Antenas de Radiotelescópios

As antenas de radiotelescópios são os refletores e alimentadores que interceptam as ondas de rádio recebidas e as concentram em um receptor, definindo a área de coleta, o formato do feixe e a faixa de frequência de um radiotelescópio.

Definition

Uma antena de radiotelescópio é a estrutura, tipicamente um prato refletor ou uma matriz de elementos, que capta a radiação de radiofrequência e a acopla a um receptor, caracterizada por sua área de coleta efetiva, padrão de feixe e banda de frequência de operação.

Scope

Este tópico abrange refletores parabólicos e seus arranjos de alimentação e subrefletores, antenas dipolo e de matriz faseada para comprimentos de onda longos, padrões de feixe e lóbulos laterais, eficiência de abertura e precisão da superfície, e as demandas estruturais e de apontamento de grandes antenas direcionáveis e fixas.

Core questions

• Como o tamanho da antena e a precisão da superfície definem a resolução e a frequência utilizável mais alta?
• O que distingue os refletores de prato das matrizes de dipolos e faseadas?
• O que são padrões de feixe, ganho e lóbulos laterais?
• Como a eficiência de abertura é definida e maximizada?

Key theories

Feixe da antena e a reciprocidade do padrão

A resposta de uma antena no céu, seu feixe, é a transformada de Fourier da iluminação da abertura, de modo que aberturas maiores e mais uniformemente iluminadas produzem feixes mais estreitos e maior resolução.

Eficiência de abertura e precisão da superfície

Desvios da superfície do refletor em relação a um paraboloide ideal espalham o sinal para fora do feixe, e a relação de Ruze mostra que a eficiência cai drasticamente quando os erros de superfície se aproximam de um décimo do comprimento de onda.

Matrizes faseadas para baixas frequências

Em comprimentos de onda longos, elementos dipolo fixos são combinados eletronicamente em feixes, permitindo aberturas flexíveis e direcionáveis sem estruturas móveis, como usado em matrizes modernas de baixa frequência.

Clinical relevance

O design da antena determina a sensibilidade, a cobertura de frequência e a resolução de cada instalação de rádio; a precisão da superfície de grandes pratos determina se um telescópio pode alcançar as bandas de milímetro e submilímetro onde o gás frio e a poeira irradiam.

History

A parábola de quintal de Reber de 1937 estabeleceu o prato direcionável, e pratos cada vez maiores se seguiram, de Jodrell Bank aos telescópios de 100 metros de Effelsberg e Green Bank e aos refletores fixos de 305 metros de Arecibo e 500 metros de FAST. Matrizes de dipolos faseados reviveram a radioastronomia de baixa frequência.

Key figures

• Grote Reber
• John D. Kraus

Seminal works

• wilson2013
• kraus1986

Frequently asked questions

Por que a superfície de um prato de rádio deve ser lisa a uma fração do comprimento de onda?

Irregularidades e deformações no refletor espalham o sinal para longe do foco, diminuindo a eficiência. A relação de Ruze mostra que a perda cresce acentuadamente quando os erros de superfície atingem aproximadamente um décimo do comprimento de onda de observação, razão pela qual os pratos de ondas milimétricas precisam de superfícies precisas em dezenas de mícrons.

Por que alguns radiotelescópios usam matrizes de dipolos em vez de pratos?

Em comprimentos de onda longos, um prato teria que ser impraticavelmente grande, e os feixes podem ser formados eletronicamente combinando muitas antenas dipolo fixas simples com as fases corretas. Isso proporciona um telescópio direcionável e reconfigurável sem partes móveis, ideal para levantamentos de baixa frequência.