ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №12

УДК: 521.98

Ожидаемая эффективность

Евразийских Субмиллиметровых Телескопов (ESMT)

в фокусе Кассегрена в диапазоне 1-3 мм

В.Б. Хайкин, Г.А. Макоев

Специальная астрофизическая обсерватории РАН, Санкт-Петербургский филиал 196140, Санкт-Петербург, Пулковское шоссе, 65

Статья поступила в редакцию 17 октября 2024 г.

Аннотация. В работе дана оценка атмосферных ограничений и аберрационных потерь эффективности ESMT в фокусе Кассегрена в диапазоне 1-3 мм. Показано что радиояркостные температуры сухой и влажной атмосферы могут отличаться на порядок и составлять T_b = 42 К / 69 К на волне 3 мм / 2 мм при PWV = 5 мм, что становится критичным для чувствительности крио-радиометров. Все аберрационные потери ESMT на волне 1-3 мм в поле зрения FOV = ±15' не превышают 2% кроме кривизны поля изображения (КПИ). Ожидаемые потери от КПИ на волне 3 мм / 2 мм / 1 мм для плоской матрицы при диаметре контр-рефлектора d = 2.5 м составляют 10% / 20% / 90%, а сама КПИ может достигать 17 мм на краю поля изображения. Для того чтобы скомпенсировать КПИ фазовые центры рупоров матрицы нужно расположить по поверхности Петцваля, которая имеет отклонение от плоскости 2 мм на краю поля изображения. Методом прямого интегрирования апертурного рассчитаны одиночные и многолучевые диаграммы направленности ESMT в диапазоне 2 мм и 3 мм для двумерной и бюджетной двухрядной матрицы приемных элементов в фокусе Кассегрена. С их помощью получены реалистичные ожидаемые изображения диска Солнца с компактными источниками и активными областями.

Ключевые слова: субтерагерцовый телескоп, поле зрения, многолучевая диаграмма направленности, пропускание атмосферы, аберрационная эффективность.

Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания САО РАН, утвержденного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.

Автор для переписки: Хайкин Владимир Борисович, vkhstu@mail.ru

Литература

1. Хайкин В. и др. О проекте Евразийского субмиллиметрового телескопа (ЭСМТ) // 2020 7-я Всероссийская микроволновая конференция (РМС). – IEEE, 2020. – С. 47–51.

2. Khaikin V. et al. On the project of eurasian submillimeter telescopes (esmt) and the possibility of using adaptive optics to improve the quality of submm images. – 2022. – №. 7.

3. Nakariakov V.M., Melnikov V.F. Quasi-periodic pulsations in solar flares // Space Science Reviews. – 2009. – Т. 149. – С. 119-151.

4. Khaikin V.B., Storozhenko A.A., Bogod V.M. Radioheliographs and radio reflectors in solar plasma studies // Astrophysical Bulletin. – 2019. – Т. 74. – С. 221-233.

5. Marchiori G. et al. Towards the Eurasian Submillimeter Telescope (ESMT): Telescope concept outline and first results // Proceedings of the Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century. – 2020. – С. 378-383.

6. Duan R. et al. KID Based Submillimeter Instrument for Eurasian Submillimeter Telescopes // Proceedings of the Ground-Based Astronomy in Russia. 21st Century. – 2020. – С. 384–389.

7. Макоев Г.А., Хайкин В.Б. Результаты моделирования многолучевых диаграмм направленности и эффективности ESMT в фокусе Кассегрена в диапазоне 1-3 мм, Труды ИПА РАН, Выпуск 65, 2023.

8. Ruze J. Antenna tolerance theory–A review // Proceedings of the IEEE. – 1966. – Т. 54. – №. 4. – С. 633–640.

9. Bevis M. et al. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the global positioning system // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. – 1992. – Т. 97. – №. D14. – С. 15787-15801.

10. Шиховцев А.Ю. и др. Статистический анализ содержания водяного пара на Северном Кавказе и в Крыму // Оптика атмосферы и океана, 35, 1, 67–73, 2022.

11. Grigoriy B. et al. Analysis of variations in factors of specific absorption of sub-terahertz waves in the earth’s atmosphere // 2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). – IEEE, 2020. – С. 229-232.

12. Bubnov G.M. et al. Searching for new sites for THz observations in Eurasia // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2015. – Т. 5. – №. 1. – С. 64–72.

13. Wang Y. et al. Evaluation of precipitable water vapor from four satellite products and four reanalysis datasets against GPS measurements on the Southern Tibetan Plateau // Journal of Climate. – 2017. – Т. 30. – №. 15. – С. 5699–5713.

14. Cortés F. et al. Twenty years of precipitable water vapor measurements in the Chajnantor area // Astronomy & Astrophysics. – 2020. – Т. 640. – С. A126.

15. Otárola A. et al. Thirty-meter telescope site testing X: precipitable water vapor // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. – 2010. – Т. 122. – №. 890. – С. 470.

16. A review of astroclimate conditions of possible locations for Eurasian SubMM Telescopes (ESMT). In the Proceedings of the VAK-2024, Nizhny Arkhyz, August 2024.

17. Zinchenko I.I. et al. Measurements and Evaluations of the Atmospheric Transparency at Short Millimeter Wavelengths at Candidate Sites for Millimeter-and Sub-Millimeter-Wave Telescopes // Applied Sciences. – 2023. – Т. 13. – №. 21. – С. 11706.

18. Padman R. Optical fundamentals for array feeds // Multi-feed Systems for Radio Telescopes. – 1995. – Т. 75. – С. 3-26.

19. Born M., Wolf E. Principles of optics. – 1980.

20. Shillue B. MMA Memo 175: Gain Degradation in a Symmetrical Cassegrain Antenna Due to Laterally O set Feeds. – 1997.

21. Majorova E.K., Khaikin V.B. Characteristics of radio telescopes with multielement microstrip focal arrays // Radiophysics and quantum electronics. – 2005. – Т. 48. – №. 2. – С. 85–97.

22. Khaikin V.B., Lebedev M.K. Simulation of radiation pattern of a large MM wave radio telescope with offset feed // 2006 First European Conference on Antennas and Propagation. – IEEE, 2006. – С. 1-6.

23. Смирнова В.В. и др. Радиотелескоп миллиметрового диапазона РТ-7.5 МГТУ им. НЭ Баумана: состояние и перспективы развития // Известия Крымской астрофизической обсерватории. – 2023. – Т. 119. – №. 4. – С. 49–57.

Для цитирования:

Хайкин В.Б., Макоев Г.А. Ожидаемая эффективность евразийских субмиллиметровых телескопов (ESMT) в фокусе Кассегрена в диапазоне 1-3 мм. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.14