Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
Настоящая статья представляет собой вторую часть работы, посвященной детальному описанию гелиографа, созданного на базе радиотелескопа УТР-2. В ней изложена конструкция наиболее важного элемента гелиографа– фазовращателя быстрого сканирования лучей, а также приводится расчет длин его коммутируемых к...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Дата: | 2010-11-09 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2010-11-09
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98211 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности / Э.П. Абранин , А.А. Станиславский, А А. Коваль, А.А. Коноваленко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 2. — С.135-143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860267338511679488 |
|---|---|
| author | Абранин, Э.П. Станиславский, А.А. Коваль, А.А. Коноваленко, А.А. |
| author_facet | Абранин, Э.П. Станиславский, А.А. Коваль, А.А. Коноваленко, А.А. |
| citation_txt | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности / Э.П. Абранин , А.А. Станиславский, А А. Коваль, А.А. Коноваленко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 2. — С.135-143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радиофизика и радиоастрономия |
| description | Настоящая статья представляет собой вторую часть работы, посвященной детальному описанию гелиографа, созданного на базе радиотелескопа УТР-2. В ней изложена конструкция наиболее важного элемента гелиографа– фазовращателя быстрого сканирования лучей, а также приводится расчет длин его коммутируемых кабелей. Именно с помощью этого фазовращателя формируется
изображение в данном гелиографе.
Ця стаття є другою частиною роботи, присвяченої детальному опису геліографа, створеного на базі радіотелескопа УТР-2. В ній описується конструкція найважливішого елемента геліографа – фазообертача швидкого сканування променів, а також наводиться розрахунок довжин його комутованих кабелів. Саме за допомогою цього фазообертача формується зображення у даному геліографі.
The present paper is the second part of the
work devoted to the detailed description of the
heliograph based on the UTR-2 radio telescope.
The most essential heliograph component is the
phase shift module for quick sky scanning by antenna
beams. Its construction is represented together
with the length calculations of its switched
cables. An image in the actual heliograph is formed
just due to this module.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:02:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2, с. 135-143
ISSN 1027-9636 © Э. П. Абранин, А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко, 2011
УДК 523.9, 520.27
Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
Э. П. Абранин , А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко
Радиоастрономический институт НАН Украины,
ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail:alexstan@ri.kharkov.ua
Статья поступила в редакцию 9 ноября 2010 г.
Настоящая статья представляет собой вторую часть работы, посвященной детальному описа-
нию гелиографа, созданного на базе радиотелескопа УТР-2. В ней изложена конструкция наиболее
важного элемента гелиографа – фазовращателя быстрого сканирования лучей, а также приводится
расчет длин его коммутируемых кабелей. Именно с помощью этого фазовращателя формируется
изображение в данном гелиографе.
Ключевые слова: антенная решетка, радиотелескоп УТР-2, гелиограф, декаметровый диапа-
зон, фазовращатель
1. Введение
На сегодняшний день число радиотелеско-
пов, позволяющих получить двумерные изобра-
жения Солнца и других источников космичес-
кого радиоизлучения, сравнительно невелико.
В микроволновом диапазоне они представлены
гелиографом в Нобеяма (Япония), работаю-
щим на двух частотах, 17 и 35 ГГц [1], и гелио-
графом на базе инструмента РАТАН-600 (Рос-
сия), работающем на частоте 3.75 ГГц [2].
Примерно в этом диапазоне ведутся также на-
блюдения на Сибирском солнечном радио-
телескопе (Россия) [3] на частоте 5.7 ГГц и
на радиоинтерферометре Оуэнс Вэлли (США)
в полосе частот 1 18÷ ГГц с разбиением на 86
отдельных частот [4]. В число развивающихся
инструментов можно включить проект Китайско-
го гелиографа, с помощью которого будут прово-
дить радиоизмерения в полосе 0.4 15÷ ГГц [5].
Для радиоастрономических исследований в сан-
тиметровом и метровом диапазонах используют-
ся радиогелиограф в Нансе (Франция) [6], рабо-
тающий только на частотах 169, 327 и 408 МГц,
и радиогелиограф в Гаурибидануре (Индия),
на котором проводятся измерения на отдель-
ных частотах в полосе 40 150÷ МГц [7]. С 1969
по 1984 гг. на частотах 43, 80, 160 и 327 МГц
функционировал радиогелиограф в Калгурре
(Австралия) [8]. В декаметровой области длин
волн таких инструментов было совсем мало.
В этой связи необходимо упомянуть Т-образ-
ный радиотелескоп в Кларк Лейк (США) [9].
На нем проводились измерения на отдельных
частотах в полосе 15 125÷ МГц. В настоящее
время он уже выведен из эксплуатации. Следует
сказать, что создание антенных решеток, функ-
ционирующих на низких частотах (в декаметро-
вом диапазоне длин волн), сопряжено с большими
техническими и методическими трудностями.
В этом диапазоне очень тяжелая помеховая
обстановка, на характер распространения де-
каметровых волн существенно влияет ионо-
сфера, создание узкой диаграммы направлен-
ности требует антенны огромных площадей.
Например, антенна NDA (Нансе, Франция) [10]
эффективно используется для получения дина-
мических спектров радиоизлучения Солнца,
но из-за небольших размеров она практически
не используется для гелиографических наб-
людений. В силу этих причин сейчас сущест-
вуют только несколько антенных систем дека-
метрового диапазона, подходящих для гелио-
графических наблюдений, но и они имеют огра-
ниченные возможности, а значит, следует их
модернизировать или строить новые антенные
системы. Достаточно упомянуть о многообе-
Э. П. Абранин, А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко
Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2136
щающих проектах LOFAR [11, 12] и LWA [13],
ввод в эксплуатацию которых ожидается в бли-
жайшее время. Поэтому исследования, прово-
димые с помощью гелиографа на базе радиоте-
лескопа УТР-2, представляют большой научный
интерес, восполняя пробелы в понимании физи-
ческих процессов, происходящих на Солнце
и/или в околосолнечном пространстве. Отметим,
что радиотелескоп УТР-2 до настоящего вре-
мени остается самым крупным и наиболее
эффективным инструментом, работающим
в диапазоне 8 32÷ МГц и будет оставаться та-
ковым и в отдаленном будущем. Поэтому его
активная модернизация, оснащение и примене-
ние (в том числе в гелиографическом режиме)
даст еще множество полезных астрофизичес-
ких результатов.
Цель настоящей работы – представить опи-
сание конструкции наиболее важного элемента
гелиографа радиотелескопа УТР-2, а именно
фазовращателя быстрого сканирования лучей.
Основой его являются коммутируемые коак-
сиальные кабели линий задержки. Здесь описан
метод расчета длин этих коммутируемых
кабелей. С помощью устройства управления ге-
лиографом формируется последовательность
импульсов для переключения фазовращателя бы-
строго сканирования и генерации меток сканов.
В результате луч диаграммы направленности
радиотелескопа УТР-2 осуществляет сканиро-
вание заданного участка небесной сферы.
2. Система обзора
Сектор обзора УТР-2 позволяет наблюдать
Солнце примерно 4± ч от местного полудня.
Однако практически, из-за экранирования ионос-
ферой под большими зенитными углами наб-
людений, возрастающего числа принимаемых
радиотелескопом радиовещательных станций
и ухудшения пространственного разрешения ге-
лиографа, сектор обзора ограничен по склоне-
нию 10δ ≥ ° и по часовому углу 30 .t ≤ °
Пятилучевой режим работы радиотеле-
скопа УТР-2 и управление лучом по двум коор-
динатам U и V позволяет в принципе исполь-
зовать его без какой-либо реконструкции в ка-
честве двухмерного гелиографа с последова-
тельным или параллельно-последовательным
обзором. Более того, сформировав у антенны
“Запад” (W) по координате U несколько лучей,
можно построить гелиограф параллельного об-
зора, где реализуется максимальная чувстви-
тельность. Но эта возможность пока не исполь-
зуется, поскольку требует изготовления значи-
тельного объема аппаратуры.
Для наблюдения как возмущенного, так и
“спокойного” радиоизлучения Солнца, для чего
используется штатная регистрирующая аппара-
тура радиотелескопа, возможно применение
параллельно-последовательной системы обзора.
В этом случае одновременно пятью параллельны-
ми каналами фиксируются сигналы на выхо-
дах всех пяти лучей антенн N-S (“Север-Юг”)
и W. Что же касается наблюдений радиоизлуче-
ния Солнца с помощью гелиографа, построенно-
го по последовательному принципу, то в отличие
от предыдущего случая требуется только один
комплект приемно-регистрирующей аппаратуры.
И в том и другом случае пятерка лучей,
расположенных в плоскости V, последователь-
но занимает ряд положений по U. Достигается
это путем сканирования диаграммой направ-
ленности W решетки. Поскольку лучи имеют
примерно одинаковые размеры по обеим коор-
динатам U и V, очевидно целесообразно выб-
рать в этих направлениях одинаковые расстоя-
ния между ними, т. е. 1 150.U VΔ = Δ =
Выигрыш в затратах на регистрирующую
аппаратуру в случае использования последова-
тельного обзора по сравнению с параллельно-
последовательным становится особенно ощу-
тимым, если иметь в виду неоспоримую целе-
сообразность работы гелиографа одновремен-
но на разных частотах. Конечно, с понижением
частоты эффективность наблюдений падает
из-за малого пространственного разрешения.
Оно даже на частоте 25 МГц оказывается не-
достаточным для весьма важных измерений
распределения яркости источников декаметро-
вого излучения Солнца. Однако с этим прихо-
дится мириться, помня, что в данном случае
мы имеем дело с декаметровым диапазоном
длин волн. Сооружение антенных систем для
этого диапазона, размеры которых заметно пре-
вышали бы размеры антенной системы УТР-2,
само по себе является весьма проблематич-
ным, а кроме того, на декаметровых волнах
имеет место ограничение на размеры антенны,
накладываемое декорреляцией принимаемого
сигнала, вызванной ионосферой.
Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
137Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2
3. Конструкция фазовращателя
быстрого сканирования
Система управления лучом гелиографа вы-
полняет две функции: относительно медленное
сопровождение Солнца и быстрое сканирова-
ние по области обзора гелиографа.
Хотя радиотелескоп УТР-2 создавался как
многофункциональный инструмент, его систе-
ма фазирования из-за применения в ней элект-
ромагнитных реле не допускает длительных
наблюдений с быстрым сканированием луча.
Поэтому в гелиографе на систему фазирования
УТР-2 возложена только функция сопровож-
дения Солнца с темпом переключения луча
в несколько минут. Что же касается быстрого
сканирования, то эту функцию выполняет спе-
циально разработанная система фазирования.
Она, как уже отмечалось, должна дискрет-
но изменять положение диаграммы направлен-
ности решетки W по U. Сложность системы
быстрого сканирования лучом определяется
местом ее включения в схему фазирования
антенны, поскольку она должна охватывать
все последующие этажи и не касаться всех
предыдущих. С точки зрения простоты ее це-
лесообразно включить как можно ближе к вы-
ходу решетки.
С другой стороны, место ее включения оп-
ределяется сектором обзора гелиографа по
координате U. Его ширина должна быть срав-
нима с шириной диаграммы направленности
элементов, которые фазируются этим этажом,
или быть меньше ее. На последнем этаже, где
фазируются сигналы выходов секций антенны
W, ширина диаграммы направленности по полю
составляет примерно 3° на частоте 25 МГц.
Такой сектор обзора гелиографа по U оказы-
вается вполне достаточным даже для наблю-
дения на частоте 12 МГц, где радиодиаметр
короны Солнца составляет около 1.5 .° Для
включения системы быстрого сканирования на
последнем этаже фазирования требуется всего
лишь один фазовращатель на 4 входа.
Фазовращатель быстрого сканирования лу-
чом схемно включается между выходами сек-
ций и соответствующими входами последнего
этажа фазирования антенны W. При этом диаг-
рамма направленности секции оказывается
огибающей максимумов сканирующего луча.
Конструктивно фазовращатель быстрого ска-
нирования выполнен аналогично тому, как было
сделано в системе фазирования УТР-2 [14].
С той лишь разницей, что в нем отрезки коак-
сиального кабеля коммутируются с помощью
диодных ключей, у которых большие срок служ-
бы и быстродействие (~ 0.5 мс). Фазовраща-
тель объединяет четыре линейки, каждая из
которых представляет собой трехразрядную
дискретно-двоичную линию временных задер-
жек. Поэтому для краткости мы будем в даль-
нейшем называть этот фазовращатель ФВ4-3.
Между собой линейки отличаются только вели-
чинами коммутируемых временных задержек.
Цепь управления одноименными разрядами всех
линеек включена параллельно.
Использование диодных ключей и отрезков
коаксиального кабеля в качестве временных за-
держек обеспечивает широкополосность такого
фазовращателя. Отклонение фазы сигнала от
расчетного значения не превышает 5° на часто-
те 25 МГц. Начальные длины кабелей в линейках
фазовращателя 0( )l выбраны таким образом, что
в исходном положении (все задержки выключе-
ны) луч антенны W оказывается расположенным
восточнее направления фазирования 0.U По мере
того как фазовращатель проходит все свои 8 по-
ложений, луч с шагом 1 150UΔ = перемещает-
ся с востока на запад.
Сектор обзора естественно выбрать распо-
ложенным симметрично относительно направ-
ления фазирования 0.U Так как число положе-
ний фазовращателя четное, то ни одно из его
положений не совпадает с 0.U Сканирующая
пятерка лучей по V последовательно прини-
мает значения по U так, что
0
4.5 ,
150m
mU U −= + (1)
где номер положения луча 1 8.m≤ ≤ При этом
не требуется фазирования антенны N-S по U,
поскольку ширина ее диаграммы направлен-
ности велика по сравнению с сектором сканиро-
вания антенны W. В антенну N-S дополнительно
включается только отрезок кабеля, длина кото-
рого компенсирует среднюю электрическую
длину фазовращателя быстрого сканирования.
Для калибровки приемно-регистрирующего
тракта гелиографа необходимо выровнять элек-
трические длины антенн W и N-S. Так как при
0 0U V= и любом m, согласно выражению (1),
Э. П. Абранин, А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко
Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2138
имеем 0,mU ≠ необходимо для выравнивания
использовать дополнительные кабельные за-
держки. В рабочем режиме они выключаются.
4. Расчет кабелей ФВ4-3
При работе гелиографа максимальное до-
полнительное отклонение луча УТР-2 по U
относительно направления, заданного системой
фазирования радиотелескопа, 7 300.UΔ =
Фазовый центр фазовращателя быстрого ска-
нирования ФВ4-3 гелиографа совмещен с фазо-
вым центром антенны N-S (фазовращатель
со смещенным фазовым центром). Простран-
ственное расположение фазовых центров антен-
ны N-S и секций плеча W показано на рис. 1.
Для выравнивания фаз принимаемых сигна-
лов на выходах всех элементов антенной сис-
темы естественные разности хода L, 1,l 2 ,l 3,l
4l компенсируются с помощью дополнитель-
ных длин линий задержки (кабелей) в ФВ4-3
(смотри рис. 2). Электрические длины допол-
нительных линий задержки имеют величины ,zL
1,zl 2 ,zl 3,zl 4 ,zl причем 4 ,zL l= 1 1,zl L l= −
2 2 ,zl L l= − 3 3,zl L l= − 4 .zl L=
При отклонении луча к востоку и при неиз-
менном положении фазового центра в центре
антенны N-S для компенсации разностей хода
потребуется включение отрицательных длин
в антенне W, что невозможно. Поэтому фазо-
вый центр смещается путем подключения
дополнительной длины 4zL l= (рис. 3). Эта до-
полнительная длина остается включенной пос-
тоянно при отклонении луча как к востоку,
так и к западу, но компенсирующие длины в
ФВ4-3 соответствующим образом изменяются.
Поскольку максимальное отклонение луча ге-
лиографа по U есть max 7 300UΔ = и максималь-
ное расстояние между крайними фазируемыми
элементами 138 3 225 813mL = + ⋅ = м, величина
max 813 7 300 18.97z mL L U= Δ = ⋅ = м. При откло-
нении на восток фазирующие электрические
длины имеют значения:
0 ,zL L=
01 225 3 7 300 15.75l = ⋅ ⋅ = м,
02 225 2 7 300 10.5l = ⋅ ⋅ = м,
03 225 7 300 5.25l = ⋅ = м,
04 0.l =
При отклонении на запад фазирующие электри-
ческие длины составляют:
0 0 813 7 300 18.97z zL l= + = + ⋅ = м,
1 138 7 300 3.22 18.97 22.19z zl L= ⋅ + = + = м,Рис. 1. Пространственное расположение фазовых
центров (ФЦ) антенны N-S и секций плеча антенны
W (9, 10, 11, 12 – номера секций)
Рис. 2. Компенсация разностей хода введением доба-
вочных длин линий задержки z( L , z1l , z2l , z3l , z4l )
Рис. 3. Смещение позиции фазового центра (ФЦ)
антенны N-S путем добавления постоянной длины
zL при отклонении луча к востоку
Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
139Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2
2 (138 225) 7 300z zl L= + ⋅ + =
8.47 18.97 27.44= + = м,
3 (138 2 225) 7 300z zl L= + ⋅ ⋅ + =
13.72 18.97 32.69= + = м,
4 (138 3 225) 7 300z zl L= + ⋅ ⋅ + =
18.97 18.97 37.94= + = м.
Тогда длины, которые коммутируются во
время работы ФВ4-3, соответственно должны
иметь значения:
0 0,k z z zL L L L L= − = − =
1 1 01 22.19 15.75 6.44k zl l l= − = − = м,
2 2 02 27.44 10.5 16.94k zl l l= − = − = м,
3 3 03 32.69 5.25 27.44k zl l l= − = − = м,
4 4 04 37.94 0 37.94k zl l l= − = − = м.
Линии задержки построены по двоично-
му принципу и имеют по три коммутируемых
разряда. Величины задержек в разрядах соот-
носятся между собой как 1: 2 : 4. Кроме ком-
мутируемых элементов, в состав линий задер-
жки входят также некоммутируемые элемен-
ты 01,l 02 ,l 03,l 04.l Такая конструкция линий
задержки позволяет дискретно перемещать луч
гелиографа в восемь дискретных положений
по координате U с шагом 1 150 в пределах
от 7 300− до 7 300+ (рис. 4). Переключение
разрядов всех линий происходит синхронно.
При выбранной конструкции линий задерж-
ки длина младшего разряда 7,I kl l= длина
второго разряда 2 7II kl l= ⋅ и длина третьего
разряда 4 7.III kl l= ⋅ Постоянная длина, вклю-
чаемая в антенну N-S, равна 0 18.97L = м. Все
элементы ФВ4-3 выполнены из коаксиального
кабеля РК 75-9-12 с волновым сопротивлением
75 Ом и коэффициентом укорочения волны
1.51.k = Кроме того, для включения ФВ4-3
в систему фазирования УТР-2 каждая линия
задержки должна быть дополнена двумя тех-
нологическими кабелями с суммарной длиной
5tl = м. Суммарная длина технологических
кабелей в каждой линии добавляется к длине
некоммутируемого отрезка кабеля 0.l В табли-
це приведены скорректированные длины кабе-
лей ФВ4-3 с учетом коэффициента укорочения
волны и технологических добавок к некомму-
тируемым линиям задержки. Технологическая
длина добавляется также к кабелю в антенне
N-S, таким образом 0 17.56L = м.
Ослабление в фазовращателе при измене-
нии длины линии задержки от 0 до 38 метров
изменяется в пределах от 3.3 до 4 дБ и обус-
ловлено в основном потерями в коммутацион-
ных диодах.
5. Формат области обзора гелиографа
Итак, гелиограмма формируется благодаря
тому, что с помощью фазовращателя быстрого
сканирования пятерка разнесенных по коорди-
нате V карандашных лучей занимает последо-
вательные положения по координате U. Таким
образом, полное изображение области обзора
гелиографа представляет собой прямоугольную
Рис. 4. Схематическое изображение положения
диаграммы направленности антенной системы
УТР-2 в крайних западной и восточной позициях:
zL , 01l , 02l , 03l , 04l – фазирующие длины при от-
клонении диаграммы направленности на восток;
zL , z1l , z2l , z3l , z4l – фазирующие длины при от-
клонении диаграммы направленности на запад
с учетом постоянно включенной добавки zL
Таблица. Величины длин кабельных линий задержек
фазовращателя (в метрах), 0l – начальная длина,
Il , IIl , IIIl – коммутируемые длины
Cекции антенны W
№9 №10 №11 №12
0l 15.43 11.95 8.48 5.0
Il 0.61 1.60 2.60 3.59
IIl 1.22 3.20 5.19 7.18
IIIl 2.44 6.41 10.38 14.36
Длина
Э. П. Абранин, А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко
Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2140
матрицу из 5 строк и 8 столбцов – 40 элемен-
тов, разнесенных по часовому углу и по склоне-
нию на 25′ (см. рис. 5). Угловой размер изоб-
ражения по часовому углу составляет ~ 3.3°
на частоте 25 МГц.
Такое соотношение между числом элемен-
тов по склонению и прямому восхождению
учитывает то обстоятельство, что в близкие
к минимальной активности годы экваториаль-
ный диаметр декаметрового радиоизображения
короны Солнца почти в 1.5 раза превышает
полярный. Кроме того, источники декаметрово-
го радиоизлучения Солнца, как известно, также
концентрируются в экваториальной плоскости.
Вместе с тем для ряда задач не требуется столь
большой сектор обзора по U. Поэтому предус-
мотрена возможность изменения числа элемен-
тов в строках, что позволяет увеличить ско-
рость обзора (частоту смены кадров).
В координатах U, V элементы изображения
образуют прямоугольный кадр. Однако резуль-
таты наблюдений предпочтительней представ-
лять в экваториальных координатах. И с точки
зрения их наглядности было бы лучше, чтобы
положения лучей на солнечном диске остава-
лись неизменными. Но, как отмечалось, в ре-
жиме сопровождения Солнца гелиографом из-
меняются расстояния между лучами как по t,
так и по .δ Для того чтобы не возникли допол-
нительные искажения, связанные с быстрым
сканированием по U, необходимо, чтобы при
всех положениях пятерки лучей по U склонение
третьего луча оставалось неизменным. Это
можно обеспечить на каждом шаге по U соот-
ветствующим фазированием по V антенны N-S.
При каждом mU величина V должна быть та-
кой, чтобы правая часть выражения
2 2
3 3sin cos sin 1 ,m mV U Vδ = − β + β − −
оставалась постоянной. Здесь β – географи-
ческая широта расположения антенны УТР-2.
Чтобы это осуществить, необходим трехраз-
рядный фазовращатель на 8 входов и требуется
существенное усложнение аппаратуры управ-
ления фазовращателями. Поэтому в гелио-
графе сканирование пятерки лучей осуществ-
ляется только управлением диаграммы направ-
ленности антенны W по U.
Система слежения радиотелескопа УТР-2
осуществляет слежение за Солнцем, совмещая
центр области обзора с центром солнечного
диска. Следует отметить, что прямоугольная
форма растра сохраняется только при работе
вблизи меридиана. В других случаях форма раст-
ра может существенно отличаться от прямо-
угольной. Это явление обусловлено тем, что при
управлении положением диаграмм направлен-
ности антенн изменение одной из координат
U, V происходит при фиксированных значениях
другой координаты и приращения координат
UΔ и VΔ взяты постоянными, не зависящими
от величин U и V. Эта особенность формы растра
должна учитываться при обработке наблюдений,
так как может привести, например, к заметным
ошибкам при определении координат всплесков
по гелиограммам.
В подавляющем большинстве случаев рас-
положение центра источника всплеска относи-
тельно матрицы элементов изображения (рис. 5)
бывает таким, что отклик от всплеска занимает
несколько элементов изображения. Яркость
каждого элемента изображения определяется
его удаленностью от центра источника всплеска.
При обработке записей для определения коор-
динат всплеска измеряются отношения интен-
сивностей элементов изображения и сопостав-
ляются с матрицей элементов. Координаты
элементов матрицы вычисляются заранее.
Такая методика позволяет определить угловые
координаты всплеска с погрешностью до ~ 5 .′
Рис. 5. Поле изображения, формируемое гелиогра-
фом с разрешением 5 8× пикселов. Угловой размер
каждого элемента по t и δ составляет 25 .′ Серые
и черные точки представляют собой разделитель-
ные маркеры
Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
141Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2
6. Система управления
Управление работой фазовращателей быст-
рого сканирования, коммутаторов, схемы меток,
аттенюаторов осуществляется блоком управле-
ния, в котором формируются соответствующие
последовательности управляющих импульсов.
При подаче команды “Сброс” на схему уп-
равления фазовращателем ФВ4-3 (четырехка-
нальный коммутатор двоично-дискретных трех-
разрядных кабельных линий временной задерж-
ки, включаемых последовательно с выходами
четырех секций антенны W) диаграмма направ-
ленности антенны W переводится в крайнее
“восточное” положение (положение I, код 000).
Для этого все переменные задержки в ФВ4-3
отключаются (задержки минимальные). При
работе гелиографа положение диаграммы на-
правленности антенны W может дискретно
изменяться, перемещаясь в западном направ-
лении (всего 8 положений). В крайнем “запад-
ном” положении (положение VIII, код 111) дли-
ны кабелей временных задержек максимальны.
В ФВ4-3 установлены четыре платы комму-
таторов. Схемы их идентичны, отличаются толь-
ко длины коммутируемых кабелей. Импульсы
управления подаются одновременно на все
четыре платы, параллельно на одноименные
контакты. Для подключения требуемой задер-
жки (l, 2l или 4l) необходимо на соответствую-
щие контакты подать напряжение и запереть
коммутирующие диоды, включенные параллель-
но кабелю задержки, и одновременно подать
на сопряженные контакты нулевое напряжение,
чтобы отпереть коммутирующие диоды, вклю-
ченные последовательно с кабелем задержки.
Для отключения задержки подача напряжения
на требуемые входы управления осуществ-
ляется в обратном порядке. При этом отпирают-
ся диоды, включенные параллельно кабелям
задержки, и запираются диоды, включенные
последовательно с кабелями задержки.
При максимальной частоте повторений кад-
ров (до 4 кадров в секунду) и количестве эле-
ментов изображения (48 элементов в одном
кадре) частота тактовых импульсов, управ-
ляющих работой коммутаторов, равна 200 Гц.
Сравнительно высокая частота коммутации
обусловила выбор в качестве коммутирующих
элементов полупроводниковых диодов, обла-
дающих высоким быстродействием и большим
сроком службы.
Для устранения отражений от ненагруженных
входов отключаемых каналов все они нагружа-
ются на резисторы 75 Ом. Ослабление в откры-
том канале коммутатора составляет ~1 дБ
и определяется в основном потерями в сопро-
тивлении диодов.
После недавно проведенной модернизации
блока управления были добавлены новые ре-
жимы задающего генератора тактовых им-
пульсов: 0.2, 0.4 и 200 Гц. Благодаря наличию
нескольких режимов работы стало возмож-
ным выбрать разное время формирования кад-
ра гелиографа. Раньше генератор с частотой
100/200 Гц был синхронизирован частотой сети,
так как механическая система строчечной раз-
вертки регистрирующего устройства, фототе-
леграфного аппарата, имела привод от синх-
ронного электродвигателя. В связи с внедре-
нием нового приемно-регистрирующего уст-
ройства (DSP) необходимость в таком генера-
торе отпала. Новый вариант генератора исполь-
зует в своей схеме кварцевый резонатор, что
позволило заметно улучшить устойчивость его
работы в целом. Кроме того, отпала надобность
в использовании сумма-разностного устройства,
которое раньше давало возможность формиро-
вать карандашный луч диаграммы направлен-
ности гелиографа из сигналов антенн N-S и W.
Теперь эту функцию выполняет DSP, но об этом
будет более подробно рассказано в третьей
части этой работы, посвященной описанию ге-
лиографа радиотелескопа УТР-2.
Импульсы управления коммутатором лучей
и коммутатором антенны W формируются с по-
мощью делителя частоты 1: 6 и дешифратора.
Импульсы управления фазовращателями быст-
рого сканирования формируются с помощью
делителя частоты 1:8.
В блоке управления размещается схема ин-
дикации, на которую поступают сигналы от схем
контроля, расположенных в фазовращателях
и коммутаторах. Система контроля и индика-
ции позволяет оперативно определять работос-
пособность этих устройств, быстро обнаружи-
вать и устранять возникшие неполадки.
7. Выводы
Частота повторения изображения за счет пере-
мещения пятерки лучей радиотелескопа УТР-2
в пределах зоны обзора гелиографа должна быть
значительно больше, чем скорость сопровожде-
Э. П. Абранин, А. А. Станиславский, А. А. Коваль, А. А. Коноваленко
Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2142
ния Солнца. Система фазирования УТР-2
не может обеспечить изменение положения
луча с такой скоростью, так как в качестве
коммутируемых элементов в ней применяются
электромагнитные реле. Поэтому система фа-
зирования УТР-2 используется только для сле-
жения за положением Солнца. Для быстрого
сканирования сектора обзора в систему фази-
рования УТР-2 включены дополнительные фа-
зовращатели, обладающие достаточно высоким
быстродействием и большим сроком службы.
Поскольку сканирование производится в пре-
делах малого угла, оптимальным вариантом
является установка дополнительных фазовраща-
телей между выходами секции и соответствую-
щими входами системы фазирования секций
антенны W. В этом случае при быстром скани-
ровании положение диаграммы направленности
секции остается неизменным, а луч радиотелес-
копа с помощью дополнительных фазовращате-
лей перемещается в ее пределах. Это приводит
к уменьшению интенсивности принятого сигна-
ла от источника, находящегося вблизи края зоны
обзора, из-за ослабления его на скатах диаграм-
мы направленности секции. При обработке за-
писей это обстоятельство следует учитывать
и вводить соответствующие поправки при об-
работке результатов наблюдений.
Авторы благодарны В. В. Доровскому
за помощь при выполнении настоящей работы.
Литература
1. Nakajima H., Nishio M., Enome S., Shibasaki K., Taka-
no T., Hanaoka Y., Torii C., Sekiguchi H., Bushimata T.,
and Kawashima S. New Nobeyama radioheliograph //
J. Astrophys. Astron. – 1995. – Vol. 16, No. Suppl. –
P. 437-442.
2. Богод В. М., Гельфрейх Г. Б., Гребинский А. С., Опей-
кина Л. В. Корреляционный радиогелиограф на базе
РАТАН-6000 // Изв. вузов. Радиофизика. – 1995. –
Т. 39, №5. – С. 527-537.
3. Grechnev V. V., Lesovoi S. V., Smolkov G. Ya., Krissi-
nel B. B., Zandanov V. G., Altyntsev A. T., Kardapolo-
va N. N., Sergeev R. Y., Uralov A. M., Maksimov V. P.,
and Lubyshev B. I. The Siberian solar radio telescope:
the current state of the instrument, observations, and
data // Sol. Phys. – 2003. – Vol. 216, No. 1. – P. 239-272.
4. Padin S., Scott S. L., Woody D. P., Scoville N. Z., Se-
ling T. V., Finch R. P., Giovanine C. J., and Lawrence R. P.
The Owens Valley Millimeter Array // Publ. Astron. Soc.
Pac. – 1991. – Vol. 103, No. 663. – P. 461-467.
5. Yan Y., Zhang J., Chen Z., Ji G., Wang W., and Liu F.
Progress on Chinese solar radioheliograph in cm-dm
wavebands // Astron. Res. Tech. Publ. Nat. Astron.
Observ. China. – 2006. – Vol. 3, No. 2. – P. 91-98.
6. The Radioheliograph Group. The Nançay multifrequen-
cy radioheliograph: New developments and data ac-
quisition for the solar physics community // Adv. Space
Res. – 1993. – Vol. 13, No. 9. – P. 411-414.
7. Ramesh R., Subramanian K. R., Sundrajan M. S., and
Sastry Ch. V. The Gauribidanur radioheliograph // Sol.
Phys. – 1998. – Vol. 181, No. 2. – P. 439-453.
8. Sheridan K. V., Labrum N. R., Payten W. J., Nelson G. J.,
and Hill E. R. Preliminary observations of solar radio
sources with the Culgoora radioheliograph operating
at four frequencies // Sol. Phys. – 1983. – Vol. 83, No. 1. –
P. 167-177.
9. Erickson W. C., Mahoney M. J., Erb K. The Clark Lake
Teepee-Tee telescope // Astrophys. J. Suppl. Ser. –
1982. – Vol. 50. – P. 403-419.
10. Lecacheux A. The Nançay Decameter Array: A useful
step towards giant new generation radio telescopes for
long wavelength radio astronomy: in Radio Astronomy
at Long Wavelengths / Geophysical Monograph 119.
Copyright by the American Geophysical Union. –
2000. – P. 321-328.
11. White S. M., Kassim N. E., and Erickson W. C.
Solar radioastronomy with the LOFAR (LOw Frequen-
cy ARray) radio telescope // Proc. SPIE. – 2002. –
Vol. 4853. – P. 111-120.
12. Reich W. LOFAR in Germany // Adv. Radio Sci. –
2007. – Vol. 5. – P. 407-412.
13. Kassim N. E. and Polisensky E. J. The Legacy of Clark
Lake and the Road to the Long Wavelength Array //
ASP Conf. Ser. – 2005. – Vol. 345. – P. 114-124.
14. Брук Ю. М., Инютин Г. А. Двоично-дискретные ли-
нии задержки (фазовращатели) для широкополосных
электрически управляемых антенн // Антенны. –
М.: Связь. – 1978. – Вып. 26. – С. 107-121.
Геліограф радіотелескопа УТР-2.
II. Конструктивні особливості
Е. П. Абранін , О. О. Станиславський,
А. О. Коваль, О. О. Коноваленко
Ця стаття є другою частиною роботи, при-
свяченої детальному опису геліографа, створе-
ного на базі радіотелескопа УТР-2. В ній опи-
сується конструкція найважливішого елемента
геліографа – фазообертача швидкого скануван-
ня променів, а також наводиться розрахунок
довжин його комутованих кабелів. Саме за до-
помогою цього фазообертача формується зоб-
раження у даному геліографі.
Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности
143Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №2
Heliograph of the UTR-2 Radio Telescope.
II. Design Features
E. P. Abranin , A. A. Ѕtaniѕlavѕky,
A. A. Koval, and A. A. Konovalenko
The present paper is the second part of the
work devoted to the detailed description of the
heliograph based on the UTR-2 radio telescope.
The most essential heliograph component is the
phase shift module for quick sky scanning by an-
tenna beams. Its construction is represented to-
gether with the length calculations of its switched
cables. An image in the actual heliograph is formed
just due to this module.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98211 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:02:22Z |
| publishDate | 2010-11-09 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Абранин, Э.П. Станиславский, А.А. Коваль, А.А. Коноваленко, А.А. 2016-04-10T16:39:32Z 2016-04-10T16:39:32Z 2010-11-09 Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности / Э.П. Абранин , А.А. Станиславский, А А. Коваль, А.А. Коноваленко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 2. — С.135-143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98211 523.9, 520.27 Настоящая статья представляет собой вторую часть работы, посвященной детальному описанию гелиографа, созданного на базе радиотелескопа УТР-2. В ней изложена конструкция наиболее важного элемента гелиографа– фазовращателя быстрого сканирования лучей, а также приводится расчет длин его коммутируемых кабелей. Именно с помощью этого фазовращателя формируется
 изображение в данном гелиографе. Ця стаття є другою частиною роботи, присвяченої детальному опису геліографа, створеного на базі радіотелескопа УТР-2. В ній описується конструкція найважливішого елемента геліографа – фазообертача швидкого сканування променів, а також наводиться розрахунок довжин його комутованих кабелів. Саме за допомогою цього фазообертача формується зображення у даному геліографі. The present paper is the second part of the
 work devoted to the detailed description of the
 heliograph based on the UTR-2 radio telescope.
 The most essential heliograph component is the
 phase shift module for quick sky scanning by antenna
 beams. Its construction is represented together
 with the length calculations of its switched
 cables. An image in the actual heliograph is formed
 just due to this module. Авторы благодарны В. В. Доровскому за помощь при выполнении настоящей работы. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиоастрономия и астрофизика Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности Геліограф радіотелескопа УТР-2. II. Конструктивні особливості Heliograph of the UTR-2 Radio Telescope. II. Design Features Article published earlier |
| spellingShingle | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности Абранин, Э.П. Станиславский, А.А. Коваль, А.А. Коноваленко, А.А. Радиоастрономия и астрофизика |
| title | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности |
| title_alt | Геліограф радіотелескопа УТР-2. II. Конструктивні особливості Heliograph of the UTR-2 Radio Telescope. II. Design Features |
| title_full | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности |
| title_fullStr | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности |
| title_full_unstemmed | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности |
| title_short | Гелиограф радиотелескопа УТР-2. II. Конструктивные особенности |
| title_sort | гелиограф радиотелескопа утр-2. ii. конструктивные особенности |
| topic | Радиоастрономия и астрофизика |
| topic_facet | Радиоастрономия и астрофизика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98211 |
| work_keys_str_mv | AT abraninép geliografradioteleskopautr2iikonstruktivnyeosobennosti AT stanislavskiiaa geliografradioteleskopautr2iikonstruktivnyeosobennosti AT kovalʹaa geliografradioteleskopautr2iikonstruktivnyeosobennosti AT konovalenkoaa geliografradioteleskopautr2iikonstruktivnyeosobennosti AT abraninép gelíografradíoteleskopautr2iikonstruktivníosoblivostí AT stanislavskiiaa gelíografradíoteleskopautr2iikonstruktivníosoblivostí AT kovalʹaa gelíografradíoteleskopautr2iikonstruktivníosoblivostí AT konovalenkoaa gelíografradíoteleskopautr2iikonstruktivníosoblivostí AT abraninép heliographoftheutr2radiotelescopeiidesignfeatures AT stanislavskiiaa heliographoftheutr2radiotelescopeiidesignfeatures AT kovalʹaa heliographoftheutr2radiotelescopeiidesignfeatures AT konovalenkoaa heliographoftheutr2radiotelescopeiidesignfeatures |