Nous avons tous rêvé de pouvoir faire de l'astronomie sans contrainte de météo ou d'obscurité.
Une solution existe: observer le ciel dans le domaine radioélectrique puisqu'il nous offre un grand choix d'émissions.
De nombreux amateurs se sont frottés à la radioastronomie depuis les années 1970; mais c'était jusqu'à nos jours une discipline délicate nécessitant une bonne expérience de l'électronique. Les progrès de l'électronique et de l'informatique permettent aujourd'hui d'envisager des réalisations beaucoup plus simples.
Je vais tout d'abord rappeler les principes généraux de la réception radio, façon 20e siècle, et son adaptation à la réalisation d'un radiotélescope.
J'aborderais ensuite les perspectives offertes par la technologie de la Radio Logicielle ou SDR (Software Defined Radio) avec peut-être la réalisation concrète d'un montage.
Architecture d’un récepteur radioélectrique classique (analogique)
On utilise des systèmes à simple, double, voire triple changement de fréquence, selon les fréquences à recevoir. Les valeurs standard de la dernière fréquence intermédiaire sont par exemple de 460 kHz pour la modulation d’amplitude , 10,7 MHz pour la modulation de fréquence, 33 MHz pour la télévision, selon la largeur de bande nécessaire. Pourquoi abaisser la fréquence ? D’une part les circuits sont d’autant plus délicats à mettre au point que la fréquence est élevée ; d’autre part il faut tenir compte du système de modulation .
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*un 1er changement de fréquence avec un oscillateur local sur 300 MHz donnant une 1ère fréquence intermédiaire de 150 MHz
* un second changement de fréquence vers 10,7 MHz avec un oscillateur local sur 139,3 MHz
Si on fait varier la fréquence du 1er oscillateur on peut accorder le récepteur sur différentes fréquences en conservant la même fréquence intermédiaire.
Les oscillateurs à fréquence fixe sont stabilisés par des quartz. La réalisation d’oscillateurs à fréquence variable stables est aujourd’hui facilitée par les techniques de synthèse de fréquence.
On trouve également beaucoup de circuits intégrés capables d’effectuer les opérations de mélange ou d’amplification.
Un des inconvénients de la technique de changement de fréquence est l’apparition de fréquences images qu’il faut éliminer par des filtrages adaptés et qui nécessite un bon choix des valeurs de fréquence intermédiaire. Ainsi dans l’exemple précédent, le 1er mélangeur va produire du 150 MHz (on parle alors de down mixer) mais également du 750 MHz (up mixer) ; de même le second va produire du 10,7 MHz et du 289,3 MHz ! Et il peut aussi y avoir des mélanges avec les fréquences harmoniques !! certains harmoniques peuvent être détectés par les circuits d’entrée…
La différence fondamentale entre un radiotélescope et un récepteur de radiocommunication se situe au niveau des étages finaux. En radiocommunication on va démoduler pour récupérer les basses fréquences de modulation , typiquement 100Hz,,,10kHz, que l’on peut limiter à 300Hz..3kHz utiles pour la voix. Un radiotélescope ne va fournir que du bruit (sauf si des ET nous envoient un message
ET telephone maison) ; il faut pouvoir visualiser et enregistrer ce bruit en fonction du temps. De plus on utilise une bande passante assez large et on procède en général à une intégration du signal ; la théorie montre que ceci est nécessaire pour améliorer la sensibilité du récepteurQuelle fréquence utiliser ?
Bonne nouvelle notre atmosphère est transparente aux ondes radio dans une très large bande.
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Dans les années 1980 des amateurs ont obtenus d’excellents résultats dans la bande de fréquence FM vers 100 MHz
http://adsabs.harvard.edu/full/1985LAstr..99..523H
Mauvaise nouvelle : les fréquences radio sont aujourd’hui extrêmement encombrées et convoitées par tous les systèmes de communication. Inutile de chercher une fenêtre libre dans la bande FM !La radioastronomie conserve encore quelques bandes [supposées] protégées notamment :
73-74,6 MHz 150-153 MHz 322-328,6MHz 406,1-410MHz et 1330-1427MHz
Le choix de la fréquence va également être déterminé par :
* la dimension des antennes : pour base de réflexion on peut prendre une antenne dipôle de longueur égale à une demi-longueur d’onde. Ce qui donne :
7,5 m à 20MHz pour écouter Jupiter ; il faut beaucoup d’espace pour installer une antenne décamétrique directive. Voir les antennes rotatives sur pilone utilisées par les radioamateurs. Dans les années 1970-80 en Aquitaine Le Dr Charles Botton a réalisé l'écoute de Jupiter avec une antenne 17-27MHz de type log-périodique occupant 8,3m x 5m orientable en azimut et à 45° en hauteur.
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1m à 150 MHz;37 cm à 408 MHz
dans le domaine des VHF-UHF on peut employer des antennes « râteau » (Yagi-Uda) qui seront surtout encombrantes en longueur
10,6 cm à 1421 MHz ; oui mais à ces fréquences il va falloir plutôt des paraboles de quelques mètres de diamètre !
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En effet pour recevoir les radiosources dont le flux est faible il faut augmenter la surface équivalente d’antenne qui est calculable par :
S= G*(lambda)²/(4*pi)
avec G gain de l’antenne et lambda longueur d’onde
Pour obtenir 1m² ce qui est peu, à 408MHz (lambda= 0,735m) il faut G= 23 ; réalisable avec des antennes Yagi
A 1421 MHz (lambda=0,21m), S=1m² s’obtiendrait avec un gain G= 285 !! il faut une parabole de 1m à 1,5m de diamètre
Vers 1987 R.M.Sickels realisa une cartographie du ciel à 600 MHz avec des paraboles de 3,70m de diamètre
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*la technologie :
Jusque vers 450 MHz les circuits accordés sont du type bobine-condensateur. L'utilisation d'un générateur HF ou VHF est souhaitable, mais on peut faire sans.
Exemple de réalisation personnelle de 1990, inachevée; comportant un amplificateur à 175 MHz, un oscillateur local et un amplificateur de fréquence intermédiaire sur 35MHz
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La transformation de ces tuners en tête de réception pour radiotélescope n'est pas inenvisageable, mais ce n'est pas forcément plus simple ..
à partir du GHz on tombe dans la « plomberie » avec des guides d’onde. Il faut disposer d’appareils de mesure perfectionnés pour régler ces circuits.
,je suis tombé par hasard sur un article décrivant l'utilisation d'une log-périodique à polarisation circulaire dans le domaine de la radioastronomie:
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