Методические указания к лабораторной работе Радиотелескоп МГТУ (2004) (1095359), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По этойтехнологии изготовлены десятки антенныхзеркалмиллиметровогоэкспериментальныхдиапазонаустановокдляМГТУидругих организаций.ВмаломэкспедиционномрадиотелескопеРТ-0,6(рис.4),предназначенном, главным образом, длянаблюдениясолнечныхмиллиметровыхРис.4.антеннаволнах,диаметром0,6затменийнаиспользуетсям,такжеизготовленная методом ротационного выдавливания в Институте радиотехники иэлектроники Российской академия наук (ИРЭ РАН).Большой интерес представляет технология изготовления малых антенн методомформированияотражающейповерхностидавлением(гидровытяжка).С1415использованием данной технологии возможно изготовление антенн различногодиаметра при незначительном изменении конструкции установки гидровытяжкипоказанной на рис.5.7123456Рисунок 5. Установка гидровытяжки антеннМежду кольцом 1 и резервуаром 4 зажат плоский лист металла 2 толщинойпорядка 2 мм.
В резервуар под давление до 10 атмосфер через отверстие 5 подаетсяжидкость 3. Нижняя часть резервуара ограничивает стальная плита 6, которая способнавыдерживать максимальное давление жидкости без деформаций. В зависимости отдавления жидкости кривизна металлического листа 2 изменяется (на рис.4 пунктирнаялиния) и контролируется специально установленным индикатором 7. При низкомдавлении жидкости кривизна соответствует уравнению «цепной линии», при высокомдавлении – уравнению окружности.
Связь между давлением жидкости и кривизнойповерхности может быть представлена виде таблиц, по которым контролируетсяпроцесс изготовления отражающей поверхности антенны. В качестве жидкостииспользуемой в установке служит жидкое машинное масло или водная эмульсия, всостав которой обязательно входит реагент против ржавчины.
Алюминиевый сплавАД1м,обладающийдостаточнойпластичностью,позволяетформироватькороткофокусные зеркальные поверхности диаметров 300 и 500 мм хорошего качества.На заключительном этапе изготовления отражающей поверхности при необходимостикрая зеркала формируются для придания ему формы параболоида.1516ПРИЕМНАЯ АППАРАТУРЕ РАДИОТЕЛЕСКОПАНа антеннах радиотелескопа используется приемная аппаратура диапазонаλ=2…3,5 мм.
На протяжении длительного периода ее эксплуатации это былирадиометрические приемники, работающие в одном из участков указанного диапазона.В зависимости от программы и методики наблюдений, наблюдаемого объекта,поставленной задачи приемники разрабатывались для режима широкополосных испектральныхнаблюдений,использовалисьразличныетипымодуляцииидиаграммного сканирования [8]. Кроме того, ряд элементов приемников этогодиапазона серийно не выпускается. В составе приемников входили оригинальные узлы,разработанные в МГТУ, описанные там же. Круглогодичная, в различных погодныхусловиях эксплуатация аппаратуры на антенне представляет значительные трудности.Приемная аппаратура радиотелескопа непрерывно совершенствуется в направленииповышения ее чувствительности и эксплуатационной надежности.Теоретически,наибольшейчувствительностьюобладаеткомпенсационныйрадиометр [9,10,11].
Однако практически реализация его чувствительность встречаетбольшие трудности. Сигнал, поступающий на вход приемника радиометра, соизмеримс его уровнем шума, и поэтому для его регистрации требуется большое усиление.Коэффициент усиления любых приемников – величина нестабильная. Поэтому приизменении выходного уровня радиометра трудно понять, чем он вызван входнымсигналомилиизменениемкоэффициентаусиления.Эффектнестабильностикоэффициента усиления может быть сильно уменьшен, если вход приемниканепрерывно переключать с антенны на эталонный источник шумового сигнала.
Частотапереключений должна быть такой, чтобы коэффициент усиления не мог измениться втечение одного периода. На рис.6 приведена структурная схема традиционногомодуляционного радиометра. Такие схемы получили широкое распространение иназываются радиометрами с «неполным приемом». Под «неполным приемом»понимают то, что приемник не все время наблюдений направлен на объект, половинуили часть времени в приемник поступает калибровочный сигнал.
За счет этогочувствительность такого радиометра оказывается меньше в γ раз, чем идеальногокомпенсационного.Однакоприпрактическойреализациичувствительностьоказывается выше. Для реальных модуляционных радиометров, у которых половинавремени занята калибровкой методический коэффициент γ=2…3. Радиометрыустановленные на антенне РТ-7,5 являются модуляционными.1617ГенераторопорнойчастотыТАМодуляторВысокочастотнаячасть приемникаДетекторУсилительчастотымодуляцииСинхронныйдетекторТэквИнтеграторРегистрирующееустройствоРис.6Особенностьюрадиометрическихприемниковкоротковолновойчастимиллиметрового диапазона до последнего времени являлось отсутствие усилителейэтогодиапазона.радиотелескопеПоэтомуустановленнавходесмеситель,всехприемниковпонижающийэксплуатируемыхвходнуючастотунадопромежуточной частоты, на которой и происходит основное усиление. Смесительпредставляет конструкцию, собранную на арсенид-галлиевых ДБШ с балочнымивыводами, построенную по балансной схеме, которая имеют преимущества посравнению с однодиодным смесителям [10,11].
Усилители промежуточной частоты(УПЧ) выбираются из условий получения минимальной шумовой температуры,максимальной полосы и коэффициента усиления достаточного для регистрациисобственных шумов приемника. Рабочая частота УПЧ должна быть достаточнобольшой, что позволяет уменьшить шумы, вносимые гетеродином.Двухдиапазонный приемник. Приемник установленный в настоящее время навосточной антенне является модуляционным и состоит из двух идентичныхсупергетеродинных каналов с частотами гетеродинов 94 и 140 ГГц [12,13]. Схемарасположения основных узлов приемника в помещениях лаборатории Радиотелескопапоказана на рис.7.1718Рис.
7.Каждый канал это самостоятельный приемник, на входе которого установленрупорный облучатель. За облучателем в приемных трактах следуют волноводные pinдиодные модуляторы, ферритовые вентили и балансные смесители на диодах сбарьером Шотки с балочными выводами. Предварительные усилители промежуточнойчастоты конструктивно объединены в одном со смесителями корпусе. Онивыполняются на малошумящих полевых транзисторах и обеспечивают коэффициентусиления около 25 дБ. Это приводит к малой зависимости шумовой температурыприемников от последующих каскадов. Полоса частот УПЧ составляет не менее 500МГц, общее усиление около 60 дБ. Принимаются верхние и нижние боковые полосы.Гетеродины приемников построены на диодах Гана и выходными фланцаминепосредственно подключены к гетеродинным входам смесителей. Выходные каскадыУПЧ на биполярных СВЧ транзисторах оканчиваются квадратичными детекторами.
Свыхода квадратичного сигналы поступают на низкочастотную плату, расположенную вкорпусе радиометра, где усиливаются предварительными усилителями частотымодуляции, проходят через синхронный фильтр, интегратор, усилитель постоянного1819тока. Усиленные выходные сигналы по кабелю (~ 12 метров) транслируются в пилонрадиотелескопа и поступают на вход многоканального АЦП и далее на пультуправления радиотелескопа. Флуктуационная чувствительность приемников составляет0,1 К и 0,5 К соответственно для =3,2 и 2,2 мм.Приемникустановленвовторичномфокусеантеннынаспециальнооборудованной площадке жестко соединенной с каркасом и центральной втулкойзеркала.
Со стороны центральной втулки приемник защищен радиопрозразным окном,а другой стороны закрыт влагонепроницаемым кожухом.При разработке многодиапазонных приемников миллиметрового диапазона длинволн возникает вопрос о способе разделения частотных каналов. С точки зренияобеспечения минимальных потерь явное преимущество здесь имеют квазиоптическиеметоды с применением гауссовых пучков. Единственным способом, обеспечивающиммалые потери и позволяющим разделить электромагнитную волну в пространстве нанесколько лучей, каждый из которых содержит сигнал, относящийся к определенномучастотному диапазону, является применение частотно-избирательных поверхностей(ЧИП).
Для двухканального приемника радиотелескопа РТ-7,5 была разработана ирассчитана квазиоптическая система разделения каналов 2,2 и 3,2 мм (рис.8).Рупор канала 3,3 ммaЧИПотр=2,2 ммЛинзаbОтконтррефлектораВторичныйфокусЗеркалоРупор канала 2,2 ммcРис.8. Схема квазиоптической системы разделения каналовНа входе каждого приемника используется скалярный рупорный облучатель скруглой апертурой с круглой апертурой, заканчивающейся чебышевским переходом напрямоугольный волновод сечением 1,2х2,4 мм или 0,8х1,6 мм. Специальнооформленная внутренняя поверхность позволяет получить гауссов пучок с малым1920уровнем боковых лепестков.
На рис.9 показан общий вид облучателя на λ=3,2 мм, арис.10 снятая экспериментально его диаграмма направленности.Рис.9.03.5710.5Vi 2xm214sc scVVi 4xm4sc scV17.52124.52831.53501.534.567.59 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27 28.5 30Vi 0Рис.10.Облучатели обоих диапазонов имеют диаграммы направленности одинаковойширины. С помощью кварцевой линзы ширина пучков согласуется с диаметромконтррефлектора при уровне сигнала -13 дБ на его краю. Частотное разделениеосуществляется с помощью ЧИП нормального типа, отражающей волну 2,2 мм ипропускающей волну 3,2 мм. Нормаль к ЧИП образует угол 300 с оптической осьюантенны. Расстояния a, b и c связаны соотношением a = b+c (рис.8).2021АнализпозволяющейЧИПосуществлялсяпроизводитьрасчетспомощьюзависимостикомпьютернойкоэффициентовпрограммы,отраженияипрохождения, а также их фаз от частоты для заданной геометрии рассеивающихэлементов ЧИП и параметров ее подложки [14].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
