Search

Purpose: Technical capabilities of the MARK-4B antenna system necessary for its further using as a 32-meter radiotelescope (RT-32) and making simultaneous spectral radioastronomical observations in the C and K frequency ranges, are investigated. Design/methodology/approach:The studies use the results of our own measurements made with the МАRK-4В antenna system, expert reviews, open information sources, technical documentation of the MARK-4B antenna system, radio astronomy and computer simulation methods and comparative analysis of this antenna main parameters with the corresponding parameters of the world’s best active radio telescopes. Combining different approaches allows us to determine the requirements for the receiving system, parameters of the spectrometer, calibration techniques and optimize the МАRK-4В antenna system modernization procedure. Findings: The radio telescope main parameters required for spectral observations in the C and K frequency ranges are determined. The antenna pointing system capabilities are specified. For the MARK-4B antenna system working frequency range, the main spectral lines of various molecules available for research have been considered. The transitions radiating the most intensive spectral lines are listed. The radio astronomical problems that can be solved using the MARK-4B in the mode of spectral observations are formulated. The required parameters of the spectrum analyzer and the receiver’s self-noise temperature are determined. Calibration techniques of the recorded signal are described, which are necessary for carrying out spectral observations. Conclusions: The here presented studies show that for making spectral observations based on the beam-waveguide MARK-4B antenna system, it is technically possible to create the RT-32 radio telescope with quality technical characteristics corresponding to the world-best analogs. Modernization of the beamwaveguide MARK-4B antenna system will allow at the first stage to create in Ukraine the dual-band radio-telescope permitting to make simultaneous spectral and/or continued observations in the C and K ranges. Henceforth, the amount of simultaneously working ranges can be increased.

УДК 520.272.2:621.396.677.494 PACS number: 95.55.-Jz Предмет и цель работы: Создание радиотелескопа на основе антенной системы МАRК-4В, которая была разработана для телекоммуникационных приложений, определение возможностей использования лучеводной антенной системы в широкополосном многодиапазонном режиме работы и оценка характеристик антенны с помощью радиоастрономических измерений. Методы и методология: Комплексный анализ всех систем МАRК-4В дает возможность выделить блоки и узлы, которые подлежат замене или модернизации. Анализ конструкции рефлектора и субрефлектора, лучевода, гофрированного рупора и волноводной системы позволяет определить возможные частотные диапазоны работы создаваемого радиотелескопа. Установка широкополосного приемника с предусмотренной возможностью калибровки по охлаждаемой и неохлаждаемой нагрузке позволяет определить температуру антенной системы. Наведение антенны на калибровочные источники и запись сканов за счет вращения Земли исключает систематические ошибки или погрешности системы наведения. Таким образом определяется ширина диаграммы направленности и эффективная площадь радиотелескопа. Результаты: Произведен анализ конструкции антенны и определены первоочередные этапы реконструкции антенной системы МАRК-4В. Демонтированы узкополосные передатчик и приемник диапазона С и установлен широкополосный приемник (диапазон 4.6÷5.1 ГГц ) с детектором и возможностью изменения времени интегрирования сигнала. По результатам наблюдений сделаны первоначальные оценки температуры шумов системы, которые позволяют надеяться на то, что радиотелескоп РТ-32 (г. Золочев, Львовская обл., Украина) совместно с охлаждаемым приемником будет обладать низкими собственными шумами. Рассчитана и установлена новая система наведения антенны, с помощью которой в С диапазоне проведены астрономические тесты ширины диаграммы направленности ( ≈ 7.2 ′ ) и уровня ее боковых лепестков (–12.5 дБ), эффективной площади ( ≈ 680 м 2 ) и коэффициента использования поверхности ( ≈ 0.84 ). Заключение: Выполненные измерения и расчеты показывают, что на базе антенной системы МАRК-4В возможно создать высокоэффективный радиоастрономический инструмент. Разработанные на данный момент системы приема и наведения для радиотелескопа РТ-32 свидетельствуют о высоком потенциале украинской науки. Дальнейшая кооперация научных исследований и высоких технологий приведет к созданию эффективного украинского радиотелескопа сантиметрового диапазона. Ключевые слова: антенна, излучатель, интерферометрия, поляризация, радиоастрономия, радиоисточник, радиотелескоп, сервер, стандарт частоты Статья поступила в редакцию 11.03.2019 Radio phys. radio astron. 2019, 24(2): 87-116 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Woodburn L., Natusch T., Weston S., Thomasson P., Godwin M., Granet C., and Gulyaev S. Conversion of a New Zealand 30-metre telecommunications antenna into a radio telescope. Publ. Astron. Soc. Aust. 2015. Vol. 32. id. e017. DOI: 10.1017/pasa.2015.13 2. Petrov L., Natusch T., Weston S., McCallum J., Ellingsen S., and Gulyaev S. First scientific VLBI observations using New Zealand 30 meter radio telescope WARK30M. Publ. Astron. Soc. Pac. 2015. Vol. 127, No. 952. P. 516–522. DOI: 10.1086/681965 3. Yonekura Y., Saito Y., Sugiyama K., Soon K. L., Momose M., Yokosawa M., Ogawa H., Kimura K., Abe Y., Nishimura A., Hasegawa Y., Fujisawa K., Ohyama T., Kono Y., Miyamoto Y., Sawada-Satoh S., Kobayashi H., Kawaguchi N., Honma M., Shibata K. M., Sato K., Ueno Y., Jike T., Tamura Y., Hirota T., Miyazaki A., Niinuma K., Sorai K., Takaba H., Hachisuka K., Kondo T., Sekido M., Murata Y., Nakai N., and Omodaka T. The Hitachi and Takahagi 32 m radio telescopes: Upgrade of the antennas from satellite communication to radio astronomy. Publ. Astron. Soc. Jpn. 2016. Vol. 68, Is. 5. id. 74. DOI: 10.1093/pasj/psw045 4. Venter M. and Bolli P. Electromagnetic analysis and preliminary commissioning results of the shaped dual-reflector 32-m Ghana radio telescope. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 321, Is. 1. id. 12003. DOI: 10.1088/1757-899X/321/1/012003 5. Imbriale W. A. Evolution of the Deep Space Network 34-m diameter antennas. IEEE Aerospace Conference Proceedings. (March 21–28, 1998. Snowmass). Snowmass, CO, USA, 1998. Vol. 3. P. 403–430 DOI: 10.1109/AERO.1998.685847 6. Imbriale W. A. Large Antennas of theDeep Space Network. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2003. 320 p. 7. Mizusawa M. and Kitsuregawa T. A Beam-waveguide Feed Having a Symmetric Beam for Cassegrain Antennas. IEEE Trans. Antennas Propag. 1973. Vol. 21, Is. 6. P. 884–886. DOI: 10.1109/TAP.1973.1140628 8. Korolev A. M., Zakharenko V. V., and Ulyanov O. M. Radio astronomy ultra-low-noise amplifier for operation at 91 cm wavelength in high RFI environment. Exp. Astron. 2016. Vol. 41, Is. 1-2. P. 215–221. DOi: 10.1007/s10686-015-9466-x 9. Konovalenko A., Sodin L., Zakharenko V., Zarka P., Ulyanov O., Sidorchuk M., Stepkin S., Tokarsky P., Melnik V., Kalinichenko N., Stanislavsky A., Koliadin V., Shepelev V., Dorovskyy V., Ryabov V., Koval A., Bubnov I., Yerin S., Gridin A., Kulishenko V., Reznichenko A., Bortsov V., Lisachenko V., Reznik A., Kvasov G., Mukha D., Litvinenko G., Khristenko A., Shevchenko V. V., Shevchen-ko V. A., Belov A., Rudavin E., Vasylieva I., Miroshnichenko A., Vasilenko N., Olyak M., Mylostna K., Skoryk A., Shevtsova A., Plakhov M., Kravtsov I., Volvach Y., Lytvinenko O., Shevchuk N., Zhouk I., Bovkun V., Antonov A., Vavriv D., Vinogradov V., Kozhin R., Kravtsov A., Bulakh E., Kuzin A., Vasilyev A., Brazhenko A., Vashchishin R., Pylaev O., Koshovyy V., Lozinsky A., Ivantyshin O., Rucker H. O., Panchenko M., Fischer G., Lecacheux A., Denis L., Coffre A., Griesmeier J.-M., Tagger M., Girard J., Charrier D., Briand C., and Mann G. The modern radio astronomy network in Ukraine: UTR-2, URAN and GURT. Exp. Astron. 2016. Vol. 42, Is. 1. P. 11–48. DOI: 10.1007/s10686-016-9498-x 10. Zakharenko V., Konovalenko A., Zarka P., Ulyanov O., Sidorchuk M., Stepkin S., Koliadin V., Kalinichenko N., Stanislavsky A., Dorovskyy V., Shepelev V., Bubnov I., Yerin S., Melnik V., Koval A., Shevchuk N., Vasylieva I., Mylostna K., Shevtsova A., Skoryk A., Kravtsov I., Volvach Y., Plakhov M., Vasilenko N., Vasylkivskyi Y., Vavriv D., Vinogradov V., Kozhin R., Kravtsov A., Bulakh E., Kuzin A., Vasilyev A., Ryabov V., Reznichenko A., Bortsov V., Lisachenko V., Kvasov G., Mukha D., Litvinenko G., Brazhenko A., Vashchishin R., Pylaev O., Koshovyy V., Lozinsky A., Ivantyshyn O., Rucker H. O., Panchenko M., Fischer G., Lecacheux A., Denis L., Coffre A., and Gries-meier J.-M. Digital Receivers for Low-Frequency Radio Telescopes UTR-2, URAN, GURT. J. Astron. Instrum. 2016. Vol. 5, Is. 4. id. 1641010. DOI: 10.1142/S2251171716410105

УДК 537.962:621.382.32 PACS numbers: 95.85.Bh, 97.10.Bt, 98.38.Ez Предмет и цель работы: Приводятся описание оригинальных технических решений твердотельных высокостабильных гетеродинов миллиметрового диапазона и результаты исследования основных характеристик разработанных устройств. Цель работы – разработка малогабаритных стабилизированных генераторов с малой потребляемой мощностью для использования в составе супергетеродинных приемников 2-мм и 3-мм диапазонов для аэрономических исследований. Методы и методология: Созданные гетеродины основаны на многократном умножении опорного сигнала с фазовой автоподстройкой частоты. Выходной генератор на диоде Ганна работает без варактора, с перестройкой по частоте путем изменения напряжения на диоде. Для измерения спектральных характеристик использовался тестовый сигнал отдельного высокостабильного гетеродина астрономического приемника. Регистрация спектра сигнала исследуемого гетеродина осуществлялась параллельным фурье-анализатором спектра с частотным разрешением 1 кГц/канал. Методы исследования прочих базовых характеристик – стандартные методы радиоизмерений. Результаты: Разработаны и протестированы компактные источники гетеродинного сигнала миллиметрового диапазона длин волн с низкой потребляемой мощностью (менее 20 Вт). Выходная мощность генераторов – не менее 50 мВт. Измеренная относительная нестабильность частоты лучше 10 -8 при работе с термостатированным кварцевым опорным источником. Временной ресурс непрерывной работы превышает 2 года. Заключение: Относительная нестабильность частоты ( 10 -8 ) и выходная мощность (более 50 мВт) представленных генераторов соответствуют характеристикам промышленных прецизионных генераторов миллиметрового диапазона, при этом разработанные устройства экономичнее, компактнее и дешевле. Ряд предложенных схемных и конструктивных решений может использоваться проектировщиками аналогичной техники в миллиметровом диапазоне длин волн. Ключевые слова: миллиметровые волны, гетеродин, экономичность, стабильность, фазовая автоподстройка частоты Статья поступила в редакцию 11.04.2019 Radio phys. radio astron. 2019, 24(2): 144-153 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Hoffmann C. G., Raffalski U., Palm M., Funke B., Golchert S. H. W., Hochschild G., and Notholt J. Observation of strato-mesospheric CO above Kiruna with ground-based microwave radiometry – retrieval and satellite comparison. Atmos. Meas. Tech. 2011. Vol. 4, Is. 11. P. 389–2408. DOI: 10.5194/amt-4-2389-2011 2. Straub C., Espy P. J., Hibbins R. E., and Newnham D. A. Mesospheric CO above Troll station, Antarctica observed by a ground based microwave radiometer. Earth Syst. Sci. Data. 2013. Vol. 5, Is. 1. P. 199–208. DOI: 10.5194/essd-5-199-2013 3. Hagen J., Murk A., Rufenacht R., Khaykin S., Hauchecorne A., and Kampfer N. WIRA- C: a compact 142-GHz- radiometer for continuous middle-atmospheric wind measurements. Atmos. Meas. Tech. 2018. Vol. 11, Is 9. P. 5007–5024. DOI: 10.5194/amt-11-5007-2018. 4. Rufenacht R., Kampfer N., and Murk A. First middle-atmospheric zonal wind profile measurements with a new ground-based microwave Doppler-spectro-radiometer. Atmos. Meas. Tech. 2012. Vol. 5, Is. 11. P. 2647–2659. DOI: 10.5194/amt-5-2647-2012 5. Антюфеев А. В., Шульга В. А. Спектроанализатор на базе персонального компьютера. Радиотехника. 2005. No 5. С. 145–148. 6. Karelin Yu. V., Antyufeyev O. V., Myshenko V. V., and Shulga V. M. An FPGA-based fourier FFTS-160 spectrometer for atmospheric molecular radiation research. Telecomm. Radio Eng. 2017. Vol. 76, Is. 4. P. 305–313. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v76.i4.30 7. Forkman P., Piddyachiy V., Korolev A., Myshenko V., Myshenko A., and Shulga V. An uncooled very low noise Schottky diode receiver front-end for middle atmospheric ozone and carbon monoxide measurements. Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2006. Vol. 27, Is. 1. P. 25–35. DOI: 10.1007/s10762-006-9061-3 8. Piddyachiy V. I., Shulga V. M., Myshenko V. V., Korolev A. M., Myshenko A. V., Antyufeyev A. V., Poladich A. V., and Shkodin V. I. 3-mm wave spectroradiometer for studies of atmospheric trace gases. Radiophys. Quantum El. 2010. Vol. 53, Is. 5-6. P. 326–333. DOI: 10.1007/s11141-010-9231-y 9. Piddyachiy V., Shulga V., Myshenko V., Korolev A., Antyfeyev O., Shulga D., and Forkman P. Microwave radiometer for spectral observations of mesospheric carbon monoxide at 115 GHz over Kharkiv, Ukraine. J. Infrared Millim. Terahertz Waves. 2017. Vol. 38, Is. 3. P. 292–302. DOI: 10.1007/s10762-016-0334-1 10. Подъячий В. И., Короев А. М., Мышенко В. В., Шульга В. М. Приемный модуль 2-мм диапазона для наблюдений линии излучения атмосферного озона на частоте142.2 ГГц Радіофізика і радіоастрономія. 2015. Т. 20, No 3. С. 261–268. DOI: 10.15407/rpra20.03.261 11. Подъячий В. И. Утроитель частоты на диодах с барьером Шоттки в приемнике 3-мм диапазона для исследований линий излучения атмосферных газов. Радіофізика і радіоастрономія. 2015. Т. 20, No 1. С. 86–93. DOI: 10.15407/rpra20.01.086 12. Алексеев Е. А., Захаренко В. В. Синтезатор прямого цифрового синтеза в микроволновой спектроскопии. Радіофізика і радіоастрономія. 2007. Т. 12, No 2. С. 205–213. 13. Алексеев Е. А., Илюшин В. В., Мещеряков А. А. Высокоточный радиоспектрометр с субдоплеровским спектральным разрешением. Радіофізика і радіоастрономія. 2014. Т. 19, No4. С. 364–374. DOI: 10.15407/rpra19.04.364 14. Королев А. М. Усилитель промежуточной частоты супергетеродинного радиоастрономического приемника. Приборы и техника эксперимента. 2011. No 1. С. 88–90. 15. Королев А. М., Шульга В. М. Ненасыщенный режим как альтернативный метод обеспечения устойчивости малошумящих усилителей на полевых транзисторных гетероструктурах. Радіофізика і радіоастрономія. 2011. Т. 16, No 4. С. 433–439. 16. Antyufeyev A. V., Myshenko A. V., and Myshenko V. V. Microwave oscillator’s spectral observation with a radio astronomy receiver. Proceedings of the 23-th International Crimean conference “Microwave and Telecommunication Technology” (CriMiCo’2013). (Sept. 8-14, 2013. Sevastopol, Ukraine). Sevastopol, Ukraine: IEEE, 2013. P. 949–950.

Purpose: Some peculiarities of emission of Class I methanol masers on the 80–71A+ transition at 95 GHz in sources closely associated with protostar-forming regions and in supernova remnants are studied. Here belongs the investigation of SiO (J=2–1) maser variability in R Cassiopeiaе, too. Design/methodology/approach: Search for Class I methanol masers is based on the idea of coincidence of regions of their emission with sources of OH masing transition in the bottom level of energy at frequency of 1720 MHz (2Π3/2 J=3/2 F=2–1). Findings: Two methanol masers on transition 80–71A+ (95 GHz) in the supernova remnants IC 443 and Kes 79 are detected. Variabilities of SiO maser emission on transition J=2–1 in R Cassiopeiaе are shown for the first time. Conclusions: Variability of methanol and SiO masers is their general feature. On the example of three objects, the possibility of using the 1720 MHz OH maser as an indicator in the search for Class I methanol masers is shown. Especially it is important in the study of methanol maser emission in supernova remnants that has been proved to be true by detection of methanol masers on transition 80–71A+ (95 GHz) in IC 443 and Kes 79. Features of spectra variability of emission in R Cassiopeiaе testify to formation and disappearance of SiO (J=2–1) masers.