可跟蹤拋物面射電望遠鏡

射電望遠鏡由兩個反射器組成，一個是初級反射器，習慣名稱為副反射器，另一個是次級反射器，也叫主反射器。主反射器表面為拋物面，副反射器為橢球面或雙曲面。射電望遠鏡天線能指向不同方位和俯仰角度跟蹤射電源周日運動。它收集電波的方式類似光學反射望遠鏡﹐具有多波段探測功能，能按設定程序自動跟蹤天體﹐具有高增益、低噪聲溫度等特性。它是射電天文觀測中使用的主要設備﹐也是甚大射電望遠鏡陣列的基本組成單元。

拋物面孔徑橫截面一般為軸對稱的圓形孔徑﹐少數(shù)為橢圓孔徑﹐因此﹐波束方向圖為"鉛筆"狀。方向圖特性與饋源對孔徑的照射分布有關，孔徑照射有兩種型式，一種是將饋源(如喇叭﹑振子等)放在拋物面焦點處，接收來自某個方向并經(jīng)拋物面反射的電磁波(圖1a )的前饋單方式。另一種是將饋源放在副反射器另一個焦點處，接收由副反射面反射電磁波的后饋方式。

拋物面射電望遠鏡的分辨率和靈敏度都與反射面直徑D 密切相關。增大天線口徑D ﹐能有效改善望遠鏡的接受性能。主反射面和理想拋物面的中值公差 ﹐對波長為λ時的孔徑效率 的影響﹐可用魯茲公式表示:

。

通常規(guī)定﹐以孔徑效率降為其無公差( =0)極限值 0的一半的波長為該望遠鏡的最短工作波長﹐即min≒16。實際應用上常以比值D / 來表徵拋物面天線的相對精度。目前最好的可跟蹤拋物面射電望遠鏡的相對精度已達到10量級﹐最高分辨率已達到1量級。

重力彎沉﹑結構各部分溫差及風荷所引起的形變都是設計和制造大型精密可跟蹤射電望遠鏡的主要限制。前者對天線影響更大﹐而且隨天線俯仰角的變化而變化。對于最短工作波長為 min(厘米)的鋼結構可跟蹤拋物面射電望遠鏡﹐因重力彎沉所限制的最大可能直徑D (米)﹐可用近似模型推算的公式﹕

來估計?，F(xiàn)已研究出用主動和被動伺服系統(tǒng)來控制反射面的重力彎沉﹐對一些大型或精密的可跟蹤拋物面射電望遠鏡成功地采用了保形設計。通過這種合理的設計來控制重力彎沉﹐可使表面在不同仰角都保持拋物面形狀。反射面焦點的改變﹐可通過伺服系統(tǒng)調節(jié)饋源或二次反射面位置得到補償﹐從而大大提高了望遠鏡的D / 值﹐這就突破了重力彎沉的限制。有的毫米波和短厘米波的精密可跟蹤射電望遠鏡﹐裝在對射電波透明的圓罩內﹐以避免風荷和太陽直接照射下各部分較大溫差引起的形變﹐并且采用輕質結構材料﹐以減小重力彎沉。

可跟蹤拋物面射電望遠鏡的機械和驅動裝置﹐應保證必要的指向精度和跟蹤精度。指向誤差 必須是望遠鏡半功率方向束寬 的一小部分﹐一般取 ≒ /10﹐最大也不應超過 /6。望遠鏡驅動裝置分赤道式和地平式兩種。赤道式裝置(圖2a

可跟蹤拋物面射電望遠鏡可單獨使用﹐作定標和測量偏振﹑譜線﹑源亮度分布和普遍巡天之用。它又可作為射電干涉儀﹑綜合孔徑射電望遠鏡的一個單元﹐這時它能保證系統(tǒng)長時間跟蹤的需要。目前最大的可跟蹤拋物面射電望遠鏡是西德馬克斯·普朗克射電天文研究所的100米拋物面望遠鏡。

可用于天文跟蹤觀測的拋物面射電望遠鏡。

fully steerable parabolic radio telescope

克里斯琴森和霍格玻姆著﹐陳建生譯﹕《射電望遠鏡》﹐科學出版社﹐北京﹐1977。(W. N. Christiansen and J.A.Hgbom﹐Radio Telescopes﹐Cambridge Univ.Press﹐London﹐1969.)

根據(jù)天線總體結構的不同，射電望遠鏡按設計要求可以分為連續(xù)和非連續(xù)孔徑射電望遠鏡兩大類。

主要代表是采用單盤拋物面天線的經(jīng)典式射電望遠鏡。按機械裝置和驅動方式，連續(xù)孔徑射電望遠鏡(它通常又是非連續(xù)孔徑的基本單元)還可分為三種類型。

全可轉型或可跟蹤型

可在兩個坐標轉動，分為赤道式裝置和地平式裝置兩種，如同在可跟蹤拋物面射電望遠鏡中使用的。

部分可轉型

可在一坐標(赤緯方向)轉動，赤經(jīng)方向靠地球自轉掃描，又稱中星儀式(見帶形射電望遠鏡)。

固定型

主要天線反射面固定，一般用移動饋源(又稱照明器)或改變饋源相位的方法。

射電觀測在很寬的頻率范圍進行，檢測和信息處理的射電技術又遠較光學波段靈活多樣，所以射電望遠鏡種類繁多，還可以根據(jù)其他準則分類:諸如按接收天線的形狀可分為拋物面﹑拋物柱面﹑球面﹑拋物面截帶﹑喇叭﹑螺旋﹑行波﹑偶極天線等射電望遠鏡;按方向束形狀可分為鉛筆束﹑扇束﹑多束等射電望遠鏡;按工作類型可分為全功率﹑掃頻﹑快速成像等類射電望遠鏡;按觀測目的可分為測繪﹑定位﹑定標﹑偏振﹑頻譜﹑日象等射電望遠鏡。關于非連續(xù)孔徑射電望遠鏡，主要是各類射電干涉儀。

以干涉技術為基礎的各種組合天線系統(tǒng) 。20世紀60年代產(chǎn)生了兩種新型的非連續(xù)孔徑射電望遠鏡--甚長基線干涉儀和綜合孔徑射電望遠鏡，前者具有極高的空間分辨率，后者能獲得清晰的射電圖像。世界上最大的可跟蹤型經(jīng)典式射電望遠鏡其拋物面天線直徑長達100米，安裝在德國馬克斯·普朗克射電天文研究所;世界上最大的非連續(xù)孔徑射電望遠鏡是甚大天線陣，安裝在美國國立射電天文臺。

為了觀測弱射電源的需要，射電望遠鏡必須有較大孔徑，并能對射電目標進行長時間的跟蹤或掃描。此外，還必須綜合考慮設備的造價和工藝上的現(xiàn)實性。

這種射電望遠鏡一般有扇形方向圖。帶形射電望遠鏡有克勞斯型系統(tǒng)﹑可變輪廓天線(即海金型﹑旋轉拋物面或球面的一個帶)和拋物柱面等類型。

射電望遠鏡與光學望遠鏡不同，它既沒有高高豎起的望遠鏡鏡簡，也沒有物鏡，目鏡，它由天線和接收系統(tǒng)兩大部分組成。

巨大的天線是射電望遠鏡最顯著的標志，它的種類很多，有拋物面天線，球面天線，半波偶極子天線，螺旋天線等。最常用的是拋物面天線。天線對射電望遠鏡來說，就好比是它的眼睛，它的作用相當于光學望遠鏡中的物鏡。它要把微弱的宇宙無線電信號收集起來，然后通過一根特制的管子(波導)把收集到的信號傳送到接收機中去放大。接收系統(tǒng)的工作原理和普通收音機差不多，但它具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性。接收系統(tǒng)將信號放大，從噪音中分離出有用的信號，并傳給后端的計算機記錄下來。記錄的結果為許多彎曲的曲線，天文學家分析這些曲線，得到天體送來的各種宇宙信息。