Astronet > Radioteleskop

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Na saite

Astrometriya

Astronomicheskie instrumenty

Astronomicheskoe obrazovanie

Astrofizika

Istoriya astronomii

Kosmonavtika, issledovanie kosmosa

Lyubitel'skaya astronomiya

Planety i Solnechnaya sistema

Solnce

Radioteleskop

- spec. radiopriemnoe ustroistvo dlya issledoavniya radioizlucheniya kosmich. ob'ektov v diapazone ot dekametrovyh do millimetrovyh dlin voln (v predelah t.n. okon prozrachnosti zemnoi atmosfery dlya radiovoln). R. sostoit iz dvuh osn. elementov: antennogo ustroistva i priemnogo ustroistva - radiometra. Radiometr usilivaet prinyatoe antennoi radioizluchenie i preobrazuet ego v formu, udobnuyu dlya registracii i dal'neishei obrabotki.

Energiya radioizlucheniya kosmich. ob'ektov, dostigayushaya zemnoi poverhnosti, kak pravilo, chrezvychaino mala. Radioizluchenie nosit shumovoi harakter i imeet nepreryvnyi spektr, ohvatyvayushii shirokii diapazon radiovoln. R. vyrezaet na rabochei dline volny $\lambda$ iz etogo spektra sravnitel'no uzkuyu polosu radiochastot, sootvetstvuyushuyu polose propuskaniya priemnika. T.o., radioteleskop yavlyaetsya spektr-analizatorom kosmicheskogo izlucheniya na volne $\lambda$ .

Osn. naznachenie antennogo ustroistva - sobrat' maks. kolichestvo energii, prinosimoi radiovolnami ot opredelennogo kosmich. ob'ekta. Eta energiya harakterizuetsya t.n. spektr. plotnost'yu potoka radioizlucheniya $F_\nu$ (t.e. energiei izlucheniya, padayushego na edinichnuyu ploshad' za ed. vremeni v edinichnom intervale radiochastot).

Kolichestvo sobiraemoi energii antennoi energii el.-magn. voln pryamo proporcional'no effektivnoi ploshadi antenny A_e . Poetomu dlya R. vysokoi chuvstvitel'nosti ispol'zuyutsya special'nye antennye ustroistva bol'shih razmerov.

Ris. 1. Diagramma napravlennosti parabolicheskoi
antenny v ploskosti, soderzhashei geometricheskuyu os'
antenny: $\lambda$ - dlina volny, d - diametr antenny.

Vazhnym parametrom lyuboi antenny yavl. ee napravlennost', harakterizuemaya t.n. diagrammoi napravlennosti. Diagramma napravlennosti mozhet byt' izobrazhena graficheski ili oharakterizovana v prostyh sluchayah analiticheski (funkciei). Na ris. 1 privedeno grafich. izobrazhenie secheniya diagrammy napravlennosti parabolich. antenny ploskost'yu, v k-roi lezhit geometrich. os' antenny (v pervom priblizhenii diagramma aksial'no-simmetrichna otnositel'no etoi osi). Diagramma imeet glavnyi lepestok, bokovye lepestki i shirokii zadnii lepestok. Ukazannyi vid diagrammy napravlennosti mozhet byt' opisan f-ciei $g(\theta, \varphi)$ , pokazyvayushei, vo skol'ko raz moshnost' izlucheniya, prinimaemogo real'noi napravlennoi antennoi v nek-rom napravlenii $\theta,\;\varphi$ , bol'she ili men'she moshnosti izlucheniya, prinimaemogo idealizirovannoi izotropnoi antennoi (s odinakovymi sv-vami priema po vsem napravleniyam). Zdes' $\theta$ i $\varphi$ - ugly, otschityvaemye v dvuh vzaimo perpendikulyarnyh ploskostyah ot osi antenny. V napravlenii geometrich. osi antenny (v glavnom lepestke diagrammy) f-ciya $g(0,0)=g_{maks}(\theta,\; \varphi)$ . Znachenie $g(0,0)$ naz. koeff. napravlennogo deistviya antenny (KND) antenny ili ee usileniem.

Uglovye razmery glavnogo lepestka harakterizuyut razreshayushuyu sposobnost' antenny. Eti razmery opredelyayutsya uglom mezhdu napravleniem na tochki glavnogo lepestka, v k-ryh $g(\theta, \varphi)=g(0,0)/2$ , t.e. prinimaemaya antennoi moshnost' izlucheniya snizhaetsya vdvoe po sravneniyu s moshnost'yu, prinimaemoi strogo vdol' osi. Etot ugol zavisit ot $\lambda$ i geometrich. razmerov antenny:
$\varphi_a (\lambda, d)=\lambda /d (radian) \approx 57^\circ \lambda /d$ (1).
Zdes' d - diametr parabolich. antenny. Esli rasstoyanie mezhdu dvumya tochechnymi radioistochnikami prevyshaet $\varphi_a (\lambda, d)$ , to takie istochniki mozhno zaregistrirovat' razdel'no (kak inogda govoryat, "razreshit'" istochniki). Iz sootnosheniya (1) vidno, chto chem bol'she razmer (diametr) antenny, tem luchshe ee razreshayushaya sposobnost' pri fiksirov. dline volny $\lambda$ (dlya mnogoelementnoi antenny ili dvuhantennogo radiointerferometra d - rasstoyanie mezhdu krainimi elementami antenny ili antennami interferometra).

Bokovye i zadnii lepestki diagrammy napravlennosti yavl. "parazitnymi", vrednymi, t.k. cherez nih prinimaetsya radioizluchenie zemnoi poverhnosti, kosmich. radiofon i mozhno sluchaino prinyat' izluchenie moshnogo radioistochnika, k-roe nalozhitsya pri registracii na izluchenie issleduemogo ob'ekta. Poetomu neredko prinimayut spec. mery dlya podavleniya etih lepestkov diagrammy napravlennosti.

Dlya napravlennyh antenn spravedlivosleduyushee sootnoshenie mezhdu $g(\theta, \;\varphi)$ , dlinoi volny $\lambda$ i effektivnoi ploshad'yu A_e:
$g(\theta, \varphi)=4\pi A_e / \lambda^2$ (2).
Iz sootnoeshniya (2) vidno, chto znacheniyu $g_{maks}(\theta,\; \varphi)$ v napravlenii geometrich. osi antenny sootvetstvuet i maks. effektivnaya ploshad' priema radiosignala. v dr. napravleniyah A_e sushestvenno men'she. Sootnoshenie mezhdu A_e i geometrich. ploshad'yu antenny zavisit ot ee konstruktivnyh osobennostei. Antenny bol'shih razmerov pri prochih ravnyh usloviyah imeyut i bol'shuyu A_e, chto naryadu s uluchsheniem ee razreshayushei sposobnosti pozvolyaet uvelichit' i chuvstvitel'nost' R.

Vazhnym parametrom antenny yavl. t.n. antennaya temperatura T_sh.a., harakterizuyushaya summarnuyu moshnost' izlucheniya, sobiraemuyu antennoi cherez vse lepestki diagrammy napravlennosti ot zemnoi poverhnosti i nazemnyh predmetov, a takzhe ot atmosfery, ionosfery i iz kosmich. prostranstva. Eto izluchenie yavl. fonom, iz k-rogo dolzhno byt' vydeleno izluchenie issleduemogo kosmich. radioistochnika. V oblasti dlinnyh (dekametrovyh i metrovyh) radiovoln naibolee sushestvennyi vklad v T_sh.a. daet kosmich. radiofon (T_sh.a. dostigaet nesk. tysyach K). V decimetrovom i santimetrovom diapazonah dlin voln naibolee sushestvenno teplovoe izluchenie poverhnosti Zemli i nazemnyh predmetov (T_sh.a. sostavlyaet desyatki i sotni K).

Chuvstvitel'nost' R., t.e. minim. prirashenie $\Delta T_{sh.a.}$ , vyzvannoe priemom v glavnom lepestke diagrammy napravlennosti izlucheniya nek-rogo kosmich. ob'ekta, eshe registriruemogo dannym R., opredelyaetsya sootnosheniem: $\Delta T_{sh.a.} \sim {T_{sh.vh.} \over \sqrt{ \Delta \nu \cdot \tau}}$ , (3) gde T_sh.vh. - summarnaya shumovaya temp-ra, vklyuchayushaya temp-ru shumov priemnika T_sh.pr. (privedennyh ko vhodu) i antenny T_sh.a. , $\Delta \nu$ - polosa prinimaemyh radiochastot, $\tau$ - vremya nakopleniya signala.

Ris. 2. Radioteleskop RT-22 Krymskoi
astrofizicheskoi observatorii AN SSSR.

Naibolee rasprostranennymi v radioastronomii antennami R. yavl. t.n. parabolicheskie antenny. Reflektor, otrazhayushaya metallicheskaya poverhnost' k-rogo imeet formu paraboloida, obladaet sv-vom fokusirovat' padayushii na nego parallel'nyi puchok radiovoln. V fokuse reflektora na ego geometrich. osi pomeshayut dipol'nyi ili inoi elementarnyi obluchatel', peredayushii sfokusirovannoe reflektorom izluchenie na vhod priemnika. Na ris. 2 privedena fotografiya parabolich. polnopovorotnoi antenny RT-22 (diametr d=22 m) Krymskoi astrofizich. observatorii AN SSSR (Simeiz). Unikal'naya tochnost' izgotovleniya poverhnosti reflektora RT-22 pozvolyaet R. rabotat' na dlinah voln vplot' do $\lambda \approx 1$ mm.

Sovr. polnopovorotnye, t.e. pozvolyayushie osushestvit' navedenie na lyuboi nebesnyi ob'ekt, nahodyashiisya nad gorizontom, parabolich. antenny R. imebt obychno d=30-70 m, n osushestvuyut antenny s d=100 m (Bonnskii R., FRG). Obladaya fokusiruyushimi sv-vami v shirokom diapazone dlin voln (s korotkovolnovoi storony ograniceniya na $\lambda_{min}$ svyazany s tochnost'yu izgotovleniya poverhnosti paraboloida i vozmozhnymi deformaciyami ego pri povorote antenny po uglu mesta), paoabolich. antenny osnashayutsya naborom razlichnyh radiometrov, pozvolyayushih odnovremenno rabotat' na celom nabore dlin voln.

Drugoi tip antenn R. - t.n. sinfaznye antenny. Otdel'nymi elementami sinfaznoi antenny mogut byt' elementarnye obluchateli (poluvolnovye dipoli, spiral'nye antenny i t.p.) ili dazhe parabolicheskie reflektory malogo diametra, smontirovannye na odnoi vrashyusheisya platforme. Siglany ot vseh elementov takoi antenny peredayutsya po volnovodam (kabelyam) na vhod priemnika. Dlinu podvodyashih volnovodov podbirayut tak, chtoby signaly ot vseh elementov antenny postupali na vhod priemnika v odnoi faze (sinfazno), eto neobhodimo dlya effektivnogo slozheniya ("fokusirovaniya") signalov. Sinfaznaya antenna takzhe yavl. napravlennoi, poskol'ku nailuchshaya fazirovka i summirovanie signalov ot vseh elementov imeyut mesto dlya parallel'nogo puchka radiovoln, padayushego vdol' osi antenny, t.e. odnovremenno obluchayushego vse ee elementy. Esli a i b - storony pryamougol'nogo polotna (platformy) antenny, to vdol' etih dvuh napravlenii shirina glavnogo lepestka, opredelyayushaya razreshayushuyu sposobnost' antenny, $\varphi_a=\lambda /a ,\; \varphi_b=\lambda /b$ . Sinfaznye antenny bolee prosty v izgotovlenii i bolee deshevy. Odnako nedostatkom sinfaznyh antenn yavl. ih "monohromatichnost'", t.e. vozmozhnost' priema radioizlucheniya lish' v sravnitel'no uzkoi polose chastot vblizi odnoi chastoty, dlya k-roi antenny sfazirovana.

Dlya ryada zadach, reshaemyh v radioastronomii, vazhna vysokaya razrasheyushaya sposobnost' R. Povyshenie razrasheyushei sposobnosti svyazano s uvelicheniem geometrich. razmerov antenn, chto uslozhnyaet konstrukciyu i udorozhaet stroitel'stvo. Dlya polucheniya ochen' vysokoi razresheyushei sposobnosti primenyayutsya radiointerferometry. V promezhutochnyh sluchayah razrasheyushuyu sposobnost' otdel'no vzyatoi antenny mozhno uvelichit' sled. obrazom. Esli sostavit' dlinnyi ryad sinfaznyh antenn ili "vyrezat'" iz parabolicheskogo reflektora polosu (prakticheski eto osushestvlyaetsya sostavleniem parabolich. polosy iz sravnitel'no nebol'shih ploskih shitov), to antenna budet imet' horoshuyu razreshayushuyu sposobnost' po odnoi koordinate (t.n. nozhevuyu diagrammu napravlennosti), prichem v napravlenii vdol' polosy shirina glavnogo lepestka $\varphi_a=\lambda /d$ , gde d - shirina polosy.

Ris. 3. Obshii vid radioteleskopa RATAN-600.
Special'naya observatoriya AN SSSR.

Na ris. 3 priveden obshii vid R. RATAN-600 Spec. astrofizich. observatorii AN SSSR (stanica Zelenchukskaya, Stavropol'skii krai).

Ris. 4. Parabolicheskii reflektor odnogo
iz sektorov RATAN-600.

Ris. 5. Obluchatel' v fokuse sektora RATAN-600.

On predstavlyaet soboi sostavlennyi iz otdel'nyh shitov vysotoi 7 m krug diametrom $\approx 600$ m, v kazhdom iz chetyreh sektorov k-rogo (severnom, yuzhnom, zapadnom i vostochnom) shity vystavlyayutsya po parabole, obrazuya otrazhayushuyu i fokusiruyushuyu polosu antenny (ris. 4). V fokuse takoi polosy raspolagaetsya spec. obluchatel' (ris. 5). Naklonom shitov, obrazuyushih reflektor, osushestvlyaetsya navedenie antenny na ob'ekt issledovaniya po uglu mesta. R. rabotaet na "prohozhdenie", t.e. registriruet kosmich. radioistochnik pri ego prohode cherez diagrammu napravlennosti za schet sutochnogo vrasheniya nebesnoi sfery. Predusmotrena vozmozhnost' soprovozhdeniya ischtonika v nek-ryh predelah s pomosh'yu peremesheniya oblkchatelya v fokuse antenny po rel'sovomu puti.

Harakteristiki nek-ryh naibolee krupnyh antenn R. privedeny v tablice (v poslednei grafe ukazana minim. dlina volny, na k-roi mozhet rabotat' antenna).

Sovr. R. harakterizuetsya sleduyushimi predel'nymi parametrami. Effektivnye ploshadi dostigayut 10 ³-10⁴ m². U maloshumyashih vhodnyh ustroistv T_sh.vh. sostavlyaet desyatki K. Izmeryaemye prirasheniya antennoi temp-ry $\Delta T_{sh.a.} \sim 10^{-2}-10^{-3}$ K, chto pozvolyaetsyaregistrirovat' $F_\nu \sim 10{-29}-10^{-30}$ Vt/(m²Gc).

Radioteleskop Diametr (razmer) antenny, m Geometrich. ploshad', m² A_e, m² $\lambda_{min}$ , sm

Radioteleskop v Aresibo 300 70 000 20 000 10

Bonnskii radioteleskop 100 8000 (4-6)h1000 0,35

RATAN-600 kol'co iz shitov diametrom 600 m 4h3000 (4 sektora) 4h1500 0,8

Lit.:
Esepkina N.A., Korol'kov D.V., Pariiskii Yu.N., Radioteleskopy i radiometry, M., 1973.

(V.N. Kuril'chik)

V. N. Kuril'chik, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

A | B | V | G | D | Z | I | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | E | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Radioteleskop	Diametr (razmer) antenny, m	Geometrich. ploshad', m²	A_e, m²	$\lambda_{min}$ , sm
Radioteleskop v Aresibo	300	70 000	20 000	10
Bonnskii radioteleskop	100	8000	(4-6)h1000	0,35
RATAN-600	kol'co iz shitov diametrom 600 m	4h3000 (4 sektora)	4h1500	0,8