Одиночная антенна
Cтраница 4
Это обстоятельство подчас вызывает довольно значительные изменения в диаграммах направленности антенн по сравнению с диаграммами, рассчитанными или снятыми для монохроматического сигнала. Для одиночных антенн этими изменениями обычно можно пренебречь; они сказываются в системах из двух или более разнесенных элементов и у очень больших одиночных антенн. Особенностью расчета диаграмм направленности в этом случае является необходимость оперировать не с напряжениями, снимаемыми с отдельных элементов, а со значениями средней мощности за время наблюдения, исчисляемое обычно секундами. Поэтому, говоря в дальнейшем о диаграммах направленности радиотелескопов, мы всюду будем подразумевать диаграммы по мощности, пропорциональные коэффициенту направленного действия ( К. [46]
Таким образом, при движении источника по небесной сфере отклик интерферометра F изменяется от О до V2, как видно для источников на рис. 1.66. Отклик модулируется диаграммой направленности антенн, и его максимум направлен по меридиану. Косинусная функция в уравнении (1.12) представляет собой Фурье-компоненту яркости источника, на которую откликается интерферометр. Использование интерферометра вместо одиночной антенны приводит к соответствующему увеличению в точности измерения времени прохождения источника. [48]
Отклик одиночной антенны или интерферометра может быть выражен через свертку. Рассмотрим для начала отклик одиночной антенны и приемник, измеряющий принятую мощность. На рис. 2.5 показана приемная диаграмма направленности антенны по мощности А ( в) в виде графика в полярных координатах эффективной площади антенны как функции углового расстояния относительно оси главного лепестка. На рисунке также показан одномерный профиль интенсивности источника Д (), определяемый формулой (1.9), где в измеряется относительно центра или номинального положения источника. Выходная мощность в полосе частот Д / элемента dO источника, равна ( 1 / 2) Дь А ( 9 - 0) 7i ( 0) d0, где коэффициент 1 / 2 учитывает способность антенны принимать только одну из компонент не поляризованного излучения. [49]
При приближении р к единице выражение (8.3) становится произведением гауссовых функций для х и у - ж; последняя имеет стандартное отклонение сг / 1 - р2, стремящееся к нулю. Для автокорреляторов, работающих с одиночными антеннами, измеряемой величиной является функция автокорреляции ( v ( t) v ( t - т)), где v - принимаемый сигнал. [50]
 |
Апертурный синтез. [51] |
Но собирающая площадь этих устройств сравнительно мала, и это делает их непригодными для исследований, требующих высокой чувствительности, там, где критическим фактором является минимальный поток радиоизлучения, который система может зарегистрировать. Интерферометр был использован так, чтобы не только достичь углового разрешения, свойственного очень большой одиночной антенне, но и приблизиться к ней по чувствительности. Если можно было бы измерить волновые фронты, принимаемые этими площадками, с помощью размещаемого в них поочередно небольшого радиотелескопа соответствующей площади и сложить полученные сигналы точно по фазе, то результат был бы таким же, как и для всей апертуры. [52]
Расположение антенн друг над другом приводит к сужению диаграммы направленности антенной системы в вертикальной плоскости. Если же антенны расположены в горизонтальной плоскости, то уменьшается ширина диаграммы направленности антенной системы в горизонтальной плоскости. II, наконец, если антенная решетка содержит антенны, расположенные и по вертикали и по горизонтали, то результирующая диаграмма направленности антенной системы является более узкой в обеих плоскостях по сравнению с диаграммой одиночной антенны. [53]
Фурье, укладывающейся в пределах этой диаграммы. Мощность на выходе антенны дает нам амплитуду данной гармоники, меняющуюся со временем в зависимости от проходящих через диаграмму интерферометра дискретных и распределенных источников. Повторяя изо дня в день такие измерения при разных базах интерферометра, можно получить амплитуды достаточного числа гармоник ряда Фурье, позволяющих построить картину распределения яр-костной температуры в пределах ленты, вырезаемой диаграммой направленности одиночной антенны на небесном своде при вращении последнего. Такой метод радиоастрономического исследования определенных участков неба носит название апертурного синтеза. Этот синтез может проводиться и по двум координатам, если применить два интерферометра со взаимно перпендикулярными базами. [54]
Спектральные линии могут также наблюдаться в поглощении, особенно в случае линии нейтрального водорода. На частоте линии газ поглощает непрерывное излучение от любого, наблюдаемого сквозь него, более удаленного источника. Сравнение спектров излучения и поглощения нейтрального водорода дает информацию о его температуре и плотности. Измерения спектров поглощения источников могут быть выполнены на одиночных антеннах, но в этом случае антенной регистрируется широко распределенное излучение газа в пределах ее диаграммы направленности. [56]
 |
Компоненты сигналов на входе коррелятора, используемые при рассмотрении. [57] |
Помехи уменьшают измеренную корреляцию. В системах с автоматической компенсацией уровня ( АКУ) уменьшение корреляции может интерпретироваться как результат уменьшения коэффициента усиления системы, вызванного увеличением мощности при поступлении помехи. Ошибка, вносимая в корреляционные измерения, следовательно, скорее мультипликативная, чем аддитивная. Помеха является причиной аддитивных ошибок при наблюдениях на одиночных антеннах или решетках с достаточно короткими базами, когда отклик детектора или коррелятора напрямую зависит от сигнала помехи. В принципе, изменения эффективного усиления могут отслеживаться при использовании калибровочного сигнала, что рассматривалось в разд. Однако калибровка может быть затруднена при помехе с быстро меняющимся уровнем. Поэтому пороговый уровень помехи должен быть определен достаточно малым, чтобы внесенные ошибки не приводили к существенному ухудшению точности измерений. [58]
Он может быть получен из случающихся время от времени дополнительных измерений на антеннах, а результаты могут быть проинтерполированы во времени. Для сильных источников лучшим методом является расчет автокорреляционного спектра мощности источника с использованием автокорреляционных функций для данных, полученных на каждой антенне. Амплитуда отдельной спектральной особенности обратно пропорциональна величине SEFD. Если необходима большая чувствительность, тогда каждый измеренный спектр может быть сопоставлен со спектральным шаблоном, полученным из общего усреднения всех данных одиночных антенн или из спектра, полученного на наиболее чувствительной антенне решетки. Неудобство данного метода состоит в том, что только в редких экспериментах оказывается возможным измерять характеристики полосы пропускания настолько часто, чтобы гарантировать достаточную точность вычитания подложки для слабых источников. [59]
Осцилляции полосы пропускания, возникающие из-за наличия стоячих волн между облучателем и отражателем антенны и являющиеся серьезной проблемой для систем одиночных антенн полной мощности, значительно менее важны для интерферометров. Это происходит потому, что инструментальный шум, включая собранный боковыми лепестками тепловой шум, не коррелирован между антеннами. С другой стороны, для цифровых корреляторов осцилляции в полосе пропускания, возникающие из-за явления Гиббса в преобразовании Фурье от задержек к частотам, представляют проблему, отсутствующую в автокорреляторах. Поскольку кросс-корреляция сигналов от двух антенн является действительной, но не симметричной функцией задержки, кросс-корреляционный спектр мощности является комплексной функцией частоты. Автокорреляционная функция сигнала от одиночной антенны - действительная и симметричная, и автокорреляционный спектр мощности - действительная функция. Как объясняется в разд. Из-за этого значительного разрыва по частоте в начале координат, осцилляции мнимой части спектра по частоте имеют большую относительную амплитуду, чем осцилляции действительной части. На рис. 10.6 показан рассчитанный пример. [60]
Страницы: 1 2 3 4 5