Моделирование и оптимизация характеристик миллиметроволнового изображающего радиотелескопа

Abstract

In the present paper we describe the methods and results of the modeling and performance optimization of the imaging millimeter wave Cassegrain radiotelescope for solar research. We propose to use the 2-row densely packed array feed as a receiver, aligned with one image coordinate, and active beam scanning along the other one in order to maximize the number of pixels and achieve the best image quality with a feed of minimal size and weight. To solve the problem, conventional methods of antenna engineering and radioastronomy, as well as millimeter-wave imaging approaches were employed. Beam scanning optical systems with tertiary and secondary optics were considered. Two kinds of systems using tertiary mirror were studied, with an elliptic tertiary, and with a hyperbolic one, for the case of a magnification М = 10. The auxiliary swinging flat mirror is used for the beam scanning in those systems. In the system with a secondary optics, the beam is scanned using the subreflector, the case of M = 3 is considered. An optical design using secondary optics is shown to be more appropriate for the beam scanning.

• solar radioastronomy
• secondary and tertiary optics
• ray tracing

Аннотация (на русском)

Моделирование и оптимизация характеристик миллиметроволнового изображающего радиотелескопа

В настоящей работе описаны способы и результаты моделирования и оптимизации характеристик 12-метрового миллиметроволнового изображающего радиотелескопа системы Кассегрена для решения солнечных задач. С этой целью предложено использовать двухрядную приемную матрицу, развернутую по одной координате, и сканирование по другой координате, что позволяет достичь наибольшего числа пикселей и наилучшего качества изображения при минимальном размере и весе приемной решетки. Для решения задачи применяются как традиционные методы антенной техники и радиоастрономии, так и приемы радиовидения. Рассмотрены оптические схемы сканирования луча радиотелескопа с использованием вторичной и третичной и оптики. Оптическая схема с третичной оптикой рассмотрена в двух вариантах: с эллиптическим и гиперболическим зеркалами для случая увеличения системы М = 10, в ней сканирование луча выполняется плоским зеркалом. В схеме с вторичной оптикой сканирование луча выполнятся контрефлектором, рассмотрен случай M = 3. Делается вывод о предпочтительности использования вторичной оптики для сканирования лучом радиотелескопа диска Солнца. В работе представлены результаты лучевого трассирования оптики и модельные многолучевые диаграммы направленности 12-метрового радиотелескопа Кассегрена на волне 8 мм и 3 мм с диаметром контрефлектора 1.5 м.

For citation

References

1. G. Siringo et al. The Large APEX BOlometer CAmera LABOCA // A&A Т. 497. С. 945-962 (2009).
2. В. Б. Хайкин, А. А. Стороженко, М. К. Лебедев, В. Н. Радзиховский, С. Е. Кузьмин, С. В. Шлензин. Многоэлементная приемная матричная система 8 мм диапазона для задач пассивного радиовидения // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. № 2, 2014. URL: http://jre.cplire.ru/jre/feb14/4/text.pdf.
3. В. Б. Хайкин, В. Н. Радзиховский, С. Е. Кузьмин, С. В. Шлензин, В. М. Богод. Многоканальный приемник 8 ММ диапазона с разделением каналов по радио частоте / Тр. ВРК-2014, Пущино, сентябрь 2014.
4. В. Б. Хайкин, В. Н. Радзиховский, C. Е. Кузьмин. Радиоастрономические приемники миллиметроволнового диапазона с разделением спектральных каналов по радио частоте. Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. № 12, 2015. URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec15/2/text.pdf.
5. J. W. Lamb, A. D. Olver. Gain loss and noise temperature degradation due to subreflector rotations in a Cassegrain antenna / Proc. ICAP 85, Coventry, England, April 1985.
6. J. Ruze. Small Displacements in Parabolic Reflectors. MIT Lincoln Laboratory, Feb. 1969.
7. J. Lamb. OVRO/Caltech report. May 2001.
8. M. K. Lebedev, V. B. Khaikin, A. Boag, C. Letrou. Optical and diffraction simulation techniques for large multibeam reflector / Proceed. of MSMW 2010, Kharkov, Ukraine, June 21-26, 2010.