拋物面反射鏡

拋物面孔徑橫截面一般為軸對(duì)稱(chēng)的圓形孔徑﹐少數(shù)為橢圓孔徑﹐因此﹐波束方向圖為"鉛筆"狀。方向圖特性與饋源對(duì)孔徑的照射分布有關(guān)，孔徑照射有兩種型式，一種是將饋源(如喇叭﹑振子等)放在拋物面焦點(diǎn)處，接收來(lái)自某個(gè)方向并經(jīng)拋物面反射的電磁波(圖1a )的前饋單方式。另一種是將饋源放在副反射器另一個(gè)焦點(diǎn)處，接收由副反射面反射電磁波的后饋方式。

拋物面射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率和靈敏度都與反射面直徑D 密切相關(guān)。增大天線(xiàn)口徑D ﹐能有效改善望遠(yuǎn)鏡的接受性能。主反射面和理想拋物面的中值公差 ﹐對(duì)波長(zhǎng)為λ時(shí)的孔徑效率 的影響﹐可用魯茲公式表示:

。

通常規(guī)定﹐以孔徑效率降為其無(wú)公差( =0)極限值 0的一半的波長(zhǎng)為該望遠(yuǎn)鏡的最短工作波長(zhǎng)﹐即min≒16。實(shí)際應(yīng)用上常以比值D / 來(lái)表徵拋物面天線(xiàn)的相對(duì)精度。目前最好的可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)精度已達(dá)到10量級(jí)﹐最高分辨率已達(dá)到1量級(jí)。

重力彎沉﹑結(jié)構(gòu)各部分溫差及風(fēng)荷所引起的形變都是設(shè)計(jì)和制造大型精密可跟蹤射電望遠(yuǎn)鏡的主要限制。前者對(duì)天線(xiàn)影響更大﹐而且隨天線(xiàn)俯仰角的變化而變化。對(duì)于最短工作波長(zhǎng)為 min(厘米)的鋼結(jié)構(gòu)可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡﹐因重力彎沉所限制的最大可能直徑D (米)﹐可用近似模型推算的公式﹕

來(lái)估計(jì)。現(xiàn)已研究出用主動(dòng)和被動(dòng)伺服系統(tǒng)來(lái)控制反射面的重力彎沉﹐對(duì)一些大型或精密的可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡成功地采用了保形設(shè)計(jì)。通過(guò)這種合理的設(shè)計(jì)來(lái)控制重力彎沉﹐可使表面在不同仰角都保持拋物面形狀。反射面焦點(diǎn)的改變﹐可通過(guò)伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)饋源或二次反射面位置得到補(bǔ)償﹐從而大大提高了望遠(yuǎn)鏡的D / 值﹐這就突破了重力彎沉的限制。有的毫米波和短厘米波的精密可跟蹤射電望遠(yuǎn)鏡﹐裝在對(duì)射電波透明的圓罩內(nèi)﹐以避免風(fēng)荷和太陽(yáng)直接照射下各部分較大溫差引起的形變﹐并且采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料﹐以減小重力彎沉。

可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械和驅(qū)動(dòng)裝置﹐應(yīng)保證必要的指向精度和跟蹤精度。指向誤差 必須是望遠(yuǎn)鏡半功率方向束寬 的一小部分﹐一般取 ≒ /10﹐最大也不應(yīng)超過(guò) /6。望遠(yuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)裝置分赤道式和地平式兩種。赤道式裝置(圖2a

可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡可單獨(dú)使用﹐作定標(biāo)和測(cè)量偏振﹑譜線(xiàn)﹑源亮度分布和普遍巡天之用。它又可作為射電干涉儀﹑綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)單元﹐這時(shí)它能保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間跟蹤的需要。目前最大的可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡是西德馬克斯·普朗克射電天文研究所的100米拋物面望遠(yuǎn)鏡。