전파 망원경 안테나

전파 망원경 안테나는 입사하는 전파를 가로채어 수신기로 집중시키는 반사경과 급전기로 구성되며, 전파 망원경의 집광 면적, 빔 형태 및 주파수 범위를 결정합니다.

Definition

전파 망원경 안테나는 일반적으로 반사 접시 또는 요소 배열로 구성된 구조물로, 무선 주파수 복사를 포착하여 수신기에 연결하며, 유효 집광 면적, 빔 패턴 및 작동 주파수 대역으로 특징지어집니다.

Scope

이 주제는 포물선형 접시 반사경과 그 급전 및 부반사경 배열, 장파장용 다이폴 및 위상 배열 안테나, 빔 패턴 및 사이드로브, 개구 효율 및 표면 정확도, 그리고 대형 가변 및 고정 안테나의 구조적 및 지향 요구 사항을 다룹니다.

Core questions

• 안테나 크기와 표면 정확도가 해상도와 최고 사용 가능 주파수를 어떻게 결정합니까?
• 접시 반사경과 다이폴 및 위상 배열의 차이점은 무엇입니까?
• 빔 패턴, 이득 및 사이드로브는 무엇입니까?
• 개구 효율은 어떻게 정의되고 극대화됩니까?

Key theories

안테나 빔과 패턴의 상호성

안테나의 하늘에서의 응답, 즉 빔은 개구 조명의 푸리에 변환이므로, 더 크고 균일하게 조명된 개구는 더 좁은 빔과 더 높은 해상도를 제공합니다.

개구 효율 및 표면 정확도

반사경 표면이 이상적인 포물면에서 벗어나면 신호가 빔 밖으로 산란되며, 루즈 관계(Ruze relation)는 표면 오차가 파장의 10분의 1에 가까워지면 효율이 급격히 떨어진다는 것을 보여줍니다.

저주파용 위상 배열

장파장에서는 고정된 다이폴 요소가 전자적으로 빔으로 결합되어 움직이는 구조 없이 유연하고 조향 가능한 개구를 허용하며, 이는 현대 저주파 배열에서 사용됩니다.

Clinical relevance

안테나 설계는 모든 전파 시설의 감도, 주파수 범위 및 해상도를 결정합니다. 대형 접시의 표면 정확도는 망원경이 차가운 가스와 먼지가 복사하는 밀리미터 및 서브밀리미터 대역에 도달할 수 있는지 여부를 결정합니다.

History

1937년 레버(Reber)의 뒷마당 포물선 안테나는 가변 접시 안테나의 시초가 되었으며, 이후 조드럴 뱅크(Jodrell Bank)에서 100미터 에펠스베르크(Effelsberg) 및 그린 뱅크(Green Bank) 망원경, 그리고 고정된 305미터 아레시보(Arecibo) 및 500미터 FAST 반사경에 이르기까지 점점 더 큰 접시 안테나가 뒤를 이었습니다. 위상 배열 다이폴은 저주파 전파 천문학을 부활시켰습니다.

Key figures

• Grote Reber
• John D. Kraus

Seminal works

• wilson2013
• kraus1986

Frequently asked questions

전파 접시 표면이 파장의 일부만큼 매끄러워야 하는 이유는 무엇입니까?

반사경의 요철과 처짐은 초점에서 신호를 산란시켜 효율을 낮춥니다. 루즈 관계는 표면 오차가 관측 파장의 대략 10분의 1에 도달하면 손실이 급격히 증가한다는 것을 보여주며, 이것이 밀리미터파 접시가 수십 마이크론의 정확한 표면을 필요로 하는 이유입니다.

일부 전파 망원경이 접시 대신 다이폴 배열을 사용하는 이유는 무엇입니까?

장파장에서는 접시가 비현실적으로 커야 하며, 대신 많은 단순한 고정 다이폴 안테나를 올바른 위상으로 결합하여 전자적으로 빔을 형성할 수 있습니다. 이는 움직이는 부품 없이 조향 가능하고 재구성 가능한 망원경을 제공하여 저주파 탐사에 이상적입니다.