|
Радиотелескоп
РАТАН-600 в режиме
"радио-Шмидт телескоп"
Е.К. Майорова, В.Б.Хайкин, САО РАН
Приводятся результаты расчетов характеристик радиотелескопа РАТАН-600 в
режиме "радио-Шмидт телескоп". Плоский отражатель и круговое зеркало антенны
рассчитываются как двухзеркальная апланатическая система с планоидным
зеркалом, которое осуществляет "шмидтовскую" коррекцию волнового фронта волны,
падающей под произвольным углом к горизонту. Выведены формулы и создан
комплекс программ для расчета конфигураций зеркал антенной системы и
оптимизированы ее основные параметры. Рассчитаны диаграммы направленности
радиотелескопа. Показана возможность длительного
сопровождения источников (порядка 1 часа) на волнах, длиннее 2 см,
при горизонтальной апертуре антенны 100 м и на волнах, длиннее 4 см, при
апертуре антенны 150 м.
|
|
В режиме "радио-Шмидт телескоп" используется антенная система Южный сектор
с плоским отражателем радиотелескопа РАТАН-600. Коррекция волнового фронта
осуществляется с помощью придания перископическому плоскому зеркалу необходимой
кривизны, рассчитанной для заданной высоты источника.
|
|
Рис.1.
Антенная система Южный сектор с плоским отражателем
|
|
В основе метода лежит идея создания на базе плоского и кругового
отражателей антенны РАТАН-600 предфокальной апланатической
двухзеркальной системы с широким полем зрения, свободной от сферической
аберрации и комы. Аналогами такой системы в оптике являются "зеркальный
Шмидт" и "зеркальный Райт" - системы с планоидными зеркалами.
У планоидов кривизна поверхности при вершине равна
нулю, так что фокусное растояние всей системы приблизительно равно
фокусному растоянию второго зеркала. В случае антенной системы
"Юг + Плоский" планоидом является плоское зеркало , второе зеркало -
круговой отражатель РАТАН-600.
Для слежения за источником, используется движущийся по дуговому
пути облучатель и осуществляется изменение угла наклона плоского зеркала в
небольших пределах. Отражающие элементы плоского и кругового отражателя
выставляются по заданным кривым. Отличительной особенностью этого
метода является то, что форма главного зеркала в виде кругового цилиндра
не меняется в процессе сопровождения источника.
Метод"радио-Шмидт телескоп" позволяет решить проблему длительного
сопровождения космических источников на радиотелескопе РАТАН-600.
|
 |
Рис.2
Изменение формы плоского отражателя при различных значениях параметра фокуса
(F'-М).
|
|
Проведенные расчеты показали принципиальную
возможность построения на базе антенной системы "Юг + Плоский" апланатической
системы, подобной системам Шмидта или Райта, а также продемонстрировали
необходимость оптимизации ее параметров для получения наиболее эффективной
работы телескопа. На Рис.2 показано как будет
меняться форма плоского отражателя при изменении
параметра фокуса (F'- M), где F' - параксиальное фокусное расстояние всей
системы, M - расстояние от вершины кругового отражателя до фокуса , где помещается
облучатель.  x
- изменение продольной координаты плоского зеркала.
Основным критерием при расчете было получение таких конфигураций
зеркал, при которых выставляется максимальное число элементов плоского и
кругового отражателей, т.е. получение антенной системы с
максимальной эффективной площадью при наибольшем
времени слежения за источником.
|
|
|
Рис.3.
Диаграммы направленности РАТАН-600 на волне
6 см в режиме "радио-Шмидт телескоп" при наблюдениях в азимутах:
 =0o (1),
3o (2), 5o (3). (а),(b)
- реальный дуговой путь, (c),(d) - оптимальный дуговой путь.
Горизонтальный размер плоского зеркала L=100 м. (а),
(с) - элементы плоского зеркала смещаются по продольной координате и по
азимуту ("точный радио-Шмидт телескоп"), (b),(d) - элементы
плоского зеркала смещены только по продольной координате
("приближенный радио-Шмидт телескоп").
|
|
Расчитаны фазовые распределения поля на апертуре антенны и ДН радиотелескопа
в режиме "радио-Шмидт телескоп" (Рис.3) для произвольных углов формирования
антенны и высот наблюдаемых источников.
Проведенные расчеты позволили оптимизировать параметры рассматривоемой
системы, в частности параксиальное фокусное расстояние телескопа, кривизну дугового рельсового пути,
по которому перемещается облучатель, диапазоны углов формирования антенны.
Показано, что в режиме "радио-Шмидт телескоп" при существующем дуговом пути
возможно сопровождение источника в течение часа без существенных искажений ДН
на волнах, длиннее 4 см, при апертуре антенны 100 - 150 м. Оптимизация дугового
пути позволит проводить длительные наблюдения на волнах вплоть до 1 см.
|
|
Для задач, не требующих длительного сопровождения источника, а лишь накопления
сигнала на одном склонении, можно использовать частный случай режима "радио-Шмидт
телескоп", когда вторичное зеркало (облучатель) располагается вблизи корректирующего
зеркала. В этом случае можут быть достигнуты наибольший размер безаберрационной
зоны и наименьшая кривизна поля в фокальной плоскости при апертуре антенны
200 м. Широкое поле зрения радиотелескопа достигается
за счет помещения на фокальной линии вторичного зеркала многоэлементной
антенной решетки.
Многоэлементная
антенная решетка может быть выполнена в виде линейки полосковых излучателей,
расположенных в фокальной линии вторичного зеркала (одномерная решетка),
в виде планарной решетки (двумерная решетка), и
в виде решетки "террасной" конструкции (трехмерная решетка) [1].
|
[1] Majorova E.K., Khaikin V.B., 2000, Bull.Spec.Astrophys.Obs., 50, 91-103
|
