Раби метод




НазваниеРаби метод
страница4/19
Дата конвертации30.11.2012
Размер2.27 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
РАДИОТЕЛЕСКОП, устройство для приёма и измерения радиоизлучения косм. объектов в диапазоне от декаметровых до миллиметровых длин волн (в пределах «окна прозрачности» земной атмосферы для радиоволн). Измерения на более длинных волнах производят из космоса. Р. состоит из антенны и измерителя малых мощно­стей — радиометра (рис.). Радио­метр усиливает принятое антенной в рабочей полосе частот f излучение и преобразует его в форму, удобную для дальнейшей обработки и регист­рации: анализа поляризации косм. радиоизлучения, частотных особен­ностей (спектр), временных хар-к (им­пульсное излучение). Фиксируемая Р. плотность потока радиоизлучения во многих случаях составляет ничтож­ную величину ~1 мЯн, т. е. 10-29 Вт/(м2Гц).

Важным параметром Р. явл. шу­мовая температура Тш, характери­зующая суммарную мощность Р излучения радиометра и излучения, собира­емого антенной от земли и наземных источников, от атмосферы, ионосферы и из косм. пространства (P=kTшf).



Рис. Схематич. изображение ра­диотелескопа: А— зеркало антенны; R — кабина ра­диометра;D1 и D2 — диаграммы направленности антенны и облуча­теля антенны; L — поворотное устройство радио­телескопа; S —ис­точник косм. ра­диоизлучения; ft— падающее на зер­кало излучение.


Это излучение явл. шумовым фоном, из к-рого выделяют сигнал от иссле­дуемого косм. объекта. Р. способен зарегистрировать сигнал, мощность к-рого превышает суммарную мощ­ность шумов на величину, характе­ризуемую приращением антенной

темп-ры Tш=Tш/((f), где  — вре­мя накопления сигнала. Чувст­вительность Р. Tш во многом за­висит от шумовой темп-ры радио­метра, поэтому в Р. применяются малошумящие усилители: мазерные, параметрич. и транзисторные. Миним. темп-ру шумов (~10 К) имеют мазер­ные усилители, их применение сни­жает в отдельных случаях Tш до 15 К. Параметрич. усилители обес­печивают снижение Тш до 80—100 К, а в охлаждаемых устройствах до 50 К, Транзисторные усилители успешно ра­ботают в сантиметровом и децимет­ровом диапазонах, их шумовые темп-ры при охлаждении усилителя до 20 К равны 15—35 К. Качество Р., кроме чувствительности, определяется также угловым разрешением — шириной главного лепестка диаграммы направ­ленности антенны a=/d, где — рабочая длина волны P., d — размер. апертуры (раскрыва) антенны. Т. к. радиоволны на много порядков длин­нее оптических, то угловое разреше­ние даже самого крупного Р. не пре­вышает углового разрешения невоору­жённого глаза.

Для оптимизации параметров Р. (чувствительности, разрешающей спо­собности) созданы два класса Р.— с 1 полной апертурой и с не­заполненной апертурой. Р. с полной апертурой собирают энер­гию со всей геом. площади антенны. К таким антеннам относятся зеркаль­ные антенны и антенные решётки, со­стоящие из диполей.

Наиболее распространены Р. с зеркальными антеннами параболи­ческой формы (диаметром до 100 м), собирающими параллельный пу­чок падающих на антенну лучей в фокус, где располагается об-

610


лучатель антенны. Такие Р. позво­ляют осуществлять приём космиче­ского радиоизлучения вплоть до сан­тиметровых и даже миллиметро­вых волн.

В отличие от параболоида, сферич. зеркало собирает энергию в опреде­лённом объёме (из-за сферич. абер­рации), и для фокусировки излучения в одну точку применяют вторичное зеркало. Преимущество сферич. зер­кала заключается в том, что оно может быть неподвижным, следовательно, более точным. Перестановка же Р. в заданное направление осуществ­ляется перемещением вторичного зер­кала с облучателем, т. е. использо­ванием для работы разл. участков сферического зеркала.

Частным случаем зеркальной ан­тенны является перископическая си­стема с усечённым параболич. или сферич. зеркалом и плоским переот­ражающим зеркалом. По углу места антенна устанавливается при помощи плоского зеркала, а в азимутальном направлении — передвижением облу­чателя. К Р. этого типа относится РАТАН-600, крупнейший сов. Р., установленный близ станицы Зеленчукская на Кавказе. Он состоит из 900 отражателей размером 7,4X2 м, установленных по кольцу диаметром 588 м. Каждый из щитов-отражателей передвигается т. о., чтобы падающее на него излучение радиоисточника отражалось синфазно в фокальную точку Р.

Оптимальное соотношение чувстви­тельности и углового разрешения было найдено в инструментах с неполной апертурой. Простейшим инструментом данного типа явл. радиоинтерферо­метр, антенна к-рого состоит из двух небольших элементов — антенн, раз­несённых на большое расстояние друг от друга и соединённых между собой высокочастотным кабелем. Радиоин­терферометр имеет многолепестковую диаграмму направленности. Ширина лепестка определяется расстоянием В между антеннами, от него зависит и угловое разрешение инструмента и=/B. В отличие от обычного Р., интерферометр измеряет не яркостную температуру той или иной части (точки) объекта, а одну из гармоник в спектре пространственных частот распределения радиояркости. Номер гармоники, измеряемой интерферометром, определяется длиной базы В. Наблюдая источник на радиоинтер­ферометре, одна из антенн к-рого занимает последовательно разл. точки на большой площади (заполняет боль­шую апертуру), можно измерить весь спектр пространственных частот, ха­рактеризующих распределение радио­яркости объекта. Затем по данному спектру восстанавливается (обратным фурье-преобразованием) распределе­ние радиояркости объекта с угловым разрешением, соответствующим угловому разрешению Р. с аперту­рой, полученной синтезом последовательных измерений во всех её точках.

Инструменты апертурного синтеза получили широкое распространение, с их помощью достигнуто высокое раз­решение. Так, антенная решётка ра­диоинтерферометра в Нью-Мексико (США) имеет форму буквы Y и состо­ит из 27 полноповоротных параболич. антенн диаметром 25 м, длина двух плеч равна 21 км и третьего 19 км. Антенны могут передвигаться по спец. рельсовому пути. Р. работает на вол­нах 1,3; 2,6 и 18—21 см, угловое разрешение достигает 0,1", т. е. пре­вышает разрешение лучших оптич. телескопов. К этому классу Р. может быть отнесён и РАТАН-600. Изоб­ражение объекта может быть синте­зировано из его последовательных наблюдений в разных азимутах.

Особое место занимает радиоинтер­ферометрия со сверхдлинными база­ми, или независимая радиоинтерфе­рометрия (РСДБ). Сигналы, приня­тые на двух далеко разнесённых ан­теннах, могут быть после преобра­зования (понижения частоты) запи­саны на лентах. Для синхронизации записей на обоих пунктах одновремен­но на лентах записываются маркёры времени. Преобразование и синхро­низация записей проводятся при по­мощи сигналов от атомных стандар­тов частоты. Далее записи считыва­ются на вычислит. центре и перемно­жаются — выделяется коррелирован­ный сигнал, соответствующий интен­сивности к.-л. гармоники распреде­ления яркости исследуемого объекта. Элементы интерферометра физически не связаны между собой и длина базы может быть сделана сколь угодно большой.

В условиях Земли угловое разреше­ние интерферометров достигает 10-4 секунды дуги.

Исторически первым Р. может быть назван инструмент, построенный К. Янским (США, 1931) для изучения гро­зовых помех на волне 4,6 м. Его антенна состояла из синфазно соеди­нённых полуволновых диполей. При помощи этого инструмента было об­наружено излучение Млечного Пути. Первый спец. Р. был создан Г. Ребером (США) в кон. 30-х гг. Р. имел зеркальную параболич. антенну диа­метром 9,5 м и радиометры на волны трёх длин: 9, 33 и 187 см. Ребером были получены первые радиокарты неба и обнаружено радиоизлучение Солнца. Фактически радиоастрономия как на­ука сформировалась после 2-й ми­ровой войны, когда на основе радио­локаторов были созданы достаточно совершенные Р. и разработаны методы приёма слабых радиосигналов. Угло­вое разрешение первых Р. было не­достаточным и его повысили простым способом — наблюдением косм. радио­источников, восходящих над поверх­ностью моря. Прямой и отражённый от поверхности моря сигналы интер­ферируют, образуя интерференц. минимумы и максимумы. Р. как бы отражается в зеркале моря, и инст­румент оказывается состоящим из двух далеко разнесённых антенн, расстоя­ние между к-рыми и определяет уг­ловое разрешение. Не менее эффек­тивным оказался метод покрытий. В момент покрытия радиоисточника Луной возникает дифракция на краю Луны, по дифракционной картине можно судить об угловом размере источника. Ширина дифракц. лепест­ков, определяющая разрешение Р., в этом методе =/D, где D рас­стояние до Луны. На метровых вол­нах этот метод позволяет получить разрешение порядка неск. десятков секунд. Значительно более высокое разрешение было получено методом мерцаний. Сигнал от радиоисточника, проходя через неоднородности косм. среды (движущиеся облака ионизо­ванного газа ионосферы, межпланет­ной и межзвёздной среды), искажа­ется, в результате на поверхности Земли наблюдается «бегущая» дифракц. картина, источник мерцает. Величина мерцаний зависит от от­носит. угловых размеров облаков и источника, а характерное время мер­цаний — от скорости этих облаков. Угловое разрешение на ионосферных неоднородностях составляет неск. уг­ловых минут, на межпланетных ~0,3—0,05", на межзвёздных ~10-6 секунды дуги.

Современные Р. позволили не толь­ко обнаружить тысячи косм. радио­источников (Солнце, планеты, нейт­ронные звёзды, пульсары, мазерные источники в галактич. туманностях, галактики, квазары), но и исследо­вать их тонкую радиоструктуру. В ра­диодиапазоне были открыты спект­ральные линии многих хим. элемен­тов, неорганич. и сложных органич. молекул, что позволило приоткрыть завесу над процессами образования звёзд и планетных систем. Открытие микроволнового фонового излучения (т. н. реликтового излучения) в диа­пазоне длин волн от 102 до 10-2 см явилось важным подтверждением мо­дели «горячей Вселенной» (см. Кос­мология).

•Матвеенко Л. И., Радиоастроно­мия, в кн.: Итоги науки и техники. Сер. Астрономия, т. 13, М., 1977; Есепкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н., Радиотелескопы и радио­метры, М., 1973.

Л. И. Матвеенко.

РАДИОФИЗИКА, раздел физики, охва­тывающий изучение и использова­ние эл.-магн. колебаний и волн ра­диодиапазона, а также распростра­нение развитых при этом принципов и методов в др. области физики и за её пределы. На шкале электромагнит­ных волн радиодиапазон занимает ин­тервал частот от 104 до 1010 Гц (см. Радиоволны), и первоначально радиофиз. исследования придерживались этих границ. В зарубежной лит-ре

611


такому представлению о Р. ограни­ченно соответствует термин «радио­наука» (Radioscience). Co временем, однако, методы Р. проникли и в др. диапазоны частот от очень низких частот (ОНЧ) до -излучения, а также в область исследований волновых про­цессов не эл.-магн. природы (напр., в акустику).

Р. сформировалась в 30—40-е гг. благодаря бурному развитию радио­техники, радиосвязи, радио- и теле­вещания и др. Появление радиоло­кации и радионавигации потребовало освоения новых диапазонов частот и разработки общих физ. принципов генерации, излучения, распростране­ния и приёма радиоволн, модуляции и кодирования радиосигналов и т. д. В СССР развитие Р. связано с име­нами Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и созданной ими школы.

На первом этапе развитие Р. опи­ралось на общую теорию колебаний и волн, физ. электронику и электро­динамику. Теория колебаний создала матем. аппарат, позволяющий иссле­довать и управлять процессами в ко­лебат. системах (см. Колебаний и волн теория). Важную роль сыграли ис­следования нелинейных колебаний и особенно автоколебаний, лежащие в основе работы большинства генера­торов эл.-магн. колебаний радиодиа­пазона.

Быстродействие, простота управле­ния, высокие кпд, перекрытие всех диапазонов частот и мощностей, вы­сокая чувствительность, избиратель­ность и низкий уровень шумов и др. требования, предъявляемые к разл. радиотехнич. устройствам, могут быть удовлетворены только с привлечением разнообразных физ. явлений в газах и конденсированных средах. Поэтому радиофиз. исследованиям сопутство­вали, а иногда предшествовали: ас-следование электронной и ионной эмиссии (см. Эмиссионная электрони­ка), разработка методов управления движением заряженных ч-ц (см. Элект­ронная оптика), исследование вз-ствия эл.-магн. полей с электронными по­токами, с газоразрядной плазмой и электронно-дырочной плазмой в тв. теле (см. Плазма твёрдых тел), из­учение невзаимных хар-к ферритов и т. п. В результате развития пред­ставлений об автофазировке и авто­группировке эл-нов, о самосогласо­ванном синхронном вз-ствии частиц и эл.-магн. полей вместо вакуумных диодов, триодов и т. п. в коротко­волновых диапазонах появились такие приборы, как клистрон, магнетрон, лампа бегущей волны, лампа обратной волны и др.

Электродинамика, в основном опи­рающаяся на Максвелла уравнения в линейных средах, обеспечила пони­мание процессов излучения, распро­странения и приёма радиоволн. Это позволило создать разл. элементы радиотехнич. аппаратуры как в длин­новолновых диапазонах (системы с сосредоточенными параметрами — ко­лебат. контуры, фильтры, трансфор­маторы и т. п.), так и в коротковол­новых диапазонах, особенно на СВЧ, где практически все узлы — системы с распределёнными параметрами (ли­нии передачи, радиоволноводы, объ­ёмные резонаторы и т. п.). Создание множества типов антенн и расчёта трасс распространения радиоволн в атмосфере, земной коре, воде соста­вили содержание автономных раз­делов Р.

По мере развития Р. её методы стали проникать в др. области физики. В результате Р. как бы «разветвилась» на «физику для радио» и «радио для физики». Новые задачи, а также освоение диапазонов высоких частот привлекли в Р. идеи и методы из др. областей физики, в частности из оп­тики (линзы, зеркала, интерферо­метры, поляроиды и т. д.), что при­вело к появлению нового раздела Р.— квазиоптики (квазиоптич. линии пе­редачи, открытые резонаторы и т. п.). В свою очередь радиофиз. методы, развитые, напр., для сантиметрового диапазона длин волн, проникнув в оптику, заметно расширили её воз­можности, вызвав к жизни такие раз­делы, как волоконная оптика, голо­графия, интегральная оптика и т. п., так что и оптич. диапазон частот стал областью приложения методов Р. Иногда это поясняют термином «радиооптика».

В результате взаимных «обогаще­ний» с др. областями физики, с одной стороны, и обособления отд. разде­лов — с др. стороны, внутри Р. об­разовалось, кроме квазиоптики, и неск. др. важных «дочерних» направ­лений. В статистической радиофи­зике исследуются флуктуационные про­цессы в колебат. системах, стабиль­ность частоты генераторов, шумы уси­лителей, неравновесное излучение сре­ды в радиодиапазоне, распростране­ние волн в средах со случайными неоднородностями, разработка и при­менение методов корреляц. анализа сигналов и др. Квантовая Р. (квант. генераторы и усилители ра­дио- и оптич. диапазонов, см. Кван­товая электроника) смыкается с ко­герентной нелинейной оптикой. Ра­диоспектроскопия — совокупность тон­ких методов исследования спектров веществ в радиодиапазоне, позволя­ющих обнаружить присутствие ни­чтожных долей примесей (см. Ядерный магнитный резонанс, Электронный па­рамагнитный резонанс и др.). Радио­астрономия — приём и обработка сла­бых сигналов от косм. источников (спектральная плотность потока из­лучения до 10-30 Вт/м2 Гц), разра­ботка антенн и интерферометров с высокой направленностью и угловым разрешением до 10-3—10-4 угл. се­кунды (см. Радиотелескоп), исследование природы радиоизлучения косм. источниками (их распространения через косм. среду и т. п.). Содержа­ние микроэлектроники состоит в со­здании твердотельных приборов, ин­тегральных схем и т. п.

Т. о., Р. имеет сложную и сильно разветвлённую структуру и ясно вы­раженную тенденцию как дальней­шего проникновения в др. области естествознания (геофизику и гидро­физику, акустику, биофизику и др.), так и в др. области частот, мощностей и др. параметров, расширяющих традиц. сферы влияния Р. (релятивист­ская электроника больших мощно­стей, микроминиатюризация радиоап­паратуры, рентгеновская оптика).

А. В. Гапонов-Грехов, М. А. Миллер.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Раби метод iconФизика, 11 класс Гаврилов Андрей Владимирович, двггу
При решении задач, в которых необходимо провести расчет электрической цепи, наиболее часто используются следующие методы: метод свертывания,...

Раби метод iconКурс: 4 Тип: курсовая работа Прибыль и ее роль в рыночной экономике Содержание
Метод прямого счета, аналитический метод и метод совмещенного расчета

Раби метод icon16. Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона). Метод Ньютона (метод касательных или метод линеаризации)
Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона)

Раби метод icon1 Лангитюдний метод це: форма контролю вид контролю метод поздовжнього зрізу метод поперечного зрізу Правильный ответ: c 2
Який з термінів означає кількісні техніки, що базуються на об'єктив┐ному реєструванні дій піддослідного

Раби метод icon-
Взбранной Воеводе, Заступнице нашей, взирающе на первописанный образ Твой, хвалебное пение воспеваем Ти раби Твои, Богомати. Ты же,...

Раби метод iconВопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Анализ финансовой отчетности»
Методологическая основа финансового анализа: метод абсолютных, относительных и средних величин, метод сравнения, вертикальный анализ,...

Раби метод iconАкафист Пресвятой Богородице пред Ея иконой, именуемой «Всецарица»
Новоявленней Твоей иконе предстояще вернии умильно, воспеваем Ти, Всецарице, раби Твои; ниспосли цельбы к Тебе притекающим ныне рабом...

Раби метод iconЛекция 3 Образовательные технологии «Кейс-стади» и«Дебаты»
Метод case-study или метод конкретных ситуаций (от английского case – случай, ситуация) – метод активного проблемно-ситуационного...

Раби метод iconРаби Нахман из Браслава. Рассказы о необычайном По изд.: Рассказы о необычайном

Раби метод iconЛабораторная работа №1 Экспериментальная проверка основных законов токопрохождения
Цель работы – изучение основных методов расчета сложной линейной цепи при постоянном токе: метод контурных токов (мкт), метод узловых...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница