Антенны радиотелескопов

Антенны радиотелескопов представляют собой отражатели и облучатели, которые перехватывают входящие радиоволны и концентрируют их на приемнике, определяя собирающую площадь, форму луча и частотный диапазон радиотелескопа.

Definition

Антенна радиотелескопа — это конструкция, обычно представляющая собой отражающую тарелку или массив элементов, которая улавливает радиочастотное излучение и передает его на приемник, характеризующаяся своей эффективной собирающей площадью, диаграммой направленности и рабочим частотным диапазоном.

Scope

Эта тема охватывает параболические тарельчатые отражатели и их облучатели и суботражатели, дипольные и фазированные антенные решетки для длинных волн, диаграммы направленности и боковые лепестки, эффективность апертуры и точность поверхности, а также структурные требования и требования к наведению больших поворотных и стационарных антенн.

Core questions

• Как размер антенны и точность поверхности определяют разрешение и максимально используемую частоту?
• Чем тарельчатые отражатели отличаются от дипольных и фазированных решеток?
• Что такое диаграммы направленности, усиление и боковые лепестки?
• Как определяется и максимизируется эффективность апертуры?

Key theories

Диаграмма направленности антенны и взаимность диаграммы

Отклик антенны на небе, ее диаграмма направленности, является преобразованием Фурье апертурного распределения, поэтому большие и более равномерно освещенные апертуры дают более узкие лучи и более высокое разрешение.

Эффективность апертуры и точность поверхности

Отклонения поверхности отражателя от идеального параболоида рассеивают сигнал из луча, и соотношение Рузе показывает, что эффективность резко падает, как только ошибки поверхности приближаются к одной десятой длины волны.

Фазированные решетки для низких частот

На длинных волнах фиксированные дипольные элементы электронно объединяются в лучи, что позволяет создавать гибкие, управляемые апертуры без движущихся структур, как это используется в современных низкочастотных решетках.

Clinical relevance

Конструкция антенны определяет чувствительность, частотный охват и разрешение каждого радиотелескопа; точность поверхности больших тарелок определяет, может ли телескоп достигать миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, где излучают холодный газ и пыль.

History

Парабола Ребера 1937 года, созданная на заднем дворе, положила начало поворотным тарелкам, за которыми последовали все более крупные тарелки, от Джодрелл-Бэнка до 100-метровых телескопов Эффельсберг и Грин-Бэнк, а также стационарных 305-метрового Аресибо и 500-метрового FAST. Фазированные дипольные решетки возродили низкочастотную радиоастрономию.

Key figures

• Grote Reber
• John D. Kraus

Seminal works

• wilson2013
• kraus1986

Frequently asked questions

Почему поверхность радиотелескопа должна быть гладкой с точностью до доли длины волны?

Неровности и провисания отражателя рассеивают сигнал от фокуса, снижая эффективность. Соотношение Рузе показывает, что потери резко возрастают, как только ошибки поверхности достигают примерно одной десятой наблюдаемой длины волны, поэтому миллиметровые антенны требуют точности поверхности до десятков микрон.

Почему некоторые радиотелескопы используют решетки диполей вместо тарелок?

На длинных волнах тарелка была бы непрактично большой, и лучи вместо этого могут быть сформированы электронным способом путем объединения множества простых фиксированных дипольных антенн с правильными фазами. Это дает управляемый, реконфигурируемый телескоп без движущихся частей, идеально подходящий для низкочастотных обзоров.