Home page
      [English] [Russian]

Диаграмма направленности
и поляризационные характеристики РАТАН-600

Е.К. Майорова, САО РАН

Приводятся результаты расчетов элементов матрицы Мюллера радиотелескопа РАТАН-600, связывающих параметры Стокса на входе и выходе антенны радиотелескопа. Расчет проводится с учетом дифракционных эффектов в пространстве между главным и вторичным зеркалами, а таже конечной ширины кольца главного зеркала. Даны оценки доли линейной и круговой паразитной поляризаций от антенны при прохождении через ее диаграмму направленности протяженных источников.

      Расчет элементов матрицы Мюллера осуществлялся по формулам  [1]:

где - диаграммы направленности  (ДН) основной и кросс-поляризаций при вертикальной поляризации поля облучателя и     - диаграммы направленности основной и кросс-поляризаций при горизонтальной поляризациях поля облучателя.
     Матричный элемент    характеризует мощностную ДН радиотелескопа для неполяризованного излучения, элемент   - ДН паразитной круговой поляризации, элемент  - изменение позиционного угла линейно поляризованного излучения. Расчеты проводились апертурным методом, исходя из распределения поля в раскрыве главного зеркала. Компоненты основных и кросс - поляризационных составляющих электрического вектора в вертикальном раскрыве главного зеркала рассчитывались в приближении дифракции Френеля. Распределение поля в вертикальном раскрыве вторичного зеркала рассчитывалось в приближении геометрической оптики, исходя из ДН первичных облучателей  (рупоров)  по программе Коржавина А.Н. [2].

Рис.1.  ДН РАТАН-600 () и двумерные матричные элементы () и () на волне 32 см, рассчитанные в приближении геометрической оптики - (a) и в приближении дифракции Френеля - (b) для разных высот источников h.

      Точность  расчетов  проверялась  путем  сравнения  экспериментальных  и расчетных зависимостей максимумов   ДН    () в различных горизонтальных сечениях от величины выноса этих сечений по высоте относительно центрального сечения. Экспериментальные зависимости получены с помощью наблюдений точечных опорных источников в режиме прохождения их через неподвижную ДН радиотелескопа. Наблюдения проводились для различных высот источников при сфокусированной антенне и при наличие аберраций в антенне. При наблюдении точечного источника  1830-211 (h=25o) первичный облучатель на волну  7.6 см находился в фокусе антенны, первичный облучатель на волну  3.9 см имел поперечный вынос из фокуса по каретке на 7.8 

Рис.2.  Максимумы   ДН   в различных  горизонтальных  сечениях на волне 7.6 см - (a) и на волне 3.9 см - (b).  Кривые 1 расссчитаны в приближении дифракции Френеля, кривые 2 - в приближении геометрической оптики, треугольниками обозначены экспериментальные точки, полученные из наблюдений точечного источника  1830-211 (h=25o) при прохождении его через ДН РАТАН-600.

      Расчеты, проведенные с учетом дифракционных эффектов, а также более корректный учет вертикального размера отражающих элементов главного зеркала, позволили уточнить форму ДН РАТАН-600 как в интенсивности так и в поляризации. Мощностные ДН радиотелескопа и элементы матрицы Мюллера, рассчитанные с учетом этих эффектов оказываются менее протяженными в вертикальной плоскости, чем ДН, рассчитанные в приближении геометрической оптики. Уменьшение телесного угла ДН оказалось тем значительнее, чем меньше высота источника и чем длиннее волна. Отсюда следует, что на длинных волнах влияние путаницы (confusion) будет гораздо слабее, чем предполагалось ранее. Учет дифракционных эффектов приводит также к сужению безаберрационной зоны антенны вблизи зенита и к некоторому нарушению антисимметрии элемента относительно центрального сечения (максимумы элемента в верхней и нижней полуплоскости отличаются по абсолютной величине).

Рис.3. Аберрационные кривые на волне  1 см и высоте источника h=90o. Сплошные линии - приближение дифракции Френеля, пунктирные - приближение геометрической оптики.

     Доля паразитной поляризации от антенны    при прохождении через ее ДН протяженного источника рассчитывалась как отношение максимального значения свертки элемента  c гауссианой к максимальному значению свертки элемента  с гауссианой тех же размеров. Расчеты проводились для симметричных в Е- и Н- плоскостях ДН рупоров и для ДН рупоров с некоторой долей асимметрии. Расчеты в диапазоне длин волн  =1 32 см показали, что при симметричных ДН рупоров доля круговой поразитной поляризаций не превысит 35%, доля линейной паразитной поляризации - 4% даже при значительных поперечных выносах приемного рупора из фокуса антенны. Оценена доля паразитной линейной поляризации, связанная с асимметрией ДН рупоров в Е- и Н- плоскостях. Расчеты показали, что доля линейной паразитной полярqизации от антенны на волне 1 см при исследованиях флуктуаций реликтового фона на РАТАН-600 (эксперимент "Cosmological gene") не превысит 1% даже при достаточно больших выносах первичных облучателей из фокуса (вплоть до 1.5 м), если асимметрия ДН рупоров не превысит 10%.

Рис.4.  Максимальные значения элементов и на волне  32 см в зависимости от высоты источника. Сплошная линия соответствует в верхней полуплоскости, пунктирная - в нижней полуплоскости.

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