안테나

세계의 여러 안테나들 아레시보 300m IRAM 30m VLA 27x25m JCMT 15m CSO 10m Effelsberg 100m GBT 100m TRAO 14m SRAO 6m KVN 3x22m ALMA ~60x12m+12x7m

Green Bank Telescope

                                   First 12m antenna

역할, 기능 기본적으로 전파를 모으는 역할 분해능이 좋아진다. 점광원의 경우는 그렇지만, 퍼진 천체의 경우는 꼭 면적에 비례하는 것은 아니다. 분해능이 좋아진다. 분해능을 광학관측에서는 point spread function으로, 전파에서는 빔패턴으로 표현한다. 빔패턴은 방향에 따라 안테나가 신호를 받아들이는 능률 빔패턴은 퍼진 천체에서 오는 신호를 단일 피드로 받는 경우에 유용한 개념 PSF는 별같은 점광원을 CCD 같은 이차원 배열소자로 받는 경우에 유용한 개념

안테나의 geometry 대형 안테나의 경우 광학 망원경의 광학계와 비슷 어떻게 이런 조합들이 가능할까? 카세그레인=parabola+hyperbola 그레고리안=parabola+ellipsoid (Effelsberg, GBT) Ritchey-Chretien=hyperbola+hyperbola 어떻게 이런 조합들이 가능할까?

회절, 분해능 구멍이 유한하면 회절은 피할 수 없다, 구멍이 클수록 회절은 작다. 회절 패턴=구멍을 통과해서 각도별로 파워가 분산되는 정도 회절이 크면 PSF가 크고 인접한 별들을 구별하기 어렵고 빔이 넓어져서 촘촘히 관측하는 것은 의미가 없다.  총체적으로 “분해능이 좋지 않다.”

회절 패턴의 계산 개구면에 입사하는 파가 어떻게 (각도의 함수로) 퍼져 나가는가? =PSF의 계산=빔패턴의 계산 Fresnel-Kirchhoff integral formula에서 출발 최대값을 1로 정규화

몇 가지 근사를 하면,

E(n) r R S

Rectangular aperture의 경우

원형 aperture의 경우

Gaussian illumination - No side lobe!

안테나를 기술하는 파라메터들 빔패턴; main lobe; side lobe Full Width at Half Maximum (FWHM) Beam solid angle; main beam solid angle Beam efficiency Aperture efficiency Gain; directivity Illumination ; edge taper

- 온도 T의 흑체 복사로 둘러싸인 안테나에 연결된 온도 T의 저항을 상정 온도가 같으므로 열적 평형에 있을 것이다. 즉, 받는 에너지=내는 에너지

그러므로,… 퍼진 천체를 관측할 때 받는 양은 아래와 같고, TA*를 안테나 온도라고 한다. Rayleigh-Jeans 근사를 쓰면,

실제로는,… 안테나 경면을 포물면으로 잘 맞추기 힘들다. 빔효율, 구경효율 등이 이상적인 값에 못 미친다. 안테나 경면을 포물면으로 잘 맞추기 힘들다. 빔효율, 구경효율 등이 이상적인 값에 못 미친다. Ruze equation : 경면정밀도가 σ라면, 구경효율은 아래의 factor만큼 감소한다. Photogrammetry, radio holography 등의 방법으로 경면을 조절한다. CSO, GBT 등은 실시간으로 경면을 조절한다.

Photogrammetry at MITSUBISHI for NANTEN 4m antenna (Mar. 2004) Accuracy measurement: V-STARS by MITSUBISHI

Photogrammetry

radio holography Fourier transformation Basic scheme is …… complex beam (or power or radiation) pattern aperture distribution

Phase of aperture distribution  surface irregularity Amplitude of aperture distribution  illumination, edge taper

Radio holography By observing astronomical object, or satellite, or transmitter, one measures complex beam pattern, and Fourier transforms it and correct near-field effect to obtain surface profile.

Transmitter On the top of nearby mountain (Mt. Kwanak) 1.3km away from the site, EL=19degree

Receiver block diagram

Analog cross correlator

instruments

Results

Amplitude of complex beam pattern

Phase of aperture profile

Amplitude of aperture profile