KONSTRUKCJA ODBIORNIKA

Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy odbiornika na pasmo 23 cm. Energia promieniowania radioźródeł odbita od reflektora parabolicznego antenv pada na ele­ ment czynny, tzw. ośw ietlacz, który w przypadku odbiornika 23 cm umieszczony je st w ognisku głównym anteny. Ośw ietlacz zrealizowany je st w postaci układu dwóch dipoli półfalowych, leżących w jednej płaszczyźnie w odległości X/4 jeden od drugiego i zasilanych w fazach przesuniętych względem siebie o +V 2 . Układ ten charakteryzuje

się następującą, amplitudową funkcją oświetlenia T (0,y):

II c o s ( T c o s 0 ) Ftt Tf, (0) = --- c o sf— (1 - sin 8) 9 sin 6 L4 J T<f(<p) = co s (1 - sinip ) j . (2)

Techniczna realizacja tego przypadku, a zw łaszcza zasilania dipoli, je st utrudniona w dziedzinie ultrakrótkofalowej ze względu na małe rozmiary radiatorów w stosunku do rozmiarów linii zasilającej.

Ośw ietlacz skonstruowany zo stał następująco: Niesymetryczna linia koncentryczna 0 impedancji charakterystycznej 47 om pobudza pierwszy dipol poprzez szczelinę długości A/2. Dwie części przewodu zewnętrznego linii po obu stronach szczeliny tworzą symetryczną^ linię, otwartą na końcu, zasilającą, drugi dipol. Ponieważ prędkość fazowa w linii je st m niejsza niż w próżni, dla zapewnienia przesunięcia faz o 90° odle­ głość dipoli je st nieco m niejsza niż A/4 i dobrana została doświadczalnie przy strojeniu 1 pomiarach charakterystyki kierunkowej układu. Również długość dipoli je s t strojona. Zmierzoną charakterystykę kierunkową ośw ietlacza w płaszczyznach wektorów H i fT przedstawia rvs. 2. Na rysunku tym pokazany je s t też teoretyczny_kształt funkcji ośw ietlenia, a więc funkcji (2).K sztah charakterystyki w^płaszczyżnie Wdobrze zgadza się z teorią, natomiast charakterystyka w płaszczyźnie E je s t w ęższa od teoretycznej. Powoduje to rozszerzenie listka głównego 15 m anteny w tej płaszczyźnie i pewne

328

zmniejszenie jej powierzchni efektywnej. Nie udało się również uzyskać całkowitej kompensacji pola w kierunku przeciwnym do kierunku maksimum i występuje tu listek tylny.

m

— > 9 R ys. 2. Charakterystyka ośw ietlenia 15 m anteny na fa li 23 cm

Sygnał z antenv poprzez kabel o długości 0,75 m i koncentryczną linię powietrzną o impedancji 47 om i o długości 2,20 m oraz strojnik dopasowujący 3/8X podawany jest na jedno z wejść mikrofalowego przełącznika antenowego. Diodowy przełącznik antenowy pracuje na zasadzie wykorzystania właściwości transformacyjnych ćwierdfa- lowvch odcinków linii koncentrycznej. W przełączniku zastosowano diody waraktorowe typu BXD-12 (polskiej produkcji), spolaryzowane w kierunku zaporowym stałym na­ pięciem -1,2 V z akumulatorów KN-0,2. Zwarcie dlawysokiej częstotliwości sygnału zapewnia odpowiedni kondensator. Odblokowanie powodują dodatnie impulsy prosto­ kątne, dostarczane z generatora modulacji (przełączania). Częstotliwość przełączania wvnosi 380 Hz. Tłumienie tak skonstruowanego przełącznika w kierunku przewodzenia wvnosi ok. 0,3 dB, izolacja w kierunku zaporowym ok. 35 dB.

Ekwiwalent dla anteny stanowi dodatkowa antena (ang. sky hom) o bardzo szero­ kiej wiązce promieniowania, skierowana na niebo. W charakterze ekwiwalentu zastoso­ wano antenę spiralną w reflektorze stożkowym o wiązce 58°, której oś tworzy z osią elektryczną reflektora parabolicznego kąt ok. 15°. Polaryzacja ekwiwalentu zbliżona jest do kołowej. Ekwiwalent ten zapewnia niską temperaturę Tg , porównywalną z tem­ peraturą antenową Ta.

Temperatura T powinna byci stała; jest to konieczne zwłaszcza przy pomiarach tła nieba, gdvż do niej w tym przypadku odnoszą się porównania różnych jegp partii. Stałość tej temperatury zapewnia w dużej mierze bardzo szeroka wiązka promienio­ wania, niemniej jednak możliwe są pewne wahania A Tg przy skierowaniu ekwiwalentu na „gorące” i „zim ne” obszary nieba. Również przy obserwacjach w pobliżu hory­ zontu ekwiwalent może „w idzieć” część wysokiej temperatury Ziemi. Oszacowanie A Te będzie wykonane w przyszłości; możliwy jest również dokładny pomiar A7’£ , pod warunkiem zastosowania dopasowanego obciążenia w temperaturze ciekłego azotu.

Z pracowni i obserwatoriów

329

Do kalibracji obserwowanego sygnału służy generator szumów, zrealizowany na diodzie szumowej 2D2S. Ze względu na to, że mierzone przyrosty temperatury anteno­ wej s ą bardzo małe, generator szumów włączony je s t na w ejście przełącznika antenowe­ go poprzez stały dzielnik mocy, w naszym przypadku poprzez sprzęgacz kierunkowy o sprzężeniu 10 dB.

Rys. 3. Widok zespołu ogniskowego odbiornika

Po przełączniku antenowym znajduje się filtr w postaci wnęki rezonansowej, obcinający częstotliw ości harmoniczne sygnału, a w ięc zm niejszający zakłdcenia dochodzące do odbiornika. W dalszym ciągu sygnał wchodzi na wejście czteroramiennego cvrkulatora ferrytowego. Cvrkulator ten umożliwia pracę wzmacniacza parametrycznego z ujemną opornością w układzie ,,na odbicie” . Ten typ wzmacniacza charakteryzuje się dużvm wzmocnieniem na częstotliwości sygnału, przy równocześnie niskim współ­ czynniku szumów.

330 Z pracowni i obserwatoriów

Wzmacniacz parametryczny dla 15 m radioteleskopu wyprodukowany zo sta ł przez Przemysłowy Instytut Telekomunikacji w Warszawie. Współczynnik szumów wzmacnia­ cza wraz z cyrkulatorem wynosi nieco poniżej 3 dB ( Tsz = 280°K) przv wzmocnieniu nominalnym 18 dB (ze wzrostem wzmocnienia pogarsza się stabilność). Pasmo jego przenoszenia, w zależności od wzmocnienia, wvnosi od 3 MHz do 5 MHz, co przy częstotliw ości środkowej pasma 1300 MHz stanowi poniżej 0,5%. Czwarte ramię cyrkula- tora zamknięte je s t dopasowanym sztucznym obciążeniem .

Wszystkie opisane wyżej obwody wysokiej częstotliw ości umieszczone s ą w spe­ cjalnie skonstruowanym zespole ogniskowym, znajdującym się na dnie zwierciadła anteny. Rysunek 3 przedstawia widok zespołu ogniskowego odbiornika w czasie prób. Z e sp ó ł ten wyposażony jest w urządzenie podgrzewające i stabilizujące temperaturę powietrza i um ożliwia pracę odbiornika w warunkach atmosferycznych całego roku.

S y p ia ł wzmocniony we wzmacniaczu parametrycznym oraz sygnał z heterodyny podawane są na m ieszacz krystaliczny, gdzie następuje przemiana częstotliw ości na tzw. „pośrednią” . Najlepszy współczynnik szumów m ieszacza osiąga się na diodzie typu 1N21C — 12,6 dB. Ze względu na wymaganą d u żą stałość częstotliw ości, hetero- dynę tworzy generator kwarcowy, częstotliwość którego jest następnie powielana, początkowo na tetrodach strumieniowych, następnie na mikrofalowych triodach dys­ kowych. Ostatecznie częstotliw ość heterodyny wynosi 1267,2 MHz, co daje ,,pośrednią” 30 MHz.

Wzmacniaczem częstotliw ości pośredniej jest klasyczny, lampowy wzmacniacz rezonansowy, którego pierwszy stopień tworzy ,,kaskoda” . Współczynnik szumów wzmacniacza wynosi 2,3 dB, wzmocnienie regulowane do 100 dB. Wzmacniacz ten po­ dzielony jest na dwie części. Między obie te części może byó włączony tłumik, używany w przypadku obserwacji bardzo silnych źródeł np. Słońca. Wzmacniacz ,,pośredniej” zakończony jest detektorem kwadratowym, na wyjściu któregp otrzymuje się s y p ia ł o częstotliw ości przełączania. Ponieważ następujący dalej wzmacniacz akustyczny wysterowany być musi bardzo małym sygnałem, zastosowano specjalny układ detektora, zapewniający jego „kwadratowod6” w szerokim zakresie napięć. Rysunek 4 przedstawia schemat ideowy detektora oraz charakterystykę liniowości odbiornika do detektora.

D alsze wzmocnienie odbieranego sygnału następuje w akustycznym wzmacniaczu częstotliwości przełączania. Wzmacniacz ten jest trzystopniowym, wąskopasmowym wzmacniaczem na filtrach R C . Szerokość jego pasma przenoszenia wynosi 40 Hz. Wąskie pasmo skutecznie obniża fluktuację szumu własnego sygnału wejściowego, przy stosunkowo niedużej (ok. 10%) redukcji czułości. Jest to konieczne ze względu na stabilność samego wzmacniacza akustycznego. C ały tor wzmacniający odbiornika za detektorem kwadratowym musi być bardzo stabilny, gdyż system Dicke a znosi zmiany wzmocnienia tylko do detektora. S tabilizacja wzmacniacza polega tu na sta­ bilizow aniu jego napięć zasilających. Odpowiedni zasilacz składa się z elektrono­ wego stabilizatora napięcia anodowego oraz z tranzystorowego stabilizatora napięcia żarzenia. Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza wynosi ok. 50 i regulowane jest skokowo. Ostatni stopień tego wzmacniaoza, będący równocześnie detektorem fazowym, zbudowany jest na lampach wielosiatkowych ECH 84. Schemat ideowy detektora fa­ zowego w idocznv'jest na rys. 5. Sygnał o częstotliw ości modulacji wchodzi na pierwsze siatki sterujące lamp w przeciwnych fazach, dostarczanych przez odwracacz fazy. Na- drugie siatki sterujące, zablokowane ujemnvm napięciem -4,8 V z akumulatorów KN-0,2 podawane są prostokątne, dodatnie impulsy z generatora modulacji. Impulsy te na przemian odblokowują obie lampy. Gdy temperatura anteny jest w yższa od tempera­ tury ekwiwalentu, s y p ia ł jest w fazie z impulsami sterującymi (jak na rys. 5). Obie

Z pracowni i obserwatoriów 331

R y s. 4* Charakterystyka linio w o ści odbiornika i schemat ideowy detektora kwadratowego.

R .F . oznacza zespoty odbiornika w ysokiej i pośredniej c z fs to tliw o ic i ’.X ECH 84 impulsy s łt r u ju c t SY—r —f i— i - W + 250 V przau w . z e r a

R ys. 5. Schemat ideowy detektora fazowego

lampy kolejno przewodzą i na połączonych anodach następuje spadek napięcia w sto­ sunku do stałego dzielnika napięcia. Gdy temperatura anteny jest niższa od ekwiwa­ lentu — odwrotnie, sygnał jest w przeciwfazie z impulsami, a na anodach występuje wzrost napięcia w stosunku do dzielnika. M iędzy połączone anody lamp detektora (azowego a dzielnik napięcia włączony jest przyrząd rejestrujący. Zastosowane przez

332 ^{2 pracowni i obserwatoriów}

nas, opisane wyżej, oryginalne rozwiązanie detektora fazowego zapewnia wysoką stabilność tego stopnia, konieczną w odbiorniku o czułości poniżej 1°K.

Przyrządem rejestrującym jest Micrograph BD-1 firmy ,,Kipp-Zonen” o czułości 1 mA. Jest to galwanometr sterujący urządzeniem samopiszącym poprzez tranzystorowy wzmacniacz prądu stałego. Wychylenia galwanometru są nie tylko proporcjonalne do amplitudy mierzonego sygnału, ale również zgodne z jego fazą. Dodatkowe obniżenie fluktuacji szumu własnego całości odbiornika osigga s ię zw iększając stałą czasowąT (wzór (1)). Stała czasowa odbiornika włączona między detektorem fazowym a mikro- grafem wynosi od 3 do 20 sek.