Récepteurs (super)hétérodynes
Les récepteurs hétérodynes sont fréquemment utilisés en radioastronomie
surtout pour de grandes résolutions spectrales. Les premiers récepteurs
de radioastronomie (pour des fréquences de l'ordre du MHz) utilisaient
la technique dite hétérodyne (ou aussi superhétérodyne, tombé en désuétude bien que plus correct). Aujourd'hui,
cette méthode est utilisée pour des récepteurs infrarouges
expérimentaux, mais c'est une méthode standard pour des fréquences
allant jusqu'au THz. Les récepteurs hétérodynes ne se limitent pas à
une utilisation pour la radioastronomie, mais s'utilisent aussi pour la
radio ou la télévision, la transmission hertzienne
en général. Le principe hétérodyne est utilisé dans d'autre domaines
tels que les modems, les horloges atomiques ou les systèmes de
brouillage de l'armée.
Astronomie et récepteur hétérodynes
Les récepteurs utilisés en radioastronomie se distinguent de tous les
autres par l'utilisation de la technique dite hétérodyne.
Cette technique a l'avantage d'obtenir une très grande résolution en fréquence
(ν/Δν >10
6).
Les récepteurs hétérodynes sont très utiles pour faire de l'interférométrie en tension.
Pour détecter le faible signal électromagnétique de sources astronomiques, il faut des
récepteurs très sensibles et très stables.
Le récepteur est conçu de façon à obtenir le meilleur rapport signal sur bruit possible.
Pour déterminer le signal que l'on peut détecter, on utilise l'équation radiométrique :
Où T
Rx
est la température de bruit du récepteur, Δt le temps d'intégration et
Δν la gamme de fréquence.
ΔT représente la fluctuation de bruit (bruit blanc, sans erreur
systématique telle que dérive du gain du récepteur).
Conventionnellement, un signal est considéré détecté si son amplitude
est au moins 5 fois plus grande que ΔT. On parle d'une détection à 5 σ.
Principe de la réception hétérodyne
Un récepteur hétérodyne est constitué essentiellement de quatre parties : un oscillateur local,
un mélangeur qui engendre le battement du signal de l'oscillateur local avec le signal reçu, un amplificateur de fréquence
intermédiaire accordé (les parties centrale du schéma ci–dessous) et un détecteur.
Le fonctionnement consiste à convertir le signal radio reçu (Radio Frequency - ν
RF)
en un signal avec une fréquence plus basse (Fréquence Intermédiaire - ν
FI)
pour permettre un traitement plus aisé (les composants à basse
fréquence sont beaucoup plus faciles à construire/acheter). A noter
qu'il existe des applications pour lesquelles la conversion se fait
vers le haut (pour émettre par exemple). Pour cela, on va coupler le
signal reçu (le signal RF) avec un autre signal de fréquence proche de
la fréquence RF mais plus puissant. Ce deuxième signal sera créé par un
oscillateur (Oscillateur Local - ν
OL)
Un mélangeur vas nous permettre de sortir de ces deux signaux un signal FI,
tel que:
Le mélangeur est un élément non-linéaire (une diode dont la réponse en
courant n'est pas proportionnelle à la tension par exemple). Par
non-linéarité de sa réponse, Il va fournir le carré de la somme des
deux signaux. Le signal de sortie comporte alors un signal dont la
fréquence est la différence de la fréquence des deux signaux entrants
et la somme, utile pour une conversion vers le haut par exemple mais
sans utilité pour une conversion vers le bas, ainsi que généralement
d'autres fréquences indésirables qui sont des produits
d'intermodulation du 3e ordre ou supérieur :
Les fréquences trop élevées ne sont pas utiles, les trois premiers termes ne sont
donc pas pris en compte.
On retrouve donc bien la fréquence intermédiaire FI.