УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК Институт прикладной астрономии РАН

Первые результаты эксперимента по излучению сигнала фазовой калибровки

Масленников А.С.

Рис.1 - Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой.

Рис.2 - Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой.

При проведении радиоинтерферометрических наблюдений со сверхдлинными базами (РСДБ), кроме всего прочего, должна быть обеспечена постоянная калибровка фазовых характеристик приемно-регистрирующей РСДБ аппаратуры.

Общепринятая схема фазовой калибровки предусматривает инжектирование сигнала фазовой калибровки импульсов длительностью 25÷50 пс) на вход малошумящего усилителя, (последовательность после антенно фидерного устройства (АФУ).

Рис.3 Обобщенная схема РСДБ приемно-регистрирующего тракта радиотелескопа

Рис.4 Осциллограмма выходного импульса генератора пикосекундных импульсов (ГПИ)

Рис.5 Радиотелескоп в пос. «Светлое».

Требования на передающую антенну: 1) Рабочий диапазон частот: 2 ÷ 10 ГГц или 2 ÷ 23 ГГц; 2) Диаграммы направленности в Е и Н плоскостях должны быть одинаковыми; 3) Тип поляризации – круговая (предпочтительнее) линейная; или 4) КСВН не более 2; 5) Приблизительные размеры 20 ÷ 30 см в диаметре; 6) Диаграмма направленности рассчитывается в зависимости от месторасположения передающей антенны. Основные условия: а) отсутствие переотрожений от несущих конструкций радиотелескопа; б) отсутствие переизлучения в пространство ; в) Уровень боковых лепестков не более -10 ÷ -15 дБ.

Типы широкополосных антенн: 1) Антенна на основе резонаторов бегущей волны (РБВ); 2) Цилиндрические, конические, логарифмические и арифметические спиральные антенны; 3) Логопериодические антенны; 4) Антенна Вивальди; 5) Рупорные антенны. ТЕМ экспоненциальные рупора;

Таблица 1. Отличие физических процессов, происходящих при излучении одночастотных и СШП-сигналов.

Параметр Излучение Форма излучаемого поля во времени Зависимость амплитуды излучаемого поля Сигнал узкополосный Вся апертура (одна волна) Производная от формы тока (сигнала) От угловых координат СШП Центр и края апертуры (несколько волн) Повторяет форму тока (сигнала) От угловых координат и от времени Форма излучаемого поля в пространстве (диаграмма направленности) Боковое излучение От угловых координат Лепестковая структура От угловых координат, времени и формы тока (сигнала) Равномерный спад

Приведенные отличия, свойственны антеннам, как с параллельным (апертурные антенны), так и с последовательным возбуждением (антенны бегущей волны).

Рис.6 Цилиндрическая спиральная антенна

Рис. 7 КСВ спиральной антенны.

Видно, что согласование в диапазоне 1,6÷2,8 ГГц не превышает значения 2.

Рис.8 Диаграммы направленности цилиндрической спиральной антенны на частоте 2,3 ГГц.

Табл.2 Основные параметры диаграммы направленности.

Параметр диаграммы направленности Уровень боковых лепестков, дБ Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности, град Е плоскость -14,3 26,5 Н плоскость -11,5 27

Рис.9 ТЕМ рупор от 2 – 14 ГГц.

Рис.10 График зависимости КСВ от частоты для ТЕМ рупора.

Видно, что КСВ в диапазоне 5 – 11 ГГц не превышает значения 2.

Рис.11 Диаграммы направленности ТЕМ рупора (а) 4 ГГц Табл.3 Основные параметры диаграммы направленности

Параметр диаграммы направленности Уровень боковых лепестков, дБ Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности, град Е плоскость -12,1 22,3 Н плоскость -15,4 39,6

Рис.12 Осциллограмма с импульсами фазовой калибровки

Рис.13 Осциллограмма с импульсами фазовой калибровки

Итоги работы.

1) Сформированы требования на облучатель; 2) Произведен обзор широкополосных антенн; 3) Установлены наиболее подходящие места на радиотелескопе для крепления облучателя:

а) на одной из металлических опор, которые держат вторичную систему с

контррефлектором; б) на металлической штанге, присоединенной к надзеркальной кабине; в) на крыше надзеркальной кабины.

4) Изготовлены и испытаны макетные образцы антенн; 5) Рассмотрены сигналов; особенности излучения короткоимпульсных

Планы работы.

• •

1) Необходимо доработать ТЕМ рупор: улучить согласование с фидерным трактом; расширить рабочий диапазон частот, для проведения фазовой калибровки в Kq диапазоне или разработать и изготовить отдельную антенну для Kq диапазона

;

возможности 2) Более детально изучить и понять сущность процессов в антеннах при излучении сверхширокополосных сигналов; 3) Провести компьютерное моделирование ТЕМ рупора, для оптимизации его характеристик.