¿Qué tecnología es capaz de registrar la fase exacta de las microondas?

Question

He leído que en la VLBI se registran las señales de las microondas y se combinan posteriormente. Un ejemplo famoso de esto es el Telescopio de Horizonte de Sucesos, que tomó imágenes del agujero negro. Es de suponer que los telescopios registraron las fase de las microondas.

Esto me dice que es posible registrar la fase específica de una microonda, pero no he visto ninguna tecnología que pueda hacerlo. La mayoría de los osciloscopios, por ejemplo, no tienen una frecuencia lo suficientemente alta como para resolver las escalas de tiempo tan cortas necesarias para medir las fases de las microondas.

Mis dos preguntas son simples. Las respuestas a cualquiera de ellas serían útiles.

¿Existe alguna tecnología que pueda medir la fase de un microondas? ¿Qué tecnología se utiliza de todos modos para el VLBI para registrar las fases?

Answer 1

Tl;dr -- banda base con ritmos.

El problema

Si se quiere registrar con precisión una serie temporal de alta frecuencia, hay que muestrear los datos a una frecuencia aún mayor, al menos el doble de la frecuencia objetivo para ser exactos. Esto se denomina Frecuencia de Nyquist y es un resultado general del procesamiento de señales basado en Análisis de Fourier .

Así que quieres grabar una señal de microondas de 1 mm. Como toda la radiación electromagnética viaja a la velocidad de la luz, podemos averiguar la frecuencia de esta onda: $c = \lambda f \implies f = 300$ GHz. Necesitaríamos un convertidor analógico-digital (ADC) capaz de registrar 600.000 millones de muestras por segundo, lo que está fuera de lo que puede hacer la tecnología actual. ALMA que observa exactamente estas frecuencias utiliza un ADC de 4 GHz (véase la tabla 1 de un Documento de especificaciones de ALMA ). Entonces, ¿cómo lo hacen los radiotelescopios?

La solución

Supongamos que quieres observar un ancho de banda de 2 GHz desde 300-302 GHz. En realidad, no te interesa lo que ocurre en las radiofrecuencias inferiores a 300 GHz. Se ahorraría mucho espacio si sólo se grabara el canal de 300-302 GHz y se desechara todo lo demás. Esto se puede lograr con la señal analógica mediante banda base lo.

• Su receptor de radio emite una señal eléctrica analógica a partir de las ondas de radio. Esta señal se encuentra en las frecuencias de radio reales (RF).
• Se hace funcionar un generador de señales analógicas a 300 GHz (llamado oscilador local, LO) y se interfiere con la salida del receptor analógico.
• La interferencia produce late . Las frecuencias de batido estarán en $f_\mathrm{beat} = f_\mathrm{RF} - f_\mathrm{LO}$ .
• Ahora puedes grabar la señal analógica del ritmo con un ADC de 4 GHz.

Esta nueva señal de ritmo se denomina banda base señal. Contiene toda la información de la onda de radio de 300-302 GHz, pero desplazada al rango de 0-2 GHz.

Si quieres grabar 16 GHz de ancho de banda, necesitarías 8 canales, cada uno de ellos con una banda base diferente. En el resumen del Documento de especificaciones de ALMA afirma que ALMA puede observar 16 GHz de ancho de banda. Volviendo a la tabla 1, verás que tiene 8 entradas de banda base de 2 GHz por antena.