EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE
PACS numbers: 84.40.BaPurpose: Theoretical studies of sensitivity fluctuations of a phased array antenna element for the GURT radio telescope of the new generation caused by seasonal changes of the ground parameters.Design/methodology/approach: A mathematical model of an active antenna represente...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | rus |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1320 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1320 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
rus |
| topic |
radio telescope phased array antenna active antenna noise temperature sensitivity радиотелескоп фазированная антенная решетка (ФАР) активная антенна шумовая температура чувствительность радіотелескоп фазована антенна решітка (ФАР) активна антена шумова температура чутливість |
| spellingShingle |
radio telescope phased array antenna active antenna noise temperature sensitivity радиотелескоп фазированная антенная решетка (ФАР) активная антенна шумовая температура чувствительность радіотелескоп фазована антенна решітка (ФАР) активна антена шумова температура чутливість Tokarsky, P. L. Konovalenko, A. A. Kalinichenko, N. N. Yerin, S. N. EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| topic_facet |
radio telescope phased array antenna active antenna noise temperature sensitivity радиотелескоп фазированная антенная решетка (ФАР) активная антенна шумовая температура чувствительность радіотелескоп фазована антенна решітка (ФАР) активна антена шумова температура чутливість |
| format |
Article |
| author |
Tokarsky, P. L. Konovalenko, A. A. Kalinichenko, N. N. Yerin, S. N. |
| author_facet |
Tokarsky, P. L. Konovalenko, A. A. Kalinichenko, N. N. Yerin, S. N. |
| author_sort |
Tokarsky, P. L. |
| title |
EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| title_short |
EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| title_full |
EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| title_fullStr |
EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| title_full_unstemmed |
EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE |
| title_sort |
effect of the ground parameter variations on the sensitivity of an active phased array antenna element of the low-frequency gurt radio telescope |
| title_alt |
ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ ВАРИАЦИЙ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТА НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕМЕНТА АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ РАДИОТЕЛЕСКОПА ГУРТ ВПЛИВ СЕЗОННИХ ВАРІАЦІЙ ПАРАМЕТРІВ ГРУНТУ НА ЧУТЛИВІСТЬ ЕЛЕМЕНТА АКТИВНОЇ ФАЗОВАНОЇ АНТЕННОЇ РЕШІТКИ РАДІОТЕЛЕСКОПА ГУРТ |
| description |
PACS numbers: 84.40.BaPurpose: Theoretical studies of sensitivity fluctuations of a phased array antenna element for the GURT radio telescope of the new generation caused by seasonal changes of the ground parameters.Design/methodology/approach: A mathematical model of an active antenna represented as a two-port network, whose electrical parameters are described with the scattering matrix and the noise parameters – with the covariation matrix of noise wave spectral densities was used for studying the GURT phased array antenna element composed of a dipole and a low-noise amplifier (LNA). Such a model allows a correct analysis of a signal-to-noise ratio at the active antenna output accounting for all internal and external noise sources. Findings: A numerical analysis of the GURT radio telescope phased array antenna element characteristics was made in a wide frequency range of 8 to 80 MHz. It was found that the seasonal fluctuations of permittivity and conductivity of the ground, which make about 8 and 6 dB correspondingly, mostly affect the dipole efficiency and its impedance matching with the LNA. Variations of both parameters reach 3 dB but have the opposite sign, therefore their effect upon the active antenna sensitivity is mostly compensated. As a result, it is shown that the seasonal fluctuations of the ground parameters do not result in the substantial active antenna sensitivity variations, which lay in about the 0.5 dB range, and only at the lowest frequencies grow to about the 1.5 dB value.Conclusions: The research efforts made have shown that the seasonal fluctuations of the ground electrophysical parameters result in small variations of the sensitivity of the GURT phased ±0.75 dB, which cannot array antenna element, not exceeding affect the quality of radio-astronomy observations considerably. The results of this work can be useful in the development and researches of the ground active phased array antennas designed for operation in the meter and decameter wavelength ranges.Keywords: radio telescope, phased array antenna, active antenna, noise temperature, sensitivityManuscript submitted 15.10.2019Radio phys. radio astron. 2019, 24(4): 233-241REFERENCES1. SOMMERFELD, A., 1909. Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie. Ann. Phys. vol. 28, no. 4, pp. 665–736. DOI: https://doi.org/10.1002/andp.190933304022. WAIT, J. R., 1998. The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation. IEEE Antennas Propag. Mag. vol. 40, is. 5, pp. 7–24. DOI: https://doi.org/10.1109/74.7359613. BAŇOS, A., 1966. Dipole radiation in the presence of a conducting half-space. New York. NY: Pergamon Press.4. LAVROV, G. A. and KNYAZEV, A. S., 1965. Ground and underground antennas. Moscow, Russia: Sovetskoe Radio. (in Russian).5. HANSEN, P. M., 1972. The Radiation Efficiency of a Dipole Antenna Located Above an Imperfectly Conducting Ground. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 20, is. 6, pp. 766–770. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1972.11403126. SHIFRIN, Ya. S., 1948. On the radiation resistance of a vertical antenna taking into account the ground effect. Bulletin of the Artillery Radio Engineering Academy. Kharkiv, Ukraine: AREA Publ. no. 3, pp. 21–45. (in Russian).7. ELLINGSON, S. W. and KRAMER, T. C., 2005. Sensitivity and bandwidth of low-gain active antennas below 100 MHz. In: IEEE Int. APS Symp. Proceedings. Washington, DC, USA, July 3-8, 2005. Washington. vol. 3A, pp. 561–564. DOI: https://doi.org/10.1109/APS.2005.15523138. ELLINGSON, S. W., 2005. Antennas for the next generation of low frequency radio telescopes. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 53, no. 8, pp. 2480–2489. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2005.8522819. ELLINGSON, S. W., 2011. Sensitivity of Antenna Arrays for Long-Wavelength Radio Astronomy. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 59, no. 6, pp. 1855–1863. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2011.212223010. TOKARSKY, P. L., KONOVALENKO, A. A., YERIN, S. N. and BUBNOV, I. N., 2016. Sensitivity of Active Phased Antenna Array Element of GURT Radio Telescope. Radio Phys. Radio Astron. vol. 21, no. 1, pp. 48–57. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra21.01.04811. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, 2014. Handbook on Ground Wave Propagation [online]. [viewed 10 September 2019]. Available from: https:// www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB-59-2014- PDF-E.pdf12. TOKARSKY, P. L., KONOVALENKO, A. A. and YERIN, S. N., 2015. Analysis of Active Phased Antenna Array Parameters for the GURT Radio Telescope. Radio Phys. Radio Astron. vol. 20, no. 2, pp. 142–153. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra20.02.14213. FALKOVICH, I. S., SODIN, L. G. and KALINICHENKO, N. N., 2000. Measurement of Substrate Parameters for Specification of Characteristics of Antennas Located Near the Earth’s Surface. Radio Phys. Radio Astron. vol. 5, no. 2, pp. 195–205. (in Russian).14. KRYMKIN, V. V., 1971. The spectrum of background lowfrequency radio emission. Radiophys. Quantum Electron. vol. 14, is. 2, pp. 161–164. DOI: https://doi.org/10.1007/BF0103139515. KRAUS, J. D., 1966. Radio Astronomy. New York: McGraw-Hill.16. WROBEL, J. M. and WALKER, R. C., 1999. Sensitivity. In: G. B. TAYLOR, C. L. CARILLI, and R. A. PERLEY, eds. Synthesis Imaging in Radio Astronomy II. ASP Conference Series. vol. 180, pp. 171–186.17. HICKS, B. C., PARAVASTU-DALAL, N., STEWART, K. P., ERICKSON, W. C., RAY, P. S., KASSIM, N. E., BURNS, S., CLARKE, T., SCHMITT, H., CRAIG, J., HARTMAN, J. and WEILER, K. W., 2012. A Wide-Band, Active Antenna System for Long Wavelength Radio Astronomy. Publ. Astron. Soc. Pac. vol. 124, no. 920, pp. 1090–1104. DOI: https://doi.org/10.1086/66812118. ERICKSON, B., 2005. Integration Times. In: Long Wavelength Array (LWA) Memo Series. [online]. [viewed 10 October 2019]. Available from: http://www.phys.unm.edu/ ~lwa/memos/memo/lwa0023.pdf19. VOORS, A., 2019. 4nec2 – NEC based antenna modeler and optimizer. [online]. [viewed 10 October 2019]. Available from: www/URL: http://www.qsl.net/4nec2/20. HARRINGTON, R. F., 1993. Field Computation by moment methods. Piscataway, NJ: IEEE Press. DOI: https://doi.org/10.1109/978047054463121. NI AWR, 2019. NI AWR Design Environment [online]. [viewed 10 September 2019]. Available from: https:// www.awr.com/software/products/ni-awr-design-environment |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1320 |
| work_keys_str_mv |
AT tokarskypl effectofthegroundparametervariationsonthesensitivityofanactivephasedarrayantennaelementofthelowfrequencygurtradiotelescope AT konovalenkoaa effectofthegroundparametervariationsonthesensitivityofanactivephasedarrayantennaelementofthelowfrequencygurtradiotelescope AT kalinichenkonn effectofthegroundparametervariationsonthesensitivityofanactivephasedarrayantennaelementofthelowfrequencygurtradiotelescope AT yerinsn effectofthegroundparametervariationsonthesensitivityofanactivephasedarrayantennaelementofthelowfrequencygurtradiotelescope AT tokarskypl vliâniesezonnyhvariacijparametrovgruntanačuvstvitelʹnostʹélementaaktivnojfazirovannojantennojrešetkiradioteleskopagurt AT konovalenkoaa vliâniesezonnyhvariacijparametrovgruntanačuvstvitelʹnostʹélementaaktivnojfazirovannojantennojrešetkiradioteleskopagurt AT kalinichenkonn vliâniesezonnyhvariacijparametrovgruntanačuvstvitelʹnostʹélementaaktivnojfazirovannojantennojrešetkiradioteleskopagurt AT yerinsn vliâniesezonnyhvariacijparametrovgruntanačuvstvitelʹnostʹélementaaktivnojfazirovannojantennojrešetkiradioteleskopagurt AT tokarskypl vplivsezonnihvaríacíjparametrívgruntunačutlivístʹelementaaktivnoífazovanoíantennoírešítkiradíoteleskopagurt AT konovalenkoaa vplivsezonnihvaríacíjparametrívgruntunačutlivístʹelementaaktivnoífazovanoíantennoírešítkiradíoteleskopagurt AT kalinichenkonn vplivsezonnihvaríacíjparametrívgruntunačutlivístʹelementaaktivnoífazovanoíantennoírešítkiradíoteleskopagurt AT yerinsn vplivsezonnihvaríacíjparametrívgruntunačutlivístʹelementaaktivnoífazovanoíantennoírešítkiradíoteleskopagurt |
| first_indexed |
2024-05-26T06:29:27Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:29:27Z |
| _version_ |
1800358366239784960 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-13202019-12-19T14:43:51Z EFFECT OF THE GROUND PARAMETER VARIATIONS ON THE SENSITIVITY OF AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ELEMENT OF THE LOW-FREQUENCY GURT RADIO TELESCOPE ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ ВАРИАЦИЙ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТА НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕМЕНТА АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ РАДИОТЕЛЕСКОПА ГУРТ ВПЛИВ СЕЗОННИХ ВАРІАЦІЙ ПАРАМЕТРІВ ГРУНТУ НА ЧУТЛИВІСТЬ ЕЛЕМЕНТА АКТИВНОЇ ФАЗОВАНОЇ АНТЕННОЇ РЕШІТКИ РАДІОТЕЛЕСКОПА ГУРТ Tokarsky, P. L. Konovalenko, A. A. Kalinichenko, N. N. Yerin, S. N. radio telescope; phased array antenna; active antenna; noise temperature; sensitivity радиотелескоп; фазированная антенная решетка (ФАР); активная антенна; шумовая температура; чувствительность радіотелескоп; фазована антенна решітка (ФАР); активна антена; шумова температура; чутливість PACS numbers: 84.40.BaPurpose: Theoretical studies of sensitivity fluctuations of a phased array antenna element for the GURT radio telescope of the new generation caused by seasonal changes of the ground parameters.Design/methodology/approach: A mathematical model of an active antenna represented as a two-port network, whose electrical parameters are described with the scattering matrix and the noise parameters – with the covariation matrix of noise wave spectral densities was used for studying the GURT phased array antenna element composed of a dipole and a low-noise amplifier (LNA). Such a model allows a correct analysis of a signal-to-noise ratio at the active antenna output accounting for all internal and external noise sources. Findings: A numerical analysis of the GURT radio telescope phased array antenna element characteristics was made in a wide frequency range of 8 to 80 MHz. It was found that the seasonal fluctuations of permittivity and conductivity of the ground, which make about 8 and 6 dB correspondingly, mostly affect the dipole efficiency and its impedance matching with the LNA. Variations of both parameters reach 3 dB but have the opposite sign, therefore their effect upon the active antenna sensitivity is mostly compensated. As a result, it is shown that the seasonal fluctuations of the ground parameters do not result in the substantial active antenna sensitivity variations, which lay in about the 0.5 dB range, and only at the lowest frequencies grow to about the 1.5 dB value.Conclusions: The research efforts made have shown that the seasonal fluctuations of the ground electrophysical parameters result in small variations of the sensitivity of the GURT phased ±0.75 dB, which cannot array antenna element, not exceeding affect the quality of radio-astronomy observations considerably. The results of this work can be useful in the development and researches of the ground active phased array antennas designed for operation in the meter and decameter wavelength ranges.Keywords: radio telescope, phased array antenna, active antenna, noise temperature, sensitivityManuscript submitted 15.10.2019Radio phys. radio astron. 2019, 24(4): 233-241REFERENCES1. SOMMERFELD, A., 1909. Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie. Ann. Phys. vol. 28, no. 4, pp. 665–736. DOI: https://doi.org/10.1002/andp.190933304022. WAIT, J. R., 1998. The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation. IEEE Antennas Propag. Mag. vol. 40, is. 5, pp. 7–24. DOI: https://doi.org/10.1109/74.7359613. BAŇOS, A., 1966. Dipole radiation in the presence of a conducting half-space. New York. NY: Pergamon Press.4. LAVROV, G. A. and KNYAZEV, A. S., 1965. Ground and underground antennas. Moscow, Russia: Sovetskoe Radio. (in Russian).5. HANSEN, P. M., 1972. The Radiation Efficiency of a Dipole Antenna Located Above an Imperfectly Conducting Ground. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 20, is. 6, pp. 766–770. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1972.11403126. SHIFRIN, Ya. S., 1948. On the radiation resistance of a vertical antenna taking into account the ground effect. Bulletin of the Artillery Radio Engineering Academy. Kharkiv, Ukraine: AREA Publ. no. 3, pp. 21–45. (in Russian).7. ELLINGSON, S. W. and KRAMER, T. C., 2005. Sensitivity and bandwidth of low-gain active antennas below 100 MHz. In: IEEE Int. APS Symp. Proceedings. Washington, DC, USA, July 3-8, 2005. Washington. vol. 3A, pp. 561–564. DOI: https://doi.org/10.1109/APS.2005.15523138. ELLINGSON, S. W., 2005. Antennas for the next generation of low frequency radio telescopes. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 53, no. 8, pp. 2480–2489. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2005.8522819. ELLINGSON, S. W., 2011. Sensitivity of Antenna Arrays for Long-Wavelength Radio Astronomy. IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 59, no. 6, pp. 1855–1863. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2011.212223010. TOKARSKY, P. L., KONOVALENKO, A. A., YERIN, S. N. and BUBNOV, I. N., 2016. Sensitivity of Active Phased Antenna Array Element of GURT Radio Telescope. Radio Phys. Radio Astron. vol. 21, no. 1, pp. 48–57. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra21.01.04811. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, 2014. Handbook on Ground Wave Propagation [online]. [viewed 10 September 2019]. Available from: https:// www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB-59-2014- PDF-E.pdf12. TOKARSKY, P. L., KONOVALENKO, A. A. and YERIN, S. N., 2015. Analysis of Active Phased Antenna Array Parameters for the GURT Radio Telescope. Radio Phys. Radio Astron. vol. 20, no. 2, pp. 142–153. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra20.02.14213. FALKOVICH, I. S., SODIN, L. G. and KALINICHENKO, N. N., 2000. Measurement of Substrate Parameters for Specification of Characteristics of Antennas Located Near the Earth’s Surface. Radio Phys. Radio Astron. vol. 5, no. 2, pp. 195–205. (in Russian).14. KRYMKIN, V. V., 1971. The spectrum of background lowfrequency radio emission. Radiophys. Quantum Electron. vol. 14, is. 2, pp. 161–164. DOI: https://doi.org/10.1007/BF0103139515. KRAUS, J. D., 1966. Radio Astronomy. New York: McGraw-Hill.16. WROBEL, J. M. and WALKER, R. C., 1999. Sensitivity. In: G. B. TAYLOR, C. L. CARILLI, and R. A. PERLEY, eds. Synthesis Imaging in Radio Astronomy II. ASP Conference Series. vol. 180, pp. 171–186.17. HICKS, B. C., PARAVASTU-DALAL, N., STEWART, K. P., ERICKSON, W. C., RAY, P. S., KASSIM, N. E., BURNS, S., CLARKE, T., SCHMITT, H., CRAIG, J., HARTMAN, J. and WEILER, K. W., 2012. A Wide-Band, Active Antenna System for Long Wavelength Radio Astronomy. Publ. Astron. Soc. Pac. vol. 124, no. 920, pp. 1090–1104. DOI: https://doi.org/10.1086/66812118. ERICKSON, B., 2005. Integration Times. In: Long Wavelength Array (LWA) Memo Series. [online]. [viewed 10 October 2019]. Available from: http://www.phys.unm.edu/ ~lwa/memos/memo/lwa0023.pdf19. VOORS, A., 2019. 4nec2 – NEC based antenna modeler and optimizer. [online]. [viewed 10 October 2019]. Available from: www/URL: http://www.qsl.net/4nec2/20. HARRINGTON, R. F., 1993. Field Computation by moment methods. Piscataway, NJ: IEEE Press. DOI: https://doi.org/10.1109/978047054463121. NI AWR, 2019. NI AWR Design Environment [online]. [viewed 10 September 2019]. Available from: https:// www.awr.com/software/products/ni-awr-design-environment УДК 520.272.2:621.396.674Предмет и цель работы: Теоретические исследования изменений чувствительности элемента фазированной антенной решетки (ФАР) радиотелескопа нового поколения ГУРТ, обусловленных сезонными колебаниями параметров грунта. Методы и методология: Для исследования элемента ФАР ГУРТ, состоящего из диполя и малошумящего усилителя, использована математическая модель активной антенны в виде четырехполюсника, электрические параметры которого задаются матрицей рассеяния, а шумовые – ковариационной матрицей спектральных плотностей шумовых волн. Такая модель позволяет выполнять корректный анализ отношения сигнал/шум на выходе активной антенны с учетом внешних и внутренних источников шума.Результаты: Выполнен численный анализ характеристик элемента активной ФАР радиотелескопа ГУРТ в широком диапазоне частот 8÷80 МГц. Установлено, что сезонные колебания параметров грунта, диэлектрической проницаемости и удельной проводимости, составляющие около 8 и 6 дБ соответственно, оказывают наиболее заметное влияние на КПД диполя и коэффициент его согласования с малошумящим усилителем. Вариации обоих этих параметров достигают 3 дБ, однако они противоположны по знаку, поэтому их влияние на чувствительность активной антенны практически взаимно компенсируется. В результате показано, что сезонные изменения параметров грунта не приводят к существенным вариациям чувствительности активной антенны, размах которых в большей части диапазона частот составляет примерно 0.5 дБ и только с приближением к нижней его частоте возрастает примерно до 1.5 дБ.Заключение: Проведенные в работе исследования показали, что сезонные колебания электрофизических параметров грунта приводят к небольшим вариациям чувствительности элемента ФАР ГУРТ, не превышающим ±0.75 дБ, которые не могут заметно повлиять на качество радиоастрономических наблюдений. Результаты настоящей работы могут быть полезны при разработке и исследованиях приземных активных ФАР, предназначенных для работы в диапазонах метровых и декаметровых волн. Ключевые слова: радиотелескоп, фазированная антенная решетка (ФАР), активная антенна, шумовая температура, чувствительностьСтатья поступила в редакцию 15.10.2019Radio phys. radio astron. 2019, 24(4): 233-241СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Sommerfeld A. Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie. Ann. Phys. 1909. Vol. 28, No. 4. P. 665–736. DOI: 10.1002/andp.190933304022. Wait J. R. The Ancient and Modern History of EM GroundWave Propagation. IEEE Antennas Propag. Mag. 1998. Vol. 40, Is. 5. P. 7–24. DOI: 10.1109/74.7359613. Baňos А. Dipole radiation in the presence of а conducting half-space. New York, NY: Pergamon Press, 1966.4. Лавров Г. А., Князев А. С. Приземные и подземные антенны. Москва: Сов. Радио, 1965.5. Hansen P. M. The Radiation Efficiency of a Dipole Antenna Located Above an Imperfectly Conducting Ground. IEEE Trans. Antennas Propag. 1972. Vol. 20, Is. 6. P. 766–770. DOI: 10.1109/TAP.1972.11403126. Шифрин Я. С. О сопротивлении излучения вертикальной антенны с учетом влияния почвы. Бюллетень АРТА. Харьков: Из-во АРТА, 1948. № 3. С. 21–45.7. Ellingson S. W. and Kramer T. C. Sensitivity and bandwidth of low-gain active antennas below 100 MHz. Proceedings of the 2005 IEEE Int. APS Symp. (3-8 July, 2005. Washington). Washington, DC, USA, 2005. Vol. 3A. P. 561–564. DOI: 10.1109/APS.2005.15523138. Ellingson S. W. Antennas for the next generation of low frequency radio telescopes. IEEE Trans. Antennas Propag. 2005. Vol. 53, No. 8. P. 2480–2489. DOI: 10.1109/ TAP.2005.8522819. Ellingson S. W. Sensitivity of antenna arrays for longwavelength radio astronomy. IEEE Trans. Antennas Propag. 2011. Vol. 59, No. 6. P. 1855–1863. DOI: 10.1109/TAP. 2011.212223010. Токарский П. Л., Коноваленко А. А., Ерин С. Н., Бубнов И. Н. Чувствительность элемента активной ФАР радиотелескопа ГУРТ. Радиофизика и радиоастрономия. 2016. Т. 21, № 1. С. 48–57. DOI: 10.15407/ rpra21.01.04811. Справочник по распространению земных волн. Международный союз электросвязи (ITU). 2014. URL: www/URL: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB59-2014-PDF-R.pdf (дата обращения: 10.09.2019).12. Токарский П. Л., Коноваленко А. А., Ерин С. Н. Анализ параметров активной фазированной антенной решетки радиотелескопа ГУРТ. Радиофизика и радиоастрономия. 2015. Т. 20, № 2. С. 142–153. DOI: 10.15407/rpra20.02.142.13. Фалькович И. С., Содин Л. Г., Калиниченко Н. Н. Измерение параметров подстилающей поверхности для уточнения характеристик приземных антенн. Радиофизика и радиоастрономия. 2000. Т. 5, № 2. С. 195–205.14. Крымкин В. В. Спектр низкочастотного излучения фона. Известия вузов. Радиофизика. 1971. Т. 14, № 2. С. 199–203.15. Краус Дж. Д. Радиоастрономия. Пер. с англ. под ред. В. В. Железнякова. Москва: Сов. радио, 1973.16. Wrobel J. M. and Walker R. C. Sensitivity. In: G. B. Taylor, C. L. Carilli, and R. A. Perley, eds. Synthesis Imaging in Radio Astronomy II. ASP Conference Series. 1999. Vol. 180. P. 171–186.17. Hicks B. C., Paravastu-Dalal N., Stewart K. P., Erickson W. C., Ray P. S., Kassim N. E., Burns S., Clarke T., Schmitt H., Craig J., Hartman J., and Weiler K. W. A WideBand, active antenna system for long wavelength radio astronomy. Publ. Astron. Soc. Pac. 2012. Vol. 124, No. 920. P. 1090–1104. DOI: 10.1086/66812118. Erickson B. Integration Times. Long Wavelength Array (LWA) Memo Series. 2005. URL: http://www.phys.unm. edu/~lwa/memos/memo/lwa0023.pdf (дата обращения: 10.10.2019).19. Voors A. 4nec2 – NEC based antenna modeler and optimizer. URL: http://www.qsl.net/4nec2/ (дата обращения: 10.09.2019).20. Harrington R. F. Field Computation by Moment Methods. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1993.21. NI AWR. NI AWR Design Environment. URL: https:// www.awr.com/software/products/ni-awr-design-environment (дата обращения: 10.09.2019). УДК 520.272.2:621.396.674Предмет і мета роботи: Теоретичні дослідження змін чутливості елемента фазованої антенної решітки (ФАР) радіотелескопа нового покоління ГУРТ, спричинених сезонними коливаннями параметрів ґрунту.Методи і методологія: Для дослідження елемента ФАР ГУРТ, що складається з диполя та малошумного підсилювача, використано математичну модель активної антени у вигляді чотириполюсника, електричні параметри якого задаються матрицею розсіювання, а шумові – коваріаційною матрицею спектральних густин шумових хвиль. Така модель дозволяє виконувати коректний аналіз відношення сигнал/шум на виході активної антени з урахуванням зовнішніх та внутрішніх джерел шуму.Результати: Виконано числовий аналіз характеристик елемента активної ФАР радіотелескопа ГУРТ у широкому діапазоні частот 8÷80 МГц. Встановлено, що сезонні коливання параметрів ґрунту, які складають близько 8 та 6 дБ за діелектричною проникністю та питомою провідністю відповідно, чинять найпомітніший вплив на ККД диполя та коефіцієнт його узгодження з малошумним підсилювачем. Варіації обох параметрів досягають 3 дБ, однак вони протилежні за знаком, тому їхній вплив на чутливість активної антени практично взаємно компенсується. У результаті показано, що сезонні зміни параметрів ґрунту не призводять до суттєвих варіацій чутливості активної антени, розмах яких у більшій частині діапазону частот складає близько 0.5 дБ і тільки з наближенням до нижньої його частоти зростає приблизно до 1.5 дБ.Висновок: Виконані у роботі дослідження показали, що сезонні коливання електрофізичних параметрів ґрунта призводять до незначних варіацій чутливості елемента ФАР ГУРТ, що не перевищують ±0.75 дБ, які не можуть помітно вплинути на якість радіоастрономічних спостережень. Результати цієї роботи можуть бути корисними у розробці та дослідженнях приземних активних ФАР, призначених для роботи в діапазонах метрових та декаметрових хвиль.Ключові слова: радіотелескоп, фазована антенна решітка (ФАР), активна антена, шумова температура, чутливістьСтаття надійшла до редакції 15.10.2019Radio phys. radio astron. 2019, 24(4): 233-241СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ1. Sommerfeld A. Uber die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie. Ann. Phys. 1909. Vol. 28, No. 4. P. 665–736. DOI: 10.1002/andp.190933304022. Wait J. R. The Ancient and Modern History of EM GroundWave Propagation. IEEE Antennas Propag. Mag. 1998. Vol. 40, Is. 5. P. 7–24. DOI: 10.1109/74.7359613. Baňos А. Dipole radiation in the presence of а conducting half-space. New York, NY: Pergamon Press, 1966.4. Лавров Г. А., Князев А. С. Приземные и подземные антенны. Москва: Сов. Радио, 1965.5. Hansen P. M. The Radiation Efficiency of a Dipole Antenna Located Above an Imperfectly Conducting Ground. IEEE Trans. Antennas Propag. 1972. Vol. 20, Is. 6. P. 766–770. DOI: 10.1109/TAP.1972.11403126. Шифрин Я. С. О сопротивлении излучения вертикальной антенны с учетом влияния почвы. Бюллетень АРТА. Харьков: Из-во АРТА, 1948. № 3. С. 21–45.7. Ellingson S. W. and Kramer T. C. Sensitivity and bandwidth of low-gain active antennas below 100 MHz. Proceedings of the 2005 IEEE Int. APS Symp. (3-8 July, 2005. Washington). Washington, DC, USA, 2005. Vol. 3A. P. 561–564. DOI: 10.1109/APS.2005.15523138. Ellingson S. W. Antennas for the next generation of low frequency radio telescopes. IEEE Trans. Antennas Propag. 2005. Vol. 53, No. 8. P. 2480–2489. DOI: 10.1109/ TAP.2005.8522819. Ellingson S. W. Sensitivity of antenna arrays for longwavelength radio astronomy. IEEE Trans. Antennas Propag. 2011. Vol. 59, No. 6. P. 1855–1863. DOI: 10.1109/TAP. 2011.212223010. Токарский П. Л., Коноваленко А. А., Ерин С. Н., Бубнов И. Н. Чувствительность элемента активной ФАР радиотелескопа ГУРТ. Радиофизика и радиоастрономия. 2016. Т. 21, № 1. С. 48–57. DOI: 10.15407/ rpra21.01.04811. Справочник по распространению земных волн. Международный союз электросвязи (ITU). 2014. URL: www/URL: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB59-2014-PDF-R.pdf (дата обращения: 10.09.2019).12. Токарский П. Л., Коноваленко А. А., Ерин С. Н. Анализ параметров активной фазированной антенной решетки радиотелескопа ГУРТ. Радиофизика и радиоастрономия. 2015. Т. 20, № 2. С. 142–153. DOI: 10.15407/rpra20.02.142.13. Фалькович И. С., Содин Л. Г., Калиниченко Н. Н. Измерение параметров подстилающей поверхности для уточнения характеристик приземных антенн. Радиофизика и радиоастрономия. 2000. Т. 5, № 2. С. 195–205.14. Крымкин В. В. Спектр низкочастотного излучения фона. Известия вузов. Радиофизика. 1971. Т. 14, № 2. С. 199–203.15. Краус Дж. Д. Радиоастрономия. Пер. с англ. под ред. В. В. Железнякова. Москва: Сов. радио, 1973.16. Wrobel J. M. and Walker R. C. Sensitivity. In: G. B. Taylor, C. L. Carilli, and R. A. Perley, eds. Synthesis Imaging in Radio Astronomy II. ASP Conference Series. 1999. Vol. 180. P. 171–186.17. Hicks B. C., Paravastu-Dalal N., Stewart K. P., Erickson W. C., Ray P. S., Kassim N. E., Burns S., Clarke T., Schmitt H., Craig J., Hartman J., and Weiler K. W. A WideBand, active antenna system for long wavelength radio astronomy. Publ. Astron. Soc. Pac. 2012. Vol. 124, No. 920. P. 1090–1104. DOI: 10.1086/66812118. Erickson B. Integration Times. Long Wavelength Array (LWA) Memo Series. 2005. URL: http://www.phys.unm. edu/~lwa/memos/memo/lwa0023.pdf (дата обращения: 10.10.2019).19. Voors A. 4nec2 – NEC based antenna modeler and optimizer. URL: http://www.qsl.net/4nec2/ (дата обращения: 10.09.2019).20. Harrington R. F. Field Computation by Moment Methods. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1993.21. NI AWR. NI AWR Design Environment. URL: https:// www.awr.com/software/products/ni-awr-design-environment (дата обращения: 10.09.2019). Видавничий дім «Академперіодика» 2019-11-22 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1320 10.15407/rpra24.04.233 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 24, No 4 (2019); 233 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 24, No 4 (2019); 233 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 24, No 4 (2019); 233 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra24.04 rus http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1320/982 Copyright (c) 2019 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |