up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله راديوتلسکوپها PDF
QR code - راديوتلسکوپها

راديوتلسکوپها

ساختار فني راديوتلسکوپها

راديوتلسکوپها همانند دستگاههاي راديويي معمولي که در تمام منازل يافت ميشود، کار ميکنند. اما ميان اين دو وسيله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجي که راديوتلسکوپها مجبور به آشکار سازي آنها هستند، بسيار ضعيف بوده و دوم راديوتلسکوپها بايد تمام سيگنالهاي دريافتي را براي آناليزهاي بعدي ذخيره نمايند. از نظر ساختماني، يک راديوتلسکوپ را ميتوان به هشت قسمت اصلي و مهم زير تقسيمبندي نمود:
۱) آنتن
۲) پيش تقويت کننده يا آمپليفاير اوليه
۳) مخلوط کننده
۴) نوسان ساز
۵) تقويت کننده موج متوسط يا آياِف
۶) آشکارساز مجذوري
۷) تقويت کننده DC
۸) ابزار ضبط اطلاعات
● آنتن
در عالم الکترونيک، آنتن به سيستمي مشتمل بر سيمها و يا ساير اجسام هادي گفته ميشود که جهت ارسال و يا دريافت امواج راديويي يا ساير طول موجهاي امواج الکترومغناطيسي به کار ميروند. اين ايده اولين بار توسط گاگليلمو مارکوني در سال ۱۸۹۷ ارائه شد.
در يک آنتن فرستنده، سيگنالهاي رسيده از مدار الکتريکي باعث نوسان الکترونها در آنتن ميشوند. حرکت بار الکتريکي باعث توليد ميدان الکترومغناطيسي در اطراف خود شده و اين ميدان به نوبه خود امواج الکترومغناطيسي را در جهت خاصي که به طراحي آنتن بستگي دارد پخش ميکند. براي مثال آنتن ايستگاههاي راديويي به گونهاي طراحي ميشوند تا امواج را در تمام جهات به طور يکسان پخش نمايند اما از آن سو آنتنهاي يک دستگاه رادار امواج را در جهت خاصي منتشر مينمايد.
در آنتنهاي گيرنده، مسير بر عکسي براي توليد جريان در مدار آنتن طي ميشود. ابتدا امواج الکترومغناطيسي به گونهاي باعث تحريک الکترونها ميشوند که جريان القايي در مدار آنتن توليد ميگردد، سپس اين جريان در مدارهاي الکتريکي خاصي تقويت و فيلتر شده و در نهايت اطلاعات آن استخراج ميشود.
در راديو تلسکوپها و يا در تلسکوپهاي راداري، معمولا از آنتنهاي بشقابي براي دريافت امواج استفاده ميکنند. آنتن راديوتلسکوپها آشکارترين بخش آن هستند. آنها موظفند امواج راديويي فوقالعاده ضعيفي را که از اعماق فضا به زمين ميرسد جمعآوري نمايند. اغلب اين آنتنها بسيار بزرگ هستند تا تلسکوپ قادر به نگاه دقيقتر و عميقتري به فضا باشد.
● پيش تقويت کننده
سيگنالهاي راديويي گسيل شده از فضا بسيار ضعيف هستند. ضعف اين سيگنالها زماني بيشتر نمايان ميشود که بدانيم اگر تمامي انرژي حاصل از دريافت اين سيگنالها را از ابتداي تاريخ مشاهده فضا با تلسکوپهاي راديويي، با هم جمع کنيم به سختي قادر به آتش زدن يک چوب کبريت خواهيم شد. متوسط انرژي سيگنالهاي راديويي که از فضا دريافت ميشوند در حدود ۵-۱۰*۲ وات ميباشد.
براي اندازهگيري و مشاهده چنين سيگنال ضعيفي بايد آنچه را که دريافت ميکنيم ميليونها بار تقويت نماييم. اما مشکل زماني خود را نشان ميدهد که بدانيم ابزارهاي الکتريکي که در راديوتلسکوپها مورد استفاده قرار ميگيرند، در زمان عملکرد نويزهاي ضعيف و قوي فراواني توليد ميکنند. اگر قادر به تشخيص و حذف اين اغتشاشات نباشيم، در فرآيند تقويت امواج، آنها نيز به شدت تقويت ميشوند و امواج ضعيف دريافتي در پس امواج قوي اغتشاشي ناپديد ميگردند.
نقش پيش تقويت کنندهها تقويت محدوده خاصي از امواج به گونهاي است که کمترين اغتشاش را به آنها وارد کند. به همين دليل اغلب، اين تقويت کننده را تقويت کننده کم اغتشاش مينامند.
براي کاهش اغتشاشات، معمولا از ترانزيستورهاي بسيار ويژهاي در اين تقويت کنندهها استفاده ميشود و در ضمن، با سرد کردن آنها تا دماهاي نزديک به صفر مطلق، سعي ميکنند تا جاييکه امکان دارد اغتشاشات کمتري توليد شود.
● مخلوط کننده
وظيفه مخلوط کننده کاهش و تغيير فرکانس سيگنالهاي دريافتي از پيشتقويت کننده ميباشد. اين کار به دو دليل انجام ميگيرد. اول اينکه از نظر تکنولوژيکي، ساخت تقويت کنندهها، فيلترها و ساير قطعات الکترونيکي که قادر به کار با امواج فرکانس بالا باشند، سخت و گران است. دوم اينکه اگر ما تمام تقويتها را با فرکانسي که دريافت ميکنيم انجام دهيم، امکان بازگشت امواج به آنتن و توليد پسخور به شدت افزايش خواهد يافت. اين اثر مشابه حالتي است که يک سخنران ميکروفن را بسيار نزديک به دهان نگه دارد.
براي انجام اين کار مخلوطکننده موظف است تا سيگنالهاي دريافتي از پيشتقويتکننده را روي سيگنالهايي با طول موج بالا و فرکانس پايين که از دستگاه نوسان ساز دريافت ميکند، سوار نمايد. اين کار در مخلوطکننده به دو شکل و همزمان صورت ميگيرد به اين معني که مخلوطکننده دو موج خروجي دارد که يکي حاصل جمع دو ورودي و ديگري حاصل تفريق آنها است. با گذراندن اين دو خروجي از يک فيلتر، هرکدام که فرکانس کمتري داشت، انتخاب شده و به عنوان سيگنال ورودي به تقويتکننده آياِف فرستاده خواهد شد.
● نوسانساز
اکثر راديوتلسکوپها از نوسانسازهاي کوارتزي استفاده ميکنند. مزيت عمده استفاده از کريستالهاي کوارتز در توليد نوسان، پايداري خوب و اغتشاش کم در خروجي آنها است. از آنجاييکه طبيعت راديوتلسکوپها اقتضا ميکند تا در باند پهني از امواج عمل نمايند، اغتشاش اندکي در نوسان توليدي، قابل اغماض ميباشد .اگرچه اغتشاشات آنقدر بزرگ نيستند که توليد مزاحمت نمايند اما بايد مراقب بود که اين اغتشاشات، نويزهاي طبيعي سيستم را تشديد ننمايند، چراکه در آن صورت سيگنالهاي خروجي تلسکوپ تغيير خواهد کرد و اغتشاشات همانند دريافت واقعي تفسير خواهند شد.
● تقويت کننده آياِف
در يک تقويت کننده موج متوسط با استفاده از فيلترهاي مخصوصي، تنها به محدودهاي خاص از امواج اجازه عبور ميدهند. اگرچه محدوديتي در انتخاب فرکانس کاري تقويتکنندهاي آياِف وجود ندارد اما معمولا فرکانسهاي ۷۰، ۴۵، ۴ ۲۱ و ۷ ۱۰ مگاهرتز در آنها به عنوان فرکانس کاري در نظر گرفته ميشود. با اين کار فرکانسهاي زائد حذف شده و محدوده خاصي که مورد نظر است به شدت تقويت و آشکار ميشود.
در راديوهاي رايج، مداري وجود دارد که به مجموعه آن کنترل خودکار بهره ميگويند. اين مدار براي دريافت صدايي واضحتر و شفافتر، تغييرات اندک و ناچيز در قدرت سيگنالهاي دريافتي راحذف ميکند. در رصد راديويي اين تغييرات اندک و جزئي دقيقا همان چيزي است که ناظران به دنبال آن هستند. بنابراين زماني که از راديوهاي معمولي براي رصدهاي راديويي استفاده ميگردد، اين مدار را بايد از کار انداخت.
● آشکارسازهاي مجذوري
اگر فرکانس خروجي تقويتکننده آياِف را به يک ولتسنج جريان مستقيم وصل کنيم، صفحه نمايشگر مقدار صفر را نشان خواهد داد. اين امر به دليل ماهيت نوساني فرکانس است که زماني بيش از صفر و زماني کمتر از صفر است.
براي اينکه قادر باشيم تعريف خوب و قابل درکي از انرژي دريافتي از آسمان ارائه دهيم، معمولاً از قطعه سادهاي براي هم علامت کردن و يا حذف قسمت منفي موج استفاده ميکنيم. در اکثر راديوتلسکوپها اين قطعه ساده که يک ديود معمولي است، فقط به جريانهايي با ولتاژ مثبت اجازه عبور ميدهد. به اين ترتيب ولتاژي که ولتسنج نشان ميدهد برابر با جذر ولتاژ ورودي است.
● تقويت کننده جريان مستقيم
در طي فرآيند مستقيمسازي ولتاژ و همچنين قبل از آن، مقادير زيادي اغتشاش ناشي از عملکرد ابزارهاي الکترونيکي به موج اصلي اضافه ميشود. از آنجاييکه قدرت امواج دريافت شده از فضا بسيار ضعيف است، در لواي اغتشاشات هر چند کوچک پنهان خواهد شد.
براي کمرنگ کردن اين موضوع معمولا از انتگرالگيرهايي با پله زماني معلوم استفاده ميکنند. اين امر باعث ميشود که قلههاي بسيار بزرگ اغتشاشات روي سطح ملايم موج اصلي سرشکن شود و تنها اندکي قدرت موج دريافتي را تغيير دهد.
● ابزارهاي ذخيره اطلاعات
اطلاعات به دست آمده بعد از اين همه فرآيند و آناليز، بسيار ارزشمند بوده و بايد در جايي ذخيره شوند. اين اطلاعات که معمولا ماتريس دو ستونهاي از ولتاژ بر حسب زمان هستند را در قديم توسط قلمهاي خودکار و بر روي کاغذهاي بسيار طويل به شکل نمودار ذخيره ميکردند. امروزه اين روش تقريبا منسوخ شده و اطلاعات بعد از تبديل به سيگنالهاي ديجيتال در يک کامپيوتر ذخيره و نگهداري ميشوند.
اطلاعات ذخيره شده معمولا عبارتند از ولتاژ، پله زماني دريافت، زمان دقيق ثبت اطلاعات و در نهايت دما. دماي محيط و سيستم در آناليز اطلاعات ذخيره شده بسيار مهم است چون همانطور که تا به حال توضيح داده شد، دما نقش زيادي در توليد اغتشاشات الکتريکي دارد.
حاصل نگريستن به آسمان با يک راديوتلسکوپ، عددي است که نماينده قدرت امواج دريافتي از آن محدوده ميباشد. اگر زاويه ديد راديو تلسکوپ مورد استفاده ۱ درجه باشد، با هر بار رصد مقدار عددي ولتاژي را به دست ميآوريم که متناظر با قدرت امواج راديويي گسيل شده از آن منطقه است. حال ميتوان با چرخاندن راديوتلسکوپ و دريافت اطلاعات ساير نقاط در آن حوالي، نقشه راديويي منطقهاي از آسمان را تهيه کرد. اين نقشه راديويي، ماتريسي از اعداد است که با توجه به زاويه ديد تلسکوپ، وسعت مشخصي از فضا را در بر ميگيرد. هر قدر زاويه ديد تلسکوپ کوچکتر باشد، قدرت تفکيک تصاوير حاصل از آن افزايش مييابد. جدول زير نمونهاي از اطلاعات ذخيره شده از آسمان را نمايش ميدهد که ميتواند يک کهکشان دوردست باشد:
۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۱ ۰ ۰ ۰
۰ ۰ ۱ ۲ ۱ ۰ ۰
۰ ۱ ۲ ۳ ۱ ۱ ۰
۰ ۱ ۲ ۴ ۲ ۱ ۰
۰ ۱ ۳ ۵ ۳ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۵ ۴ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۴ ۵ ۴ ۱
۰ ۱ ۲ ۳ ۴ ۳ ۲
۰ ۱ ۲ ۲ ۳ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۲ ۲ ۲ ۱
۰ ۱ ۱ ۱ ۲ ۱ ۰
۰ ۰ ۱ ۱ ۲ ۱ ۰
۰ ۰ ۰ ۱ ۱ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۰ ۱ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰
نمايش عددي يک چشمه راديويي توسط ماتريسي از اعداد

راديوتلسکوپها همانند دستگاه هاي راديويي معمولي که در تمام منازل يافت مي شود، کار مي کنند. اما ميان اين دو وسيله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجي ک ...

دانلود نسخه PDF - راديوتلسکوپها