Компьютерра, 2008 № 09 (725) - [15]

Сигналы от исследуемого радиоисточника принимаются антеннами, передаются по высокочастотному кабелю и суммируются. Они, двигаясь навстречу друг другу, будут встречаться то в фазе, то в противофазе. В результате вдоль кабеля будут образовываться максимумы и минимумы интенсивности. Чтобы "увидеть" итог интерференции, центр интерференционной картины нужно сдвинуть в центральную точку кабеля, где подключить приемник (регистратор). Для этого в соответствующее плечо интерферометра вводят задержку сигнала. По мере движения наблюдаемого объекта по небесной сфере задержку плавно корректируют и таким образом сохраняют положение интерференционной картины.

На радиоинтерферометре получается не радиоизображение объекта, а одна из пространственных гармоник этого изображения. Для получения радиоизображения объекта необходимо просуммировать все гармоники, полученные радиоинтерферометром с базами разной длины, ориентации и на многих частотах.

Дальнейшим развитием идеи радиоинтерферометрии явился метод радиоинтерферометрии со сверхбольшими базами. В этом случае принятые антеннами сигналы регистрируются на магнитный носитель с привязкой к импульсам атомных эталонов времени. Далее в вычислительном центре численно моделируются процессы суммирования сигналов с учетом фазовых соотношений. Антенны при такой методике не связаны кабелем, и расстояние между ними может быть сделано сколь угодно большим.

Единственный на территории СНГ радиотелескоп (РТ-22, диаметр зеркала 22 м), который в настоящее время входит в мировую сеть радиоинтерферометрических наблюдений на сверхдлинных базах и работает по многим международным кооперативным программам, был построен в 1966 году и принадлежит НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория" (установлен недалеко от пос. Симеиз на берегу Голубого залива). Для радиоинтерферометрических наблюдений на РТ-22 установлены система регистрации Марк-3, поставленная NASA (США), и система регистрации К-4, поставленная НРАО (Япония). Регистрация сигнала в этих наблюдениях синхронизируется с помощью высокостабильного водородного стандарта с точностью около 10-14 с, привязка водородного стандарта к Всемирному времени осуществляется по сигналам от спутников GPS с точностью около 1 мкс. Для охлаждения приемников и получения высокой чувствительности применяются микрокриогенные станции замкнутого цикла, а также жидкие азот и гелий.

 

Каковы перспективы дальнейшего совершенствования УТР-2? Какие новые принципы и инженерные решения закладываются в проекты реконструкции этого уникального радиотелескопа?

- Проведенные исследования и разработки показали, что значительный модернизационный потенциал заключен в переходе на использование активных элементов антенной решетки (то есть снабженных широкополосными усилителями с минимальным уровнем собственных шумов) и в применении неортогональной топологии элементов в решетке (при этом, как показали расчеты, можно добиться значительного ослабления боковых лепестков диаграммы направленности, а значит, и повысить общую эффективность антенной решетки).

Неожиданные результаты дали поиски формы элемента решетки. Выяснилось, что линейный вибратор уступает по характеристикам вибраторам более сложной формы. В результате на антенном поле обсерватории образовались "грядки", где "расцвели" довольно экзотические "цветы" - вибраторы нового поколения, которые планируется использовать при создании новой антенной решетки.

Не менее неожиданной оказалась перспективная топология самой антенной решетки. Оказалось, что решетка, в которой элементы расположены не в узлах прямоугольной сетки, а вдоль многозаходной спирали (причем формула для полярной координаты [угла] n-го элемента содержит в явном виде выражение так называемого золотого сечения), обладает гораздо лучшими характеристиками по сравнению с обычной. Внешне такая решетка сильно напоминает цветок подсолнуха, где роль "семечек" играют активные вибраторы. Удивительно красивый и нетривиальный результат! [Получен Боэрлингером (Boerlinger), опубликован в IEEE Magazine on Antennas and Propagations, 2003, V.45, No.1, p.159, и защищен патентом США (D.W.Boerlinger, Patent USA US 6,433,754 B1, 13 August 2002)]

Толковый словарик

Диаграмма направленности. Каждый элемент антенной решетки сам по себе способен принимать радиоволны с любого направления. При суммировании сигналов от нескольких элементов у системы появляется пространственная избирательность, то есть свойство усиливать сигнал, приходящий с одного направления, и ослаблять с другого за счет интерференции. Антенная решетка, элементы которой снабжены регулируемыми линиями задержки в тракте прохождения сигналов, за счет интерференции их с заранее рассчитанными фазами на входе приемника, обладает возможностью выбора нужного направления приема. Диаграмма направленности, собственно, и показывает величину усиления (ослабления) сигнала в зависимости от его направления.

Лепестки диаграммы направленности - их еще называют "лучи" - отдельные направления, с которых антенная решетка принимает сигнал с бо,льшим усилением. Соответственно, с главного направления диаграммы антенна принимает сигнал с максимальным усилением. Однако физика интерференционных процессов определяет наличие и так называемых боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки - дополнительных направлений, с которых антенна также "охотно" принимает сигналы. На практике боковые лепестки мешают приему, так как направлены не на основной объект наблюдения и принимают не те сигналы, которые хотелось бы…