Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.sao.ru/hq/len/di_eks.htm
Дата изменения: Wed Feb 24 16:41:26 2010
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:36:13 2012
Кодировка: koi8-r
Поисковые слова: http lib.mexmat.ru books 62738
di_eks
Home page
      [English] [Russian]

Экспериментальное исследование ДН РАТАН-600

Е.К. Майорова, С.А.Трушкин, САО РАН

Представлены результаты экспериментального исследования ДН РАТАН-600 по наблюдениям ярких дискретных источников. Измерения проведены в диапазоне длин волн от 1.4 до 49 см на высотах источников от 10 до 90 градусов. Главный лепесток ДН измерен до уровня 0.5 - 3% от максимума ДН. Измерены аберрационные кривые, описывающие падение сигнала при наблюдениях с поперечными выносами приемного рупора из фокуса антенны. Проведенные измерения ДН позволили проверить точность счета ДН и выявить важные эффекты, которые влияют на структуру ДН далеко вне ее главных осей. Проведено сравнение кривых прохождения Луны со свертками двумерной расчетной ДН с равномерным диском угловых размеров Луны, оценена среднеквадратичная ошибка установки элементов главного зеркала. Она составила 0.55 мм. Показано, что новый расчет ДН [1], учитывающий дифракционные эффекты и конечный размер ширины кольца главного зеркала РАТАН-600, лучше совпадает с данными измерений, чем ранние расчеты ДН [2].

      Измерения ДН Северного сектора радиотелескопа РАТАН-600 проводились в трех циклах наблюдений (февраль-март 2001 г., октябрь 2002 г ., апрель 2002 г.). Источники наблюдались в режиме прохождения источника через неподвижную ДН телескопа. Плотности потоков источников превышали 3 Ян. В качестве измерительной аппаратуры использовался криогенный радиометрический комплекс облучателя N 1. Чувствительность радиометров составляла от 2.5 мК до 20 мК. При эффективной площади антенны около 1000 м2 в одном наблюдении было реализовано высокое отношение сигнал/шум даже на далеких от центрального сечениях. В процессе наблюдений  регистрировались кривые прохождения точечных источников  ( PKS0521-36,  PKS1830-21,  3C161,  3C454.3, 3C121,  2005+403,  3C84) с высотой H. Наблюдались прохождения источников через горизонтальные сечения ДН, отстоящие по высоте от центрального сечения на величину H.

Рис.1.  Зависимости максимальных значений  ДН  Fmax   в различных горизонтальных сечениях от величины выноса этого сечения по высоте H относительно центрального сечения на волне  13 см. Квадратами показаны данные измерений в октябре 2001 г., сплошными линиями  -  расчет ДН по программе, учитывающей дифракционные эффекты и конечную ширину кольца главного зеркала РАТАН-600 [2].

      Проведено сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей  Fmax(H), а также кривых прохождения точечных источников через различные горизонтальные сечения ДН с расчетными сечениями ДН. При хорошем состоянии антенны, когда среднеквадратичная ошибка установки элементов главного зеркала по радиусу и углу места не хуже 2-2.5 точных делений сельсина, форма расчетных и экспериментальных кривых совпадает в пределах 2-3% от максимума ДН Fmax(0) в центральном сечении.

Рис.2.  Кривые прохождения точечного источника 3С84 (H=87o) на волне  7.6 см через горизонтальные сечения ДН (черные линии) и соответствующие им расчетные сечения ДН (красные линии). Наблюдения в апреле 2002 г. Вынос рупора из фокуса =2.9. Слева на записях с положительными Н виден еще один источник, попавший в ДН радиотелескопа.

      По данным наблюдений были построены экспериментальных двумерные ДН на волнах 13 и 7.6 см. На рисунках ДН представлены в виде изофот. ДН нормированы к максимуму в центральном сечении. При построении двумерных экспериментальных ДН использовались кривые прохождения источников через равноотстоящие друг от друга сечения.

Рис.3.  Двумерные экспериментальные ДН радиотелескопа РАТАН-600. Наблюдения в октябре 2001 г.

      Проведено моделирование отдельных сечений ДН при наличие ошибок в установке щитов по угломестной и радиальной координатам. Показано, как будет меняться структура ДН на далеких сечениях при изменении величины и характера распределения этих ошибок в раскрыве главного зеркала.

Рис.4.  Нормированные горизонтальные сечения ДН Н =20'×[см]/7.6 на разных длинах волн, рассчитанные для поверхности главного зеркала: a) - без ошибок в установке щитов, b) - с угломестными и радиальными ошибками, равными 2.5 точных деления сельсина, c) - с угломестными ошибками, соответствующими разности мест нулей юстировок в июле и июне 2002 г. Шкала по оси абсцисс соответствует волне 7.6 см, для других волн ее надо домножить на коэффициент [см]/7.6. (H=87o)

      Как видно из рис.4, наличие щитов с большими угломестными ошибками приводит к существенному изменению структуры ДН. Изменения эти тем сильнее, чем короче волна. Если количество щитов с большими ощибками велико и преобладают ошибки одного знака, может происходить общий сдвиг ДН по углу места. Радиальные ошибки также влияют на структуру ДН, но существенно слабее, чем угломестные. Ошибки установки отражающих элементов в расчетное положение приводят не только к искажению структуры ДН, но и к падению усиления антенны.

Рис.5.  Кривые прохождения точечного источника 3С84(0316+41) на волне 7.6 см. через горизонтальные сечения ДН по наблюдениям в октябре 2001 г. (черные линии) и соответствующие им расчетные горизонтальные сечения ДН без учета (красные линии) и с учетом (синие линии) ошибок в установках отражающих элементов главного зеркала по углу места и по радиусу.В качестве последних использовались разности мест нулей по углу места и радиусу между автоколлимационными юстировками в марте 2002 г. и в апреле 2001 г.

      Проведено моделирование прохождения протяженного источника через расчетную двумерную ДН РАТАН-600 и сравнение результатов моделирования с реальными записями прохождения Луны через ДН. Делались свертки расчетной ДН с равномерным диском угловых размеров Луны. На коротких волнах ( 1.38, 2.7, 3.9 см) моделировался фон рассеяния, связанный со случайными ошибками установки щитов. Он задавался двумерной гауссианой, полуширины которой в горизонтальной и вертикальной плоскости определяются шириной щита и эффективным вертикальным размером щита соответственно. На длинах волн   > 7.6 см случайные ошибки не влияют на форму кривой прохождения. На этих волнах сравнивались экспериментальные кривые прохождения Луны и свертки двумерной ДН с диском равномерной яркости угловых размеров Луны. На всех записях, за исключением тех, где доминируют шумы приемника, расчетные и экспериментальные кривые практически тождественны.

Рис.6.  Кривая прохождения Луны на волне  1.38 см (черная линия) и расчетные кривые, соответствующие значениям ошибок по радиусу = 0.8, 0.55, 0.31 мм (цветные линии).

Рис.7.  Кривые прохождения Луны чере ДН РАТАН-600 на волнах 1.38 - 47.6 см. (черные линии) и свертки двумерной расчетной ДН, с равномерным диском размеров Луны (красные линии).

      По опорным точечным источникам были измерены зависимости максимальных значений ДН в центральном сечении Fmax от величины поперечного выноса приемного рупора из фокуса антенны (так называемые аберрационные кривые). Видно, что на высотах < 80o расчетные кривые хорошо согласуются с результатами измерений. Расхождение в поведении расчетных и экспериментальных кривых на высоте 88o при очень больших выносах рупора из фокуса, возможно, связано с некорректной установкой рупоров на волну 1.38 см вдоль фокальной линии вторичного зеркала. Вероятно, нужны дополнительные измерения, чтобы уточнить полученные результаты.

Рис.8.  Аберрационные кривые Fmax( ), полученные из наблюдений опорных источников (квадраты) и расчитанные с учетом дифракционных эффектов (красные линии).

[1]  Есепкина Н.А., 1972, Астрофиз.исслед. (Изв. САО), N4, c.157.
[2]  Коржавин А.Н., 1979, Астрофиз.исслед. (Изв. САО), N11, c.170.