Что такое радиометр и как он работает
Радиометр — это специализированный радиотехнический прибор, главная задача которого заключается в точном измерении мощности радиоизлучения. Его работа основана на анализе электромагнитных сигналов, которые часто имеют характер случайного шума.
Принцип действия и ключевые характеристики
Излучение от космических объектов, представляющее собой непрерывный спектр шумовых сигналов, улавливается антенной, настроенной на определённую частоту. Далее этот сигнал поступает в радиометр, где происходит его ключевая обработка: частота принятого сигнала смешивается с частотой от внутреннего генератора прибора. В результате этого процесса формируется сигнал с так называемой промежуточной частотой (обычно равной разнице исходных частот), который сохраняет все модуляционные свойства исходного излучения.
Этот промежуточный сигнал затем усиливается, выпрямляется детектором и накапливается в интегрирующем устройстве в течение заданного времени. Обработанный сигнал в конечном итоге регистрируется, например, самопишущим вольтметром, что позволяет фиксировать изменения мощности излучения во времени.
Эффективность радиометра определяется несколькими важными параметрами: рабочей длиной волны, чувствительностью (часто выражаемой как шумовая температура), шириной полосы пропускания усилителя и временем интегрирования сигнала. Современные модели оснащаются малошумными усилителями (параметрическими, на туннельных диодах, мазерами), что позволяет регистрировать чрезвычайно слабые сигналы — изменения температуры на уровне сотых и даже тысячных долей градуса.
Основные типы радиометров и их назначение
В зависимости от решаемых задач радиометры делятся на несколько специализированных видов:
Спектральный радиометр используется в астрономии для детального изучения спектральных линий в излучении космических объектов, например, для наблюдения линии нейтрального водорода.
Модуляционный радиометр оснащён модулятором, который поочерёдно подключает ко входу приёмника саму антенну и её эквивалент (эталон). В сочетании с методом синхронного детектирования это позволяет выделить крайне слабый полезный сигнал на фоне собственных шумов приёмника.
Корреляционный радиометр использует коррелятор для выделения полезного сигнала, который статистически связан, в отличие от некоррелированных между собой шумов приёмника.
Широкое поле применения
Радиометры нашли применение далеко за пределами радиоастрономии, адаптируясь под различные среды и типы излучений:
Радиометр-дозиметр — это портативный и универсальный прибор для радиационного контроля. Он измеряет мощность поглощённой дозы ионизирующего излучения (альфа-, бета-, гамма-, нейтронного), плотность потока частиц, а также используется для радиационной съёмки местности, поиска источников загрязнения и в качестве пересчётного устройства. Он незаменим для мониторинга окружающей среды, проверки оборудования и контроля безопасности на рабочих местах.
Оптический радиометр служит для измерения светового потока и основан на тепловом действии света.
Акустический радиометр предназначен для измерения звукового давления.
Классический радиометр является неотъемлемой и ключевой частью любого радиотелескопа, подключаясь непосредственно к выходу его антенны для обработки принятого сигнала.