1 / 31

Матричная радиометрическая система для радиотелескопа РАТАН-600 МАРС-3 : пробные наблюдения

Матричная радиометрическая система для радиотелескопа РАТАН-600 МАРС-3 : пробные наблюдения. А.Б.Берлин, H.A. Нижельский, М.Г. Мингалиев, П.Г. Цыбулёв, Д.В.Кратов, Р.Ю. Удовицкий, В.В. Смирнов, О.М. Пилипенко.

mikel
Download Presentation

Матричная радиометрическая система для радиотелескопа РАТАН-600 МАРС-3 : пробные наблюдения

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Матричная радиометрическая система для радиотелескопа РАТАН-600 МАРС-3 : пробные наблюдения А.Б.Берлин, H.A.Нижельский, М.Г. Мингалиев, П.Г. Цыбулёв, Д.В.Кратов, Р.Ю. Удовицкий, В.В. Смирнов, О.М. Пилипенко.

  2. Радио телескоп РАТАН-600Диаметр главного зеркала 576 mЧисло элементов антенны 895Рабочий диапазон волн 1 - 50 cmМаксимальное угловое разрешение 2 угловые сек

  3. Матричная система установлена на специализированном вторичном зеркале №5, имеющем увеличенную безаберрационную зону

  4. Аберрационные кривые в фокальной области радиотелескопа. C- высота источника 90 град , B-высота источника 89 град.

  5. Разработана для аппаратурного обеспечения проекта «Генетический код Вселенной» (рук. акад. Ю.Н.Парийский) Этапы «МАРС-1» - «МАРС-2»- «МАРС-3» • «МАРС-1» (2001) - 1 радиометрический модуль, исследованный в схемах «Total power», радиометра сдобавлением шумов (РДШ), модуляционной (МОД) • «МАРС-2»(2003) - круглосуточно работающая более 3 лет 3-канальная система (МОД) с параметрами: Центральная частота 30 ГГц Полоса приема 4 ГГц Тсис = 220 К ( 6 мК/c1/2 каждыйканал) • «МАРС-3»(2007) - 16-канальная система (МОД) с полосами 5 ГГц, Тсис = 220К, 6 мК/c1/2

  6. Структурная схема 16-канальной матричной радиометрической системы «МАРС-3»

  7. Радиометрический модуль МАРС-3 с широкополосным (5 ГГц) модулятором

  8. «МАРС-3»Эскиз СВЧ блока • Входная часть: • Первичные облучатели • переходы с возможностью вращения на +-45о • волноводы или скрутки +-45о • повороты с ответвителями для калибровки • модуляторы (16 шт.) Радиометрические модули (16 шт.) на новой элементной базе

  9. СВЧ часть системы «МАРС-3»Входные тракты, модуляторы и приемные модули смонтированы на общей термостатируемой плите.

  10. От лаборатории к радиотелескопу • Калибровка по антенной температуре • Атмосферные проблемы и их решение • Асимметрия каналов • Шум 1/f

  11. Асимметрия каналов МАРС-3,обусловленная разбросом усиления радиометрических модулей(Луна)

  12. Шум 1/f

  13. 3C84

  14. DR21

  15. Выводы: • 1. Использование новых технологий и высокого уровня интеграции показало рентабельность построения матричных систем в фокальной плоскости РАТАН-600, который допускает увеличение числа элементов до 100 и более. • 2. В режиме прохождения радиоисточников через неподвижную диаграмму антенны можно в корень из Nраз повысить чувствительность радиотелескопа и в N раз сократить число дней для накопления сигнала от слабых объектов.

  16. Модернизация радиометров дециметрового диапазона РАТАН-600: проект «Октава»ПРОЕКТ «ОКТАВА»А.Б.Берлин С.-Пб филиал САО РАН Ю.Н.Парийский САО РАН М.Г.Мингалиев САО РАНН.А.Нижельский САО РАНП.Г.Цыбулев САО РАНГ.М.Тимофеева С.-Пб филиал САО РАНД.В.Кратов САО РАН

  17. ОБЛУЧАТЕЛЬ №1. КОМПЛЕКС РАДИОМЕТРОВ СПЛОШНОГО СПЕКТРА 2 FIG. 01 Облучатель № 1 РАТАН-600 FIG. 02 Заполнение фокальной линии облучателя № 1 Дальнейшее развитие комплекса невозможно без решения следующих проблем: ● помехозащищенность в условиях быстрой урбанизации ● минимизация объема сервисных операций и эксплуатационных затрат ● физическая перегрузка фокальной линии, нет места для новых частот приема ● нужно работать в двух линейных , либо в двух круговых поляризациях

  18. 4 ДЕЦИМЕТРОВЫЕ РАДИОМЕТРЫ FIG. 04Трехчастотный совмещенный первичный облучатель В.Н. Дикого FIG. 03«Теплые» (дециметровые) радиометры. Частоты и полосы ●Главное – выживание в условиях воздействия помех. ● Взаимозависимость размеров концентрических резонаторов совмещенного облучателя не позволяет перестроить любой радиометр на свободную от помех частоту.

  19. 5 ПОМЕХИ В ДЕЦИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ НА ПЛОЩАДКЕ РАТАН - 600 FIG. 05Результаты мониторинга помеховой обстановки в диапазоне 0,5 ÷ 3,0 ГГц Использовался Compact Receiver ESMC (Rohde & Schwarz) с добавочным входным МШУ WBA0235A (WanTcom, Inc)

  20. 6 СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ(антенна “ELEVEN”) • Антенна названа “ELEVEN” • потому, что: • базовая геометрия – это два • параллельных диполя, что напоминает цифру 11 • усиление антенны равно 11 dBi в полосе более декады (т.е.,11/1) • Фазовый центр антенны расположен при вершине пирамиды и его положение • слабо зависит от частоты. FIG. 06Антенна типа “Eleven”. Макет. Технологический Университет “Chalmers”, Гетеборг, Швеция. ● R.Olsson, P.-S. Kildal, S.Weinreb. The Eleven Antenna: A Compact Low-Profile Decade Bandwidth Dual Polarized Feed fo Reflector Antennas. IEEE Trans. on AP, v.54, No.2, p.368-375, Febr. 2006

  21. 7 FIG. 07 Courtesy of Per-Simon Kildal

  22. 8 FIG. 08 FIG. 08 Антенна ELEVEN для РАТАН - 600 Jian Yang and Per-Simon Kildal, Memo 20070319. Eleven Feed for RATAN Radio Telescope. Chalmers University of Technology.

  23. НОВЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ВХОДНОЙ БЛОК РАДИОМЕТРОВ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА. 143 FIG. 16.Полная блок-схема

  24. 15 ДАЛЬНЕЙШЕЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВХОДНЫХ БЛОКОВ FIG. 17 Первый этап апгрейда FIG. 18 Второй этап апгрейда ●Разработка специальных балансных МШУ позволит исключить 180° мосты ● Основная цель – практическая реализация низких шумов усилителей ● Проблема ввода в систему сигналов впрыска и калибровки может быть решена подсветкой входа облучателя через широкополосный излучатель ● Установка усилителей в каждое плечо первичного облучателя резко понизит вклад шумов (потерь) гибридных мостов ● Усилители должны иметь амплитудный и фазовый разбаланс не более 1.6 дБ и 13° FIG. 00 Второй этап апгрейда

  25. ВХОДНОЙ МШУ WBA0235A . ХАРАКТЕРИСТИКИ. 13 FIG. 14 МШУ: Фото и размеры FIG. 15 МШУ: Усиление и шумы

  26. 16 «ХОЛОДНЫЕ» (КРИОГЕННЫЕ САНТИМЕТРОВЫЕ) РАДИОМЕТРЫ FIG. 19. Криогенные (сантиметровые) радиометры. Частоты и полосы ● Все сказанное выше применимо и к санти- метровым радиометрам. ● Кроме того, вместо трех криостатов и МКС возможно использовать только один крио- стат с одной МКС и тем резко снизить затра- ты на оборудование и сервис. FIG. 20. Авторская концепция размещения антенны “ELEVEN” в криостате. ● И,наконец, появляется возможность реа- лизовать давнюю мечту радиометристов на пути к Идеальному Радиометру: охладить всю входную часть, включая первичныйоблучатель. R.Olsson, P.-S. Kildal, S.Weinreb. Decade bandwidth medium gain feed for single or dual reflector antennas. “28 th ESA Antenna Workshop On Space Antenna Systems and Technologies”. Courtesy of Ricard Olsson.

  27. Что уже сделано • Предложена и разработана концепция Проекта и подробное схемотехническое решение для сверхширокополосного входного блока (далее – LNB - Low Noise Block) [А.Берлин]. • Организована разработка и изготовление целевым назначением для РАТАН-600 сверхширокополосного первичного облучателя в рамках сотрудничества с Техническим Университетом Чалмерс, Гетеборг, Швеция, руководитель проф. Пер-Симон Килдал [А.Берлин]. • Выполнен поиск и подбор необходимых для LNB СВЧ-компонентов через Интернет. [А.Берлин]. • По состоянию на 1 Июля 2007г. поставка всех СВЧ-элементов LNB выполнена полностью [М.Мингалиев, Н.Нижельский, А.Берлин]. • Разрешена проблема метрики. Удалось получить сверхширокополосный свипп [Н.Нижельский], он проверен на РАТАНе [Д.Кратов], доставлен в Петербург. • Проведён полный контроль параметров всех комплектующих , по результатам измерений, была отработана их взаимная поканальная компоновка [Г.Тимофеева, А.Берлин, Д.Кратов].

  28. 18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложен проект «Октава», вносящий элемент креативности в рутинное поддержание жизнеспособности комплекса радиометров сплошного спектра Облучателя №1 РАТАН-600. На основе разработанного в Швеции сверхширокополосного облучателя типа “ELEVEN” и предлагаемого варианта сопряженного с ним сверхширокополосного малошумящего входного усилительного блока предлагается объединить по входу три радиометра децимет- рового диапазона (первый этап) и три криорадиометра сантиметро- вого диапазона (второй этап).

  29. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (продолжение) 19 В результате получим: ● высвобождение места на фокальной линии ● возможность работать в двух линейных или в двух круговых поляризациях ● возможность свободного выбора рабочей частоты на дециметрах с целью ухода от помех (в соответствии с результатами монито-ринга помеховой ситуации). ● возможность добавления новых рабочих частот в диапазонах входных блоков. ● возможность работать на сантиметрах с одной микрокриогенной системой (вместо трех), что снизит затраты труда и даст значи-тельный экономический эффект. ● принципиальную возможность охлаждения до криоуровня всего входного блока сантиметрового диапазона, что было-бы заметным шагом на пути к «идеальному радиометру». - Авторы благодарны Президиуму РАН и Дирекции САО РАН за финансовую помощь в выполнении работы.

More Related