Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.sao.ru/hq/len/schfig.ps Дата изменения: Wed Feb 24 16:41:52 2010 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:23:05 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: сферическая аберрация

УДК 520.272.2
РАДИОТЕЛЕСКОП РАТАН-600 КАК
ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АПЛАНАТИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА.
Е.К Майорова, В.Б.Хайкин
Аннотация
Приводятся результаты расчетов характеристик радиотелеско-
па РАТАН-600 в режиме "радио-Шмидт телескоп". Плоский отра-
жатель и круговое зеркало антенны рассчитываются как двухзер-
кальная апланатическая система с планоидным зеркалом, которое
осуществляет "шмидтовскую"коррекцию волнового фронта волны,
падающей под произвольным углом к горизонту. Выведены фор-
мулы и создан комплекс программ для расчета конфигураций зер-
кал антенной системы и оптимизированы ее основные параметры.
Показана возможность длительного сопровождения источников в
этом режиме (порядка 1 часа) на волнах, длиннее 2 см, при гори-
зонтальной апертуре антенны 100 м и на волнах, длиннее 4 см, при
апертуре антенны 150 м.
1 Введение.
Радиотелескоп-600 относится к пассажным телескопам рефлекторно-
го типа. Отражающая поверхность антенны состоит из отдельных эле-
ментов, расположенных по окружности. Диаграмма направленности фор-
мируется путем специального расположения отражающих элементов кру-
гового отражателя (главного зеркала). Профилем главного зеркала мо-
жет быть парабола, эллипс или окружность в зависимости от высоты на-
блюдаемого источника, в фокусе которых устанавливается облучатель.
Подробно конструкция телескопа описана в работе [1].
Радиотелескоп РАТАН-600 обладает высокой разрешающей способно-
стью и чувствительностью, однако время экспозиции космического ис-
точника при наблюдении в штатном режиме невелико и определяется
временем прохождения его через неподвижную диаграмму направлен-
ности (ДН). Увеличение времени накопления сигнала путем сопрово-
ждения источника является актуальной задачей с точки зрения повы-
шения эффективности работы радиотелескопа. Решение этой проблемы
1

Djm]h\h_
a_jdZeh
Iehkdh_
a_jdZeh
>m]h\hc
imlv
JZ^bZevguc
imlv
P_glj
Zgl_ggu
H[emqZl_ev
njhgl
Рис. 1:
позволит на порядки увеличить его чувтсвительность и существенно рас-
ширить круг астрофизических задач, решаемых на РАТАН-600. Режим
длительного сопровождения особенно важен для спектральных иссле-
дований, для изучения быстропеременных космических объектов, таких
как пульсары, для изучения динамики солнечных процессов.
В настоящее время увеличить время экспозиции источника до 2 мин.
без сокращения апертуры антенны позволяет режим "скольжения"[2].
Сопровождать источник в течении нескольких часов можно в режиме
"эстафеты", однако в этом режиме в 5-6 раз сокращается апертура ан-
тенны [3].
Кардинальное решение проблемы, т.е. осуществление максимального
времени слежения за источником с полной апертурой, возможно с помо-
щью антенной системы "Юг+Плоский", состоящей из плоского периско-
пического отражателя, расположенного в Южной части радиотелеско-
па РАТАН-600 и облучателя, перемещающегося по дуговому рельсовому
пути, проложенному между перископом и главным зеркалом (рис.1). В
этом режиме сопровождение источника потребует соответствующего из-
менения угла наклона элементов плоского зеркала, движения облучате-
ля по дуговым рельсам и непрерывной перестановки элементов главного
2

зеркала по азимуту и радиусу так, чтобы его поверхность представляла
параболический цилиндр с вертикальной образующей, установленный в
соответствии с азимутом отраженного от перископа фронта волны [1], [4].
Этот наиболее эффективный режим ("бегущая парабола") остается по-
ка нереализованным, поскольку требует существенного усовершенство-
вания АСУ радиотелескопа и автоматизации движения облучателя.
Метод, исследование которого предлагается в настоящей работе, и
который получил название "радио-Шмидт телескоп", также может быть
реализован с помощью антенной системы "Юг+Плоский". Для слеже-
ния за источником, как и в режиме "бегущая парабола", осуществляется
изменение угла наклона плоского зеркала в небольших пределах и ис-
пользуется движущийся по дуговому пути облучатель. Отличительной
особенностью этого режима является неподвижность элементов главно-
го зеркала в процессе сопровождения источника.
В основе метода лежит идея создания на базе плоского и кругового
отражателей предфокальной апланатической двухзеркальной системы с
широким полем зрения, свободной от сферической аберрации и комы. В
оптике к таким системам относятся системы Шварцшильда, Ричи Кре-
тьена, "зеркальный Шмидт"и "зеркальный Райт". Две последние явля-
ются частным случаем двухзеркальных апланатических систем  систе-
мами с планоидным зеркалом. У планоидов кривизна поверхности при
вершине равна нулю, так что фокусное рассояние всей системы прибли-
зительно равно фокусному расстоянию второго зеркала. В антенной си-
стемы "Юг+Плоский"РАТАН-600 планоидом является плоское зеркало.
Отметим, что впервые идея "шмидтовской"коррекции волнового фрон-
та радиотелескопа была выдвинута Арсаком и осуществлена на системе
Крауса в Нансе [5], [6].
2 Расчет системы.
В оптике теория предфокальных апланатических систем из двух зер-
кал была разработана К.Швардшильдом, Кретьеном, Д.Д.Максутовым.
В 30-х годах Райт предложил и рассчитал конструкцию укороченного
Шмидт-телескопа [7]. Система Райта представляет собой апланатиче-
скую систему, где наряду со сферической аберрацией устраняется и кома,
однако она имеет меньшее, чем система Шмидта поле зрения.
В настоящей работе для расчета двухзеркальной апланатической си-
стемы мы использовали методику, предложенную в работе [8], которая
3

)
####Djm]h\h_
a_jdZeh
q
d
1
2
x
m
###Iehkdh_
a_jdZeh
H[emqZl_ev
H a
$
z
####>m]h\hc
imlv
$
l
r
y
2i'
2i
)
T
T
y
m q
d
1
2
x
3
1
2
2j R
2
r d
R a
/
Рис. 2:
основана на исследовании дифференциальных уравнений, решение кото-
рых позволяет найти точные выражения для поверхностей зеркал, име-
ющих ось вращения. Вывод формул основывался на условии получения
исправленного от сферических аберраций изображения на оси (принцип
Ферма) и условии апланатизма (условии синусов Аббе).
Хотя плоский и круговой отражатели радиотелескопа РАТАН-600 не
являются поверхностями вращения, выражения, полученные в работе [8],
могут быть использованы для расчета кривых, по которым должны вы-
ставляться элементы зеркал, когда угол места фронта падающей волны
равен нулю. В этом случае в приближении геометрической оптики ход
лучей в горизонтальном сечении такой системы полностью совпадает с
ходом лучей в меридианальном сечении зеркал, имеющих ось вращения,
что объясняется распространением цилиндрической волны и фокусиров-
кой лучей лишь в горизонтальной плоскости. Однако, формулы, полу-
ченные в работе [8], становятся неприменимы, когда фронт падающей
волны наклонен к горизонту на угол, не равный нулю.
Проведем расчет конфигураций зеркал, позволяющих осуществлять
фокусировку лучей, падающих под произвольным углом к горизонту.
Азимутальный угол падающих на плоское зеркало лучей составляет с
осью антенной системы угол  = 0 Ж . Ход лучей в ветикальной и горизон-
тальной плоскостях показан на рис.2.
Геометрические размеры антенной системы "Юг+Плоский": D  рас-
стояние между вершинами зеркал составляет 184 м, Q  расстояние меж-
ду облучателем, находящемся на дуговом рельсовом пути, и вершиной
плоского зеркала равно 52 м, M  расстояние от мнимого фокуса облуча-
теля до вершикы кругового отражателя равно 132 м, F 0  эквивалентное
4

фокусное расстояние всей системы. Начало декартовой системы коорди-
нат (x; y) и полюс полярной системы (; ) помещаются в фокусе антенны
F . d = D=F 0 , q = Q=F 0 , m = M=F 0 , f 0 = 1.
Условие отсутствия сферической аберрации задается выражением :
 + l x cos H a = 2d + q(1 cos H a ) ; (1)
которое описывает тот факт, что сумма оптических путей от плоскости
фронта волны (AA), падающей под углом к горизонту, до фокуса F
одинакова.   расстояние от точки пересечения луча с круговым зер-
калом до фокуса F , l  расстояние между точками пересечения луча с
зеркалами, x cos H a  расстояние от плоскости фронта падающей волны
до плоского зеркала. Условие синусов Аббе при отсутствии комы:
y = sin : (2)
Учитывая геометрические соотношения в фокусирующей системе
x =  cos l cos 2i ; = 2i 0 2i ;
y =  sin + l sin 2i ; tg i 0 =
1

d
d
;
а также выражения (1, 2) приходим к следующимему дифференциаль-
ному уравнению:
1

d
d =
tg =2 G
1 +Gtg =2
; (3)
где
G =
T
q
T 2 B 2 (1 cos 2 H a )
B(1 cos H a )
;
T = 2d + q(1 cos H a ) (1 cos cos H a ) , B = (1 + ) sin .
Решение этого дифференциального уравнения проводилось числен-
ным методом РунгеКутта c помощью ЭВМ. Создан комплекс программ,
позволяющих рассчитывать параметры фокусирующей системы x, y, ,
l и i в зависимости от величины эквивалентного фокусного расстояния
системы F 0 , размеров плоского зеркала L, угла падения фронта волны
5

Рис. 3:
H a . Угол H a , на который рассчитывалась система, будем называть углом
формирования антенны. Приведем выражения для x, i, l :
l =
T
1 + cos H a (1 G 2 )=(1 +G 2 )
; i = arctg G (4)
x =  cos
T
cos H a + (1 +G 2 )=(1 G 2 )
: (5)
На рис.3 показано, как меняется форма плоского отражателя в ре-
жиме "радио-Шмидт телескоп"при изменении параметра (F 0 M) при
H a = 0 0 .
x = x(y) x(0)  изменение продольной координаты плос-
кого зеркала. Кривые, по которым должен выставляться круговой от-
ражатель представляют собой квази-окружности, сплюснутые к краям
раскрыва.
При изменении угла H a от 0 0 до 90 Ж форма плоского зеркала подобна
приведенным на рис.3 кривым, меняется лишь величина максимального
изменения продольной координаты
x max ( от 14 до 29 мм при апертуре
100 м и от 67 до 134 мм при апертуре 150 м).
Форма кругового отражателя с изменением угла H a практически не
меняется и с высокой степенью точности сохраняется зависимость ( ),
полученная при H a = 0 Ж . Последняя в свою очередь совпадает с результа-
тами расчетов формы кругового отражателя, выполненными по формуле
в работе [8]:
1
 =

d +
d 1=(d 1)
d + q
(1 ) d=(d 1)
(d ) 1=(d 1)
; (6)
где  = sin 2
( =2) .
6

Круговой отражатель радиотелескопа РАТАН-600 состоит из отдель-
ных элементов, которые могут перемещаться в радиальном направлении
в пределах  0.5 м от основной окружности радиуса R=288 м; диапа-
зон перемещений элементов по азимуту составляет 6 Ж , по углу места -
0 Ж  50 Ж . Элементы плоского зеркала в штатном режиме перемещаются
только по углу места (0 Ж  50 Ж ), изменение их положения в продольном
(меридианальном) направлении и по азимуту можно осуществить лишь
c помощью специальных юстировочных приспособлений и не более чем
на 200 мм по продольной координате и на 2 Ж по азимуту.
Основным критерием при расчете было получение таких конфигура-
ций зеркал, при которых выставляется максимальное число элементов
плоского и кругового отражателей, т.е. получение антенной системы с
максимальной эффективной площадью при наибольшем времени слеже-
ния за источником. При фиксированных значениях D; Q и M антенной
системы "Юг+Плоский", это можно сделать, варьируя величину экви-
валентного параксиального фокуса всей системы F 0 . Из условия плано-
идности системы следует, что значения F 0 не должны сильно отличаться
от фокусного расстояния кругового зеркала M .
При расчете конфигураций зеркал методом последовательных при-
ближений находились оптимальные значения параксиального фокуса си-
стемы F 0
opt , такие, при которых продольные смещения элементов плоско-
го зеркала минимальны при заданных значениях L. Расчеты показали,
что максимальный горизонтальный размер плоского зеркала, при кото-
ром его элементы не выходят за допустимые границы, составляет 150
м  170 м (2' Ж = 30 Ж  34 Ж ). Максимальный раскрыв кругового отра-
жателя  2' r = 40 Ж . (2' Ж и 2' r  углы, под которыми видны раскрывы
соответственно плоского и кругового отражателей из центра антенны ).
Были рассчитаны также конфигурации зеркал при изменении поло-
жения облучателя между вершинами плоского и кругового отражателей.
Расстояние между зеркалами не менялось. Расчеты показали, что вели-
чина максимального смещения элементов плоского зеркала по продоль-
ной координате уменьшается по мере приближения облучателя к плос-
кому зеркалу и достигает своего наименьшего значения при M = 184 м,
величина же максимальных радиальных смещений элементов кругового
отражателя минимамальна при M = 144 м. Из этого следует, что, поме-
щая облучатель вблизи плоского зеркала на радиальном рельсовом пу-
ти, мы получим максимальную горизонтальную апертуру антенны (око-
ло 200 м), возможность же сопровождения источников при этом будет
7

i
y y r
r
l
F
T
T
F d
O'
O
p
r d
A
t
1
2
3
i
2
y
x
a
a
a
Рис. 4:
ограничена. Однако такой способ наблюдений может быть эффективен
в режиме обзора неба с использованием вращения Земли, а также при
установке в фокальной линии облучателя многоэлементной антенной ре-
шетки. Для достижения наибольшего времени слежения за источником
облучатель должен перемещаться по дуговому пути с радиусом 144 м.
3 Расчет фазового распределения поля и
ДН радиотелескопа при наблюдениях в
азимутах при H a 6=
H i
В дальнейшем будем полагать, что поверхности зеркал составлены из
бесконечного числа элементов, горизонтальные размеры которых стре-
мятся к нулю. Элементы плоского и кругового отражателей устанавли-
ваются по кривым, заданным выражениями (2, 3, 5). Последние были
выведены для случая, когда плоская волна падает на плоское зеркало
под углом H a к горизонту и составляет с осью антенной системы ази-
8

мутальный угол  = 0 Ж (прохождение источника через меридиан). Рас-
считаем фазовое распределение поля в раскрыве антенны, когда высота
наблюдаемого источника H i 6= H a , а азимут  6= 0 Ж .
Элементы кругового отражателя выставляются строго вертикально и
образуют квази-круговой цилиндр с вертикальной образующей, элемен-
ты плоского зеркала наклонены относительно горизонта на угол H u =2.
В случае, когда азимут источника не равен нулю, углы H u и H i связаны
соотношением:
tg H u =
tg H i
cos 
: (7)
Облучатель смещен по дуговому пути от оси системы и положение
нового фокуса F d в полярной системе координат, центр которой O 0 рас-
полагается на оси сиcтемы на расстоянии p от центра круга O, задается
координатами (r d ; ) (рис.4). Сумма оптических путей S от фокуса F d до
плоскости AA, перпендикулярной фронту волны, падающей под углом
H i к горизонту, равна:
S = t h + l +  0 ; (8)
где t h  расстояние от плоскости , проходящей через вершину плоского
зеркала, до точки T 1
на плоском зеркале, l  расстояние между точками
T 1
и T 2
на поверхности плоского и кругового отражателей,  0  расстояние
от точки T 2
на поверхности кругового отражателя до фокуса F d или
радиус-вектор точки T 2
в полярной системе координат ( 0 ; 0 ). Прямой
А на рис.4 показана линия пересечения плоскости АА с горизонтальной
плоскостью.
Рассчитаем фазовое распределение поля на апертуре, выраженное в
линейной мере,
S( 0 ) = S( 0 ) - S(0).
t h = t cos H i = (y 1
sin  x 1
cos ) cos H i : (9)
Координаты x 1 ; y 1
плоского зеркала и угол i между касательной к
кривой в точке T 1
и осью y рассчитывались по формулам (2, 4, 5) для
угла формирования антенны H a .
l описывается уравнением прямой, проходящей через точку T 1
с ко-
ординатами (x 1 ; y 1 ) и углом наклона ( 0 i) к оси y:
y 1
y = (x 1
x) tg( 0
i) ; (10)
где  0
 азимутальный угол отраженного луча при i = 0.
sin  0 = sin( i) cos H i : (11)
9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
5
10
15
20
25
30
35
o
H i
= 0 o
a
#PP#
S max
D
H a
10 o
20 o
30 o
80 o
40 o 50 o
60 o
70 o
o
=90 o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
5
10
15
20
25
30
35
H a
=90 o
80 o
70 o
60 o
50 o
40 o
30 o 20 o
10 o
#PP#
S max
D
= 0 o
a
o
H i
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
5
10
15
20
25
30
35
40 = 3 o
a
#PP#
S max
D
0
H i
30 o
20 o
10 o
40 o
50 o 60 o 70 o
80 o
=90 o
H a
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
5
10
15
20
25
30
35
40
o
H i
= 3 o
a
#PP#
S max
D
=90 o
H a
80 o
70 o
60 o
50 o
40 o
30 o 20 o 10 o
Рис. 5:
Для нахождения координаты точки T 2
, в которой луч пересекает кру-
говой отражатель, и величины l численными методами решалось транс-
цендентное уравнение относительно угла :
y 1
 sin = (x 1
 cos ) tg( 0
i) : (12)
При решении этого уравнения для  использовалось выражение (6),
полученное при H a = 0 Ж , поскольку, как уже отмечалось выше, ( ) не
зависит от H a .
Зная положение точки T 2
в системе координат (; ) и положение
фокуса F d на дуге  (r d ; ), путем несложных преобразований находился
радиус - вектор точки T 2
в системе координат ( 0 ; 0 ).
Расчеты проводились для двух случаев. В первом, при формирова-
нии поверхности плоского зеркала его элементы выставляются строго по
кривым, описанным выражениями (2, 4, 5). В этом случае элементы плос-
кого зеркала смещаются по продольной координате и разворачиваются
по азимуту. Назовем этот режим "точный радио-Шмидт".
Второй случай, названный "приближенным радио-Шмидтом", пред-
полагает смещение элементов плоского зеркала только по продольной
10

0 20 40 60 80
0
5
10
15
20
25
30
0 o
5 o
3 o
3 o
a=5 o
30 o
H a
=
H i
S max
D
(grad)
#ff#
0 20 40 60 80
0
5
10
15
20
25
30
0 o
3 o 3 o
5 o
a=5 o 45 o
H i
H a
=
(grad)
#ff#
S max
D
Рис. 6:
координате, угол разворота элементов по азимуту равен нулю. Анало-
гичным образом осуществляется "шмидтовская"коррекция на радиоте-
лескопе в Нансе.
На рис.5 показаны результаты расчетов фазы поля в апертуре ан-
тенны для режимов "точный"(a) и "приближенный"(b) "радио-Шмидт
телескоп"при L=100 м,  = 0 Ж ; 3 Ж и различных H a . По оси ординат отло-
жены значения максимального набега фазы на апертуре
S max в мм, по
оси абсцисс  угол наблюдения источника H i . Линейная составляющая
фазы предварительно вычиталась, поскольку она не приводит к искаже-
нию ДН, а только к ее развороту. Таким образом по этим кривым можно
оценить, какова будет максимальная фазовая ошибка при наблюдениях
источника с высотой H i , когда антенна сформирована на угол H a 6= H i .
Из рассмотрения семейств кривых, представленных на рис.5 можно сде-
лать следующие выводы.
Как и следовало ожидать, синфазное распределение поля в раскрыве
антенны (
S = 0) (или близкое к синфазному - в случае "приближен-
ного радио-Шмидта") реализуется при наблюдении источников, высота
которых равна углу формирования антенны и  = 0 Ж , а также при ази-
мутальных углах, отличных от нуля, для H i
 = H a  70 Ж . Для антенной
системы, расчитанной на низкие и средние углы, максимальная фазовая
ошибка увеличивается с увеличением азимутального угла.
В диапазоне H a от 0 Ж до 20 Ж зависимости
S max (H i ) отличаются незна-
чительно, так что с антенной, рассчитанной на угол H a = 0 Ж , возможно
наблюдение источников, высота которых не превышает 20 Ж .
Расчет зависимостей
S max (H i ) для L = 150 м показал, что характер
их сохраняется с изменением размеров апертуры, меняется лишь абсо-
11

Рис. 7:
лютное значение максимального набега фазы на апертуре.
И, наконец, в режиме "приближенный радио-Шмидт"при азимуталь-
ных углах 3 Ж  5 Ж и укороченной апертуре (L = 100 м) максимальные
фазовые ошибки меньше или равны
S max в режиме "точный радио-
Шмидт". Такое же утверждение можно сделать и для апертуры 150 м
для углов H a , не выше 60 Ж . Поэтому далее при расчете ДН радиотеле-
скопа основное внимание будет уделено режиму "приближенный радио-
Шмидт".
Более детальные исследования показали, что уменьшить фазовые ошиб-
ки, обусловленные комой, при  > 0 Ж можно, изменяя конфигурацию
рельсового пути, по которому движется облучатель. Были расчитаны
оптимальные радиусы кривизны дуги рельсового пути для фиксирован-
ных значений азимутального угла . На рис.6 приведены зависимости
максимального набега фазы при оптимальной кривизне дуги для углов
формирования антенны H a = 30 Ж и 45 Ж в режиме "точный радио-Шмидт
телескоп". Сплошной линией показаны зависимости
S max (H i ) для ре-
ального дугового пути, пунктирной - для дугового пути с оптимальной
кривизной. Горизонтальный размер апертуры L = 100 м.
Из приведенных зависимостей видно, что при наблюдении источни-
ков, высота которых H i = H a , и использовании дугового рельсового пути
оптимальной кривизны, распределение поля в апертуре будет практиче-
ски синфазно в диапазоне азимутальных углов от 5 Ж до 5 Ж , что соот-
ветствует примерно часовому сопровождению источника с неискаженной
ДН антенны. При наблюдениях источников с высотами H i 6= H a , синфаз-
12

ность нарушается. Кроме того, для каждого угла формирования антенны
существует своя оптимальная дуга рельсового пути, так что полностью
избавиться от фазовых искажений на всех высотах не удается, но сни-
жение величины
S max в некотором диапазоне H i происходит и весьма
существенное.
Рассчитанные таким образом распределения фазы поля в апертуре
использовались для расчета диаграммы направленности радиотелескопа.
ДН расчитывались по стандартной программе, учитывающей все особен-
ности геометрии антенной системы РАТАН-600, исходя из ДН первично-
го облучателя (рупора) [9]. Расчеты проводились для существующего
дугового рельсового пути.
Примеры ДН РАТАН-600 в режиме "приближенный радио-Шмидт
телескоп"на волне 4 см, при наблюдении источников с высотами H i = 10 Ж ,
20 Ж , 30 Ж , 40 Ж , 50 Ж , 60 Ж , 70 Ж и  = 0 Ж , 3 Ж даны на рис.7. Угол формирования
антенны H a = 30 Ж , горизонтальный размер апертуры L = 100 м. Как
видим, форма ДН мало меняется как с изменением высоты наблюдаемого
источника, так и с изменением азимутального угла в диапазоне  = 0 Ж 3 Ж
Более полную картину дают зависимости максимума ДН радиотеле-
скопа от высоты наблюдаемого источника H i , рассчитанные для ряда
длин волн. Зависимости эти приведены на рис.8. Расчеты проводились
на волнах 1 см, 2 см 4 см, 8 см при горизонтальной апертуре антенны 100
м для трех значений угла формирования антенны H a = 0 Ж , 30 Ж , 45 Ж . Кри-
выми (1, 2, 3) показаны зависимости в режиме "приближенный радио-
Шмидт телескоп", (4)  "точный радио-Шмидт телескоп"при H a = 30 Ж .
Анализ полученных зависимостей позволяет утверждать, что с по-
мощью антенной системы "Юг+Плоский"можно построить фокусирую-
щую систему, так называемый "радио-Шмидт телескоп", который поз-
волит осуществлять длительное сопровождение источника - от получаса
(  = 3 Ж  3 Ж ) до часа (  = 5 Ж  5 Ж ) - без существенных искажений ДН
в широком диапазоне длин волн и высот наблюдаемого источника.
При существующем дуговом рельсовом пути режим "приближенный
радио-Шмидт"является более универсальным, чем режим "точный радио-
Шмидт", к тому же он проще в реализации.
13

Режим "точный радио-Шмидт телескоп"имеет преимущество на ко-
ротких волнах (  = 1 см при L = 100 м,   = 2 см при L = 150 м), а
также при наблюдениях в азимутах, близких к нулевым. Если придать
оптимальную кривизну рельсовому пути, по которому движется облу-
чатель, то предпочтительней окажется режим "точный радио-Шмидт",
поскольку в этом режиме на одной из высот мы будем иметь практи-
чески неискаженную ДН при длительном сопровождении источника и
существенное уменьшение искажений в некотором диапазоне высот на-
блюдаемого источника.
Что касается выбора угла формирования антенны, наиболее опти-
мальным нам представляется диапазон углов H a от 0 Ж до 30 Ж . При таких
углах диапазон высот, в котором можно наблюдать источники с сопро-
вождением при допустимых потерях ( за критерий можно взять 20-30%
от максимума ДН по мощности), максимален. Однако окончательный
выбор можно сделать, исходя из конкретной астрофизической задачи.
Расчеты показали, что более коротковолновым является режим с уко-
роченной апертурой (L = 100 м). Режим с апертурой 150 м даст большую
эффективную площадь, но использовать его можно на волнах, не короче
4 см при существующем дуговом рельсовом пути.
Для задач, не требующих длительного сопровождения источника, а
лишь накопления сигнала на одном склонении можно использовать ре-
жим "точный радио-Шмидт"с апертурой антенны до 170 - 200 м, расчи-
танный на заданную высоту H a = H i . Широкое поле зрения достигается
за счет помещения на фокальной линии облучателя многоэлементной
антенной решетки [10].
4 Заключение.
В результате проведенных исследований выведены формулы и создан
комплекс программ для рассчета поверхностей плоского и кругового от-
ражателей радиотелескопа РАТАН-600 в режиме двухзеркальной апла-
натической системы, так называемый "радио-Шмидт телескоп".
Расчитаны фазовые распределения поля на апертуре и ДН радиоте-
лескопа в режимах "точный"и "приближенный"радио-Шмидт телескоп.
Проведена оптимизация основных параметров фокусирующей системы
радиотелескопа в этом режиме.
Расчеты, проведенные в широком диапазоне углов и длин волн, поз-
14

10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
4
3
2
1
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
o
H i
F max
a = 5 0
a = 3 0
4
3
3
2
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
cm
cm
4
4
3
2
2
2
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
cm
a = 0 0
cm
1
2
4
8
l
4
2
1
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
l
l
l
3
2
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
3
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
2
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
1
1
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
2
10 20 30 40 50 60 70
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
3
2
2
1
1
Рис. 8:
15

волили получить материал, на базе которого можно выбрать тот или
иной режим "радио-Шмидта"в зависимости от поставленной астрофизи-
ческой задачи.
Было показано, что в режиме "приближенный радио-Шмидт теле-
скоп"при существующем дуговом пути возможно длительное сопрово-
ждение источников (порядка 1 часа) на волнах, длиннее 2 см, с аперту-
рой антенны 100 м и на волнах, длиннее 4 см, с апертурой 150 м. При
оптимизации радиуса кривизны рельсового пути, по которому переме-
щается облучатель, можно будет проводить длительные наблюдения с
минимальными искажениями ДН на волнах, вплоть до 1 см.
Список литературы
[1] Хайкин С.Э., Кайдановский Н.Л., Парийский Ю.Н., Есепкина Н.А.
//Изв. ГАО, 1972, ?188, С.3.
[2] Мингалиев М.Г., Петров З.Е., Филипенко В.И., Черков Л.Н. //Астро-
физ. исслед. (Изв. САО), 1976, ?19, C.76.
[3] Голубчина О.А. //Астрофиз. исслед. (Изв. САО), 1986, ?21, C.75.
[4] Шиврис О.Н. //Астрофиз. исслед. (Изв. САО), 1980, ?12, C.134.
[5] Arsac J. Report interne, Radioastronomie. - Obs. de Meudon, 1960.
[6] Biraud F. Jhese de doctorat d'etat es sciences. - Nancay, 1969.
[7] Amateur telescope making advanced. - Munn and co.inc., 1946, P.401.
[8] Попов Г.М., Попова М.Б. //Изв.КрАО, 1976, ?54, C.272.
[9] Коржавин А.Н. //Астрофиз. исслед. (Изв. САО), 1979, ?11, C.170.
[10] KHaikin V.B., Majorova E.K., Shifman R.G., Parnes M.P., Pobtov
V.A., Guzevich V.O. MMIC Solution for Multi-pixel Reception in
RATAN-600 Aberrationless Focal Zone. - Proceedings of 2-nd ESA Work-
shop on Millimetre Wave Technology and Applications, Espoo, Finland,
1998.
16