions in Action

Gerçek dünya etkisini göstermek için, 21 cm hidrojen hattı için aramayı düşünün, bu da 20 MHz'deki tarafsız hidrojenin dağıtımını haritalamak için kullanılır. Filtreleme gibi tipik bir tek kullanımlık teleskopu ile tasarlanmıştır:0)Yeşil Banka Teleskopu (GBT)), mixer ve taksitle kayıp için ayarlanmıştır, yaklaşık 20 MHz'de filtreyi artırmak için filtreyi tespit etmek için tasarlanmıştır.

Başka bir örnek, yapay kökeni gösteren dar bantlı sinyallerin yanı sıra, uçaklardan gelen kanal taşıyıcılarla dolu, 100 programlanabilir aktif filtrenin bir bankası olan her biri, 50 kişilik bir Q faktörü ile, spektrumlu frekansları kaldırmak için gerçek zamanlı olarak kullanılır. Ancak, radyo ortamı, uçağın geri kalanını korumak için, sadece dijital filtreleme kullanarak yüzde 60'dan fazla bir süre boyunca aday sinyallerin tespit edilmesi için verimliliği artırmaktadır.

Arecibo Gözlemevi (küreden önce), aktif filtreler, pulsar zaman çizelgesi deneyleri için çok önemliydi. Pulsars son derece düzenli radyo pulsları yayıyor, ancak sinyal, 100 nanosaniyeden daha iyi bir şekilde genişletilebilir ve RFI tarafından regüle edilen optik bant-pasif filtreleri, sinyal-to-noise oranı ve zamansal karar arasında ticaret yapmak için çok önemliydi.

Meydanlar ve düşünceler

Birçok faydalarına rağmen, aktif filtreler radyo astronomi mühendislerinin ele alması gereken zorlukları ortaya koyarlar. Power consumption is one: many Aktif filtre aşamaları birden fazla af-amps gerektirir, her bir miliamperyalist çizimi. Uzak gözlemleyicileri güneş veya jeneratörler tarafından desteklenen, bu bir kısıtlama olabilir.

Stability ikinci bir endişedir. Aktif filtreler, yeterli faz marjları ile tasarlanmamışsa, scillate (örneğin, ±1% dirençliler, ±5% kapasitors) ideal yanıtdan sapmalara neden olabilir. Üretimde, filtreler genellikle hassas bileşenlerle inşa edilir ve sonra bireysel olarak kırılabilir (daha güçlü bir dirençli dirençler veya lazer-trimmed dirençler) özellikleri karşılamak için.

Kalibrasyon başka bir devam eden bir gerekliliktir. Aktif filtreler zaman zaman içinde kaybolabilir, özellikle elektroliz kapasitörler (modern filtreler sadece seramik veya film kapasitörler kullanılarak). Toz, nem ve bağlantı bozulması, filtrenin davranışını değiştirebilir. Bu nedenle, birçok radyo teleskopu her gözlemden önce enjekte edilir, filtrenin amplifikasyon ve faza cevap verir.

Son olarak, filtre keskinliği ve faz bozulması arasındaki ticaret, daha düşük sipariş filtrelerini dikkatli bir şekilde idare etmelidir, ancak daha yavaş bir roll-off ile dijital filtreler arasında önemli bir grup gecikme varyasyonunu ortaya çıkarabilir.For spectroskop, bu, veri azaltımı sırasında kaldırılmalıdır. Bazı observatorlar daha düşük siparişli bir filtreyi tercih eder.

Future Developments

Aktif filtre teknolojisi daha geniş bantlar, daha düşük güç ve daha fazla esneklik talep ederek ilerlemeye devam ediyor. Bir umut verici yön, bir sonraki nesil radyo teleskopları gibi bir saat sinyaliyle ayarlanan, direnç gösterenler için programlanabilir.Bu filtreler mikrosaniyeler içinde programlanabilir, alıcının fiziksel olarak değişen bileşenler olmadan hızlarını değiştirmesine izin verebilir.

Başka bir yenilik, doğrudan monolithic mikrodalga entegre devrelere (MMICs) entegre edilen devrelerin entegrasyonudur (On GHz'ye kadar) ve LNA'dan sonra doğrudan yerleştirilir.

Dijital sinyal işleme (DSP) geleneksel olarak analog aktif filtreler tarafından ele alınan filtreleme görevleri giderek daha fazla alıyor. Ancak, tamamen dijital filtreler tüm analog aktif filtreler yerini değiştiremez, çünkü ADC'nin dinamik aralığı ve örnekleme oranı sınırlıdır. A hybrid approach - kanalizasyon için mütevazı bir sipariş analog aktif filtre kullanarak - kanalizasyon için yüksek siparişli bir dijital filtre oluşturabilir - standart hale gelir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aktif filtreler modern radyo astronomisinin temel taşıdır, kozmik fıstıklarının yüksek seslenilmesine izin verir, interfering dünyasındaki rolü, seçicilik ve esneklik sağlayarak, sinyal-noise oranlarının ve astronomların daha derin bir şekilde evrene doğru ilerlemelerine izin verirler. Düşük gelirli filtrelerden, alıcılardan gelen en iyi radyo emisyonlarının azaltılmasına yardımcı olur.

[FONT:0) radyo astronomi teknikleri hakkında daha fazla okuma için, bkz.HEDÜDÜT:1).NRAO'nun radyo astronomisine giriş) veya algFLT:3'in temellerini keşfedin.[FLT: 4)