可跟踪抛物面射电望远镜

射电望远镜由两个反射器组成，一个是初级反射器，习惯名称为副反射器，另一个是次级反射器，也叫主反射器。主反射器表面为抛物面，副反射器为椭球面或双曲面。射电望远镜天线能指向不同方位和俯仰角度跟踪射电源周日运动。它收集电波的方式类似光学反射望远镜﹐具有多波段探测功能，能按设定程序自动跟踪天体﹐具有高增益、低噪声温度等特性。它是射电天文观测中使用的主要设备﹐也是甚大射电望远镜阵列的基本组成单元。

抛物面孔径横截面一般为轴对称的圆形孔径﹐少数为椭圆孔径﹐因此﹐波束方向图为"铅笔"状。方向图特性与馈源对孔径的照射分布有关，孔径照射有两种型式，一种是将馈源(如喇叭﹑振子等)放在抛物面焦点处，接收来自某个方向并经抛物面反射的电磁波(图1a )的前馈单方式。另一种是将馈源放在副反射器另一个焦点处，接收由副反射面反射电磁波的后馈方式。

抛物面射电望远镜的分辨率和灵敏度都与反射面直径D 密切相关。增大天线口径D ﹐能有效改善望远镜的接受性能。主反射面和理想抛物面的中值公差 ﹐对波长为λ时的孔径效率 的影响﹐可用鲁兹公式表示:

。

通常规定﹐以孔径效率降为其无公差( =0)极限值 0的一半的波长为该望远镜的最短工作波长﹐即min≒16。实际应用上常以比值D / 来表徵抛物面天线的相对精度。目前最好的可跟踪抛物面射电望远镜的相对精度已达到10量级﹐最高分辨率已达到1量级。

重力弯沉﹑结构各部分温差及风荷所引起的形变都是设计和制造大型精密可跟踪射电望远镜的主要限制。前者对天线影响更大﹐而且随天线俯仰角的变化而变化。对于最短工作波长为 min(厘米)的钢结构可跟踪抛物面射电望远镜﹐因重力弯沉所限制的最大可能直径D (米)﹐可用近似模型推算的公式﹕

来估计。现已研究出用主动和被动伺服系统来控制反射面的重力弯沉﹐对一些大型或精密的可跟踪抛物面射电望远镜成功地采用了保形设计。通过这种合理的设计来控制重力弯沉﹐可使表面在不同仰角都保持抛物面形状。反射面焦点的改变﹐可通过伺服系统调节馈源或二次反射面位置得到补偿﹐从而大大提高了望远镜的D / 值﹐这就突破了重力弯沉的限制。有的毫米波和短厘米波的精密可跟踪射电望远镜﹐装在对射电波透明的圆罩内﹐以避免风荷和太阳直接照射下各部分较大温差引起的形变﹐并且采用轻质结构材料﹐以减小重力弯沉。

可跟踪抛物面射电望远镜的机械和驱动装置﹐应保证必要的指向精度和跟踪精度。指向误差 必须是望远镜半功率方向束宽 的一小部分﹐一般取 ≒ /10﹐最大也不应超过 /6。望远镜驱动装置分赤道式和地平式两种。赤道式装置(图2a

可跟踪抛物面射电望远镜可单独使用﹐作定标和测量偏振﹑谱线﹑源亮度分布和普遍巡天之用。它又可作为射电干涉仪﹑综合孔径射电望远镜的一个单元﹐这时它能保证系统长时间跟踪的需要。目前最大的可跟踪抛物面射电望远镜是西德马克斯·普朗克射电天文研究所的100米抛物面望远镜。

可用于天文跟踪观测的抛物面射电望远镜。

fully steerable parabolic radio telescope

克里斯琴森和霍格玻姆著﹐陈建生译﹕《射电望远镜》﹐科学出版社﹐北京﹐1977。(W. N. Christiansen and J.A.Hgbom﹐Radio Telescopes﹐Cambridge Univ.Press﹐London﹐1969.)

根据天线总体结构的不同，射电望远镜按设计要求可以分为连续和非连续孔径射电望远镜两大类。

主要代表是采用单盘抛物面天线的经典式射电望远镜。按机械装置和驱动方式，连续孔径射电望远镜(它通常又是非连续孔径的基本单元)还可分为三种类型。

全可转型或可跟踪型

可在两个坐标转动，分为赤道式装置和地平式装置两种，如同在可跟踪抛物面射电望远镜中使用的。

部分可转型

可在一坐标(赤纬方向)转动，赤经方向靠地球自转扫描，又称中星仪式(见带形射电望远镜)。

固定型

主要天线反射面固定，一般用移动馈源(又称照明器)或改变馈源相位的方法。

射电观测在很宽的频率范围进行，检测和信息处理的射电技术又远较光学波段灵活多样，所以射电望远镜种类繁多，还可以根据其他准则分类:诸如按接收天线的形状可分为抛物面﹑抛物柱面﹑球面﹑抛物面截带﹑喇叭﹑螺旋﹑行波﹑偶极天线等射电望远镜;按方向束形状可分为铅笔束﹑扇束﹑多束等射电望远镜;按工作类型可分为全功率﹑扫频﹑快速成像等类射电望远镜;按观测目的可分为测绘﹑定位﹑定标﹑偏振﹑频谱﹑日象等射电望远镜。关于非连续孔径射电望远镜，主要是各类射电干涉仪。

以干涉技术为基础的各种组合天线系统 。20世纪60年代产生了两种新型的非连续孔径射电望远镜--甚长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜，前者具有极高的空间分辨率，后者能获得清晰的射电图像。世界上最大的可跟踪型经典式射电望远镜其抛物面天线直径长达100米，安装在德国马克斯·普朗克射电天文研究所;世界上最大的非连续孔径射电望远镜是甚大天线阵，安装在美国国立射电天文台。

为了观测弱射电源的需要，射电望远镜必须有较大孔径，并能对射电目标进行长时间的跟踪或扫描。此外，还必须综合考虑设备的造价和工艺上的现实性。

这种射电望远镜一般有扇形方向图。带形射电望远镜有克劳斯型系统﹑可变轮廓天线(即海金型﹑旋转抛物面或球面的一个带)和抛物柱面等类型。

射电望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的望远镜镜简，也没有物镜，目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。

巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线，球面天线，半波偶极子天线，螺旋天线等。最常用的是抛物面天线。天线对射电望远镜来说，就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子(波导)把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。