Приемные устройства диапазона 22 ГГц и некоторые результаты исследований лазерных и других источников H2 O на ратан-600 тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи

ИЛЬИН Геннадий Николаевич

УДК 523.164.32

ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА ДИАПАЗОНА 22 ГГц И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЗЕРНЬК И ДРУГИХ ИСТОЧНИКОВ Н20 НА РАТАН-600.

( 01.03.02 - астрофизика и радиоастрономия )

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фишю-математических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Специальной астрофизической обсерватория Российской Академии Наук.

Научный руководитель - доктор ©азико-ыатематпческнл наук

Госачинснпй И.В. ( CAO РАН ) ,

Официальные оппоненты - доктор фазико-иатеыатпческих наук

йрпдаан П.А. ( ИАП РАН ) „

- кандидат фазико-катеиатическш: наук Ншсельскнй H.A. (CAO РАН ) .

Ведущая организация - Астро-косиаче ский центр ФКАН

Защита состоится о Y " 1994 г. в (О часом на

открытой заседании специализированного совета (шифр Д 0Ш.35.01 по присуждению ученой степени доктора йЕизико-штематичеонш шу при Специальной астрофизической обрерваториа РАН ÇС^ ( 357147, п.Н.Архыз, Стовропол^ского края, CAO РАН) С-(?$~

¿%<чо f с^гг ' ПулкэСыое 6<r

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверешшй печать учревдения, просим направлять по вышеуказанному адресу на ку ученого секретаря совета.

С диссертацией ыахко ознакомиться в библиотеке CAO J'AIl.

Автореферат разослан fyf" О " 1994 г.

Ученый секретарь X

спецнала заровашюго совета Цайоровв К. 1С.

клад, физ.-ыат. наук

ОЗДЛЯ ХАРА1СГЕРИСТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность работа.

Радиотелескоп РАТАН-600 обладает рядоы параметров, выделяющих его из существующих инструментов. Возможность работа в широком диапазоне, вплоть до коротких идл-гг.тметроим волн [11, высокое прострэкстве1Шое разрэкение , значительная эффективная площадь антенной системы позволяют решать многие задачи спектроскопии космического излучения. Для реализации этих возможностей создан когалекс приемной и регистрирующей аппаратуры, первоначально в дециметровом диапазоне волн (П8-21 см), а затем и в саитж/етровои (Я.6,2 си) [2-4]. Следующий этап работа по развитию спектрометрического коютлекса на РАТ/Т'-бОО был связан с освоз-нпен более коротковолнового диапазона волн.

Высокая разрешающая способность радиотелескопа по горизонтальной координате (8"-10") и значительная эффективная площадь (до 400 и2) в диапазоне частот 22 ГГ"" позволяла надеяться на получение новых данных о физической природе излучающих объектов. Зольная плотность потока иазерной „тиши излучения Н^О в некоторые источниках (Орнон-А, П 49) делала возможнии ее наблюдение ^ахе при помощи приемного устройства (ПУ), имеющего умэрешгую зувствительность. Одной из целей данной работа является создание I последовательное совершенствование ПУ диапазона 2?, ГГц для юлучезшя наблюдательных данных о характере поведения профильД лазерной линии излучения Н?0 в ряде объектов (Орион А, '>Т 4Е< и, хр.) на протяжении длительного периода времени (-10 лет).

Первые спектральные нвблзодешя лшш 11,0 на РАТДН-600 бага гроведеш в иае-пвне 1Эв1 г. В дальнейшей ПУ-22 ГГц постоянно модернизировалось. Било внедрено несколько типов вюдчи малому-шцах усилителей (!.1!1У): мазер (Т ~140 К), параметрический усилитель ('Г ~2Ю К), С помощью последнего удалось резко повысить ¡адожность ПУ и обеспечить регулярные наблюдения иазер1шх Н.О ¡сточникоп в диапазоне лучевьи скоростей 1С кьУс, с разрешением ю скорости 0,4 км/с и чувствительностью по потоку до -3 Л у (с [сиользовашеу "скольжении ").

Результаты комплекса работ ио улучшению качества поверхности РАТАН-600, оперативной юстировке показали значительный резервы увеличения эффективной площади антенны радиотелескопа в коротковолновом сантиметровом и миллиметровой диапазоне водя [I). В сочетании с растущими возиогшостяии аппаратных средств спектрального анализа - вводом в эксплуатацию 128- канального цифрового автокорреляционного анализатора спектра с полосой анализг ÍF--2,ñ КГц (и расширением до 10 МГц в блккайшее вреш!),успешиш зксиеринзнтов с иногоканалыши акустооптическпи АС, ¿F-5Q МГц i разрешением 120 КГц - открывается перспектива расширить кру! решаемых задач. В связи с атип особенно актуальной становится работа по дальней/теку увеличении чувствительности приемного устройства спектрометра. Снижение шумовой тиыператури ПУ до величины Í -100 К, повышение стабильности его работы, и на этой ochobí разработка штодики длительного накопления полезного силиш делает реальным увеличение чувствительности спектральных наблюдений в 2-4 раза по сравнению с достигнутип уровне«. В свою очередь, это позволит начать исследование более слабых сигналов j широкой полосе частот , наблюдать другие спектральные линии ; пределах входной полосы частот НУ— Нбба е др.

Цель работы.

Для реализации возшяшостей радиотелескопа коротковолновой части сантиметрового диапазона был сфорыулировакш следувдяе задачи:

1. Разработать и внедрить в практику регулярных наблюдены малощушпцее приемное устройство диапазона 22ГГц с целью обеспе чения спектрального анализа лшши излучения водяного пара, ро комбинациошой лшши Ибба и лшшй других молекул, попвдаицах полосу частот ПУ.

2. Разработать аппаратуру и методику спектральных изиеренп позволяющие реализовать наибольшую чувствительность пр длительном нгжоолешш полезного сигнала.

3. Провоста ряд спектральных наблюдений с помощью создоннс го прнпиного КОМШЛПКОЙ .

Научная новизна, научное п практическое значение.

1. Разработан ряд приемных устройств с различгшмн типами иалопуыящих усилителей на входе: мазером, параметрическим у сплите леи, охлакдаешш до 80К транзисторный усилителем. Конструкция ПУ позволяет производить быструп заме1!у входного малошумящего усилителя.

2. Последние модификации ПУ имеют возможность принимать сигнал в одном из двух предварительно фиксированных частотных диапазонов и содержат высокочувствительный радиометрический канал (АТ~ 16-20 ыК, а=1 с). Коммутация частотных каналов происходит по команде наблюдателя. Таким образом, ПУ позволяет проводить в одном цикле нзблвдения двух спектральных линий и измерения в континууме. Управление работой ПУ полностью автоматизировано. Для повышения стабильности ПУ иго основные СВЧ блоки тер-уостатировыш и находятся в круглосуточном режшз работа в течение цикла наблюдений - 1-3 месяца. Высокая надешгость узлов и блоков ПУ позволила свести к минимуму эксплуатационные затрата и число отказов во время наблвдательнохо цикла.

3. Использование а качества !ЛИУ охлаидаецого гидзаш азотом транзисторного усилителя (ТРУ) позволило существенно повысить стабильность коэффициента усиления ПУ и реализовать компенса-цио]шый метод спектральных наблюдений на интервалах ~5шн. щи работе с корреляциошош анализатором спектра. Данная методика опробована в наблюдениях линии излучения водяного пора мезос^ерц в течение 92-93 гг. В зимний период времени достигнута чувствительность "25 мК при 20 мин. накоплении сигнале и частотном раз-1 решении 330 кГц.

4. Последняя версия ПУ с охлаждаемым ТРУ имеет с-хлвядегсша ■^ерритовий переключатель и допускает работу как в классическом модуляционном реЕиие, так и в компенсациошкж. Выравнивание уровней сигналов ("компенсация") на входе анализатора спектр« при подключении на вход ПУ антенны и эквивалента происходит соотпетстаувдим изменением коэффициента усиления в тракте промежуточной частоты. Процесс "компенсации" в радиометрическом канале происходи г аналогичным образом и тяюье полностью автемятигм--ровян. Шумовая температура ПУ с "холодном" 'ГРУ лежит п

ISQÍIO К и определяется типом используемого усилителя.

5. С применением различных модификаций ПУ в 1981 Г.-1991 г. проведены наблюдения профиля линии излучения 11,0 Е Орионе А, П 49 и W 51 с целью изучения характера переменности отдельных ого деталей и определены координаты ярких деталей с точностью

6. Получены дашше о профиле линии излучения водяного пара иезосфэри. .Яшшя проявляет переменность на интервале нескольких часов, что противоречит распространенным иоделяи переиешивашш шкнеП и средней атмосферы. В некоторых наблюдениях зарегистрировано сиьщеше игкешлуыа линии излучения по частоте но величину до 200 кГц (~2,6 км/с). Иногда проявляется отличие формы частотного профиля лилии от лоренцевой, что связано с наличием локального иаксицуыа содержания водяного пара на высотах 60-80 кн. Данный аффект такке не находи? отражения в общепринятой модели распределения fL,0 с высотой.

Личный вклад автора.

1. Участие в разработке, исследовании и внедрении всех типов приемных устройств сантиметрового диапазона волн для спектрометрического кошлекса РА'ГАН-600.

2. Ра эр а бойся високостабпльното приемного устройства на основе охлаэдаеыого транзисторного усилителя и внедрение кошен-сациониого метода спектральных измерений с временем накопления сигнала до 5

3. Участие в разработке методики спектральных измерений при длительной (до 20 мин.' накоплении полезного сигнала.

4. Проведение наблюдений, участие в обработка и интерпретации полученных данных.

Основные положения, выносиные на защиту.

1. Разработка высокостабильного приешюго устройства, сочетающего в себе функции спектрометра и радиоиетра континуума.

2. Разработка высокостабилышх узлов ПУ - охлаждаемого кид-кии азотои 1Ш на Сазе транзисторного усилителя, электрически иерсстргкваеиого ИТ - ^иатиа зеркального канала, их исследова-

ше с целью реализации компенсационного регаша спектралышх наблюдений.

3. Исследование и внедреше компенсационного рекпыч наблюдений, что позволило повысить чувствительность почта в два раза по сравнению с модуляционным режимом спектральных наблюдений.

4. Ряд наблюдательных данных о характере поведения профиля иазерной линии излучения HgO в источниках Орион А, V? 49 и V? 51 на протяжении I981-1991 гг.

5. Проведение наблюдений линия излучения мезосферной Н.,0 с целью отработки ыэтодикл длительного накоплеим сигнала (до 20 irait) i! достияэгезе на этой основа высокой чувствительности спектральных наблюдений (~25 ыК и частотной разрешении ~330 к1"ц). Дянзпгв о зарпзвдях прсфзли линии на интервалах от нескольких часов до нескольких сутск.

• Апробация работа.

Огагашшв результата диссертации изложены в 15 почэтзмх рг.ботзх я докладывались на следущих всесоюзных конференциях: П Всесоюзной радиоастрономической келфзреюевч по оипаратуро, янтвгшнм а методам (Ереван,1970), XIV Всесоюзной ко1В{йро:сиот по р.здиоЕстроноютескоЗ аппаратура (Ерепак, 1932), XVII Всесоюзной конференции по радиоастрономической аппаратуре (Ереван,1DB5), XXIII Всесоюзной радиоастрономической конференции по Галактической п внегалактической радсоастроношя (Апхабад,1991), рл-дноастронолических сенанэряг CAO РАН.

Структура п объем диссертации

Диссертация состоит из вьедогая, трех гл?в, заключения я списка цитируемой литературы из наиыяяозшгой, ООт>рh дис-

сертации составляют стряпан машинописного текста, В дис-

сертации содержится : рисунков £ i , тмб;лц - %

СОДЕРГАНЙЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности работы, сформулирована цель, задачи и положения, ишюспше на закпту, кратко представлено содержание диссертации.

Глава 1 носит обзорзшй характер. В ней рассматриваются требования, предъявляемые к приемный устройствам спектрометра диапазона частот 22 ГГц. Излагаются такте тенденцаи развития ШУ данного диапазона.

ПУ спектрометра всегда построены по супоргетеродинкой схеме позволяющей преобразовать спектр входного сигнала к относительно низккм рабочим частотам анализаторов спектра (АС). Эксплуатируете в составе спектрального комплекса РЛТЛН-оОО фильтровой и цифровой автокорреляционный АС имеют частоту входного сигнала 45 (.(Гц. Частотное преобразование должно выполняться с высокой точлостьа, обеспечиваемой системой управляемых гетеродинов. Требуемое значение относительной нестабильности частоты гетеродина

—7 —8

не долгно превышать ~10 -10 .

ПУ спектрального комплекса РАТАН-603 традициошю строятся по наиболее простой схеме с однократньш преобразованием частота. В случае использования узкополосных (АХ~20-40 МГц) »ЛДУ - мазера, параметрического усилителя (2-61-дашшя схема оправдывала себя, так как частота иешанцего зеркального канала лезгвла вне полосы усиления МНУ. СоБ-.зиошыс широкополосные ШУ (Л1>0,5 ГГц) для сохранения данной схемы требует применения б ПУ специального фильтра зеркального канала (ФЗК), имеющего возможность перестройки по частоте в пределах рабочего диапазона ШУ и отвечающего требованиям стабильности частотных и амплитудных характеристик .

ПУ спектрометра долию такко иметь в своем составе пироко-полосний (ЛХ~0,6 ГГц) радиометрический канал.

Чувствительность спектралышх наблзоде:шй на РАТАИ-500 существенно ограничена конечностью времени накопления сигнала, связа-шого с конструктивными особенностями антенной систецы ра-даотеласкопЕ. Повысить чувствительность можно двумя путями: сни-Еенпем шумовой температуры ПУ (фактически ЫИУ) и освоошем кон-

пенсацпонного метода спектрялышх наблюдений вместо традиционно используемых модуляццошшх - классического или с силот-спгналом [3-61. Реализовать выпгрыи в чувствительности, обеспечиваемой компенсационным методом измерений, мошю, если обеспечить максимальную стабильность коэффициентов передачи всех узлов ПУ, т.е. виполшть условие: АС/С < АТ/Ти, где АТ- чувствительность в спектральном канале с полосой М, а Т - шумовая температура системы: антенна +П7.

Помимо перечислешшх выше к ПУ предъявляются требования, связашше с радиометрическим! методами спектрального ачэпиза. Т.к. все эти метода основаны на сравнении исследуемого спектра с некоторым "опорным" (спектром охлаждаемой согласовагаюй нагрузки, области неба, не содерлацей спектральных линий), то ПУ содержит переключатель сигналов и необходимые волноводные элементы во входном тракте. Желательно, чтоб„' частотные искажения спектров данных сигналов были минимальшми. Следовательно, амплитуд-ио-частотная характеристика (ЛЯХ) соответствугацих элементов ПУ должна быть достаточно широкополосной, иметь малую неравномерность в полосе анализа и оставаться стабильной во времени.

Особые требования предъявляются к модулятору усилим тля ПУ -его частотные характеристики при изменении глубинм модулями должны бить идентичными (в пределах АТ/Т ).

Входной тракт ПУ должен иметь минимальную длину - это, с одной стороны, снижает его потери, а с другой - препятствует возникновению частотно-зависимого интерференционного сигнала.

Для выполнения калибровочных операций ПУ должно иметь набор генераторов иума с плоским спектром, сигналы которых заводятся .в входной тракт.

Параметры современных ПУ быстро прогрессируют, что связано, в первую очередь, с применением 1.МУ нового поколения на основ? транзисторов типа КШГ. В диапазоне 22 ГГц шумовая температура охлаидаемых до 15 К НШТ усилителей достигает значения -30 К, приближаясь к аналогичному параметру мазера. Внедрение на РАТЛК-600 таких приборов позволит значительно псоаее реализовать возможности спектрального комплекса и приблизительно вдвое повысить его чувствительность.

Глава 2 посвящена рассмотрении конкретных схем приемных устройств диапазона 22 ГГц, разработанных для спектрального комплекса РАТАН-600, начиная с 1981 г.

Первое ПУ-1,35 содержало смеситель на входе и работало по классическому модуляционному методу, как и другие приемные устройству спектрального комплекса £2,71. На входе ПУ был установлен Р-1-М диодный модулятор, а в качестве "эквивалента" сигнала антенны использовался рупор, направленный на околополярную область неба. Из-за высокой шумовой температура ПУ (Ти~2200 К) на нем мозно было наблюдать только очень яркие мазерные [[,0 линии в источниках Орион Д и V? 49 [71.

В апреле 1982 г. на вход супергетеродинного ПУ был установлен налогаушщий усилитель - мазер с заливным криостатоа и Ту~1С0 К. В целях минимизации иумовой температуры Г1У за счет снижения потерь во входном СВЧ тракте было решено использовать метод измерения с шумовым пилот-сигналом. Для реализации данного метода необходимо располагать высокостабильным модуляторов усй-ле!гия п достаточно модошм генератором шумового пшют-сигнала (ГШ). Шумовая температура ГШ (Т^) определяется величиной температуры системы (антенна+ ПУ-ТС), глубиной кодулятш (Ьи) п переходный ослаблением направленного отвегсите.чп (Ь1!а), через который сигнал ПШ поступает на вход КНУ. При значеншгх Т -200-350 К, Ь ~12 дБ п Ъ -17 дБ величина Т долгли бить не

С ' ' н . НО ПиП

менее (160-280) 10 К. Разработанный на основе параметрического диода 1А404 генератор шумового сигнала обеспечивает дашиде значения ТП1Г1(61. Последующая эксплуатация генераторов позсазала иг высокую стабильность (<3 10-3 ЗУ°С) и безотказность в работе.

Модуляции усиления глубиной -12 дБ было решено осуществлять на промегуточных частотах вследствие простота реализации устройства и возмоеносты обеспечить линейность его частотой характеристик в пределах относительно узкой полосы частот еналя-заторг спектра (ЛГ=1,2 '.ГГц). Модуляция в полосе частот входного сигнала требовала применения Р-1-Н диодного модулятора, которой отличается выгокой температурной зависимостью коэффициента передачи. Поэтому от него было решено отказаться. Плавная регулировка гдубшм модуляции осуп:естр_чялась в УПЧ аналззатора спектра.

Иумовая температура ПУ с пилот-сигналом ы квантовый ШЗГ на

входе составила Ти~140 К. Его стабильность позволяла в сухуп ясую погоду получать в 10 (Я*ц радиометрической канале чувствительность, близкую к теоретической (ЛТ-160 иК, т:=1с), на интервале времени ~30 >яш [6!.

Трудности эксплуатации ыазера - необходимость заливки жидкого гелия и азота через ЗС час - и относительно невысокая стабильность коэффициента усиления (йС'С ~ I %/чао), связанная с недостаточной иопдгостыо генераторов накачки, не позволяла организовать шссовые наблюдения источников Н?0. Поэтов к концу 1983 г. назер был заменен на неохландаеиый двухкаскэдннй парэ-метричесзсий усилитель. В результате шумовая температура ПУ выросла с ~140 К до -210 К, но резко повысилась нядекность, а нестабильность коэффициента усиления снизилась до ~0,5 %/час п определялась, в основной, нестабильностью мощности клистронного гетеродина [81. В течение 1984-1390 гг. произошло всего два отказа в работе ПУ по причине неисправности генераторов накачки МЯУ. За истекянй период на РАТАН-600 выполнен большой объем наблюдений лазерных источников Н-,0, связанных с областями звездообразования и КК звэздгкп. Исследовалась переценность потока п лучевых скоростей деталей профиля линии излучения, измерялись их относительные коордэтэты (по а) [7,91. С помощью наблвдешй калибровочных источников в радиометрическом канале шириной 10 [Я*ц проводилась привязка фокуса антенной системы, определялась ее Еффективная площадь. ПЬзрохая полоса входных частот МШУ (2^,5-22,4 ГГц) позволяла поставить задачу наблюдения других спектральных линий, например, рекоубинационной Нбба (22364 ?£Гц) п др.

С появление» отечествешшх транзисторных усилителей (ТРУ), рзботаюагих в диапазоне 22 ГГц, стала реальной возыогность сов-кзстпть в одном устройстве функции спектрального приемника и сирокополосного (ЛГ-0,6 ГГц) радиоыэтрз континуума. Для этого на гыходе ?.Е17 бил установлен блок разделения каналов (БИС). Блок обеспечивает дополнительноэ усиление п, в зависимости от программы наблэденпй, выделение одного из двух узкополосных сигналов (ДГ-60 Шд) в пределах полосы (.П1У с поыоцью настроенных на фик-спрованные частоты СБЧ фильтров, переключаемых феррптовым ш-1-7 тч торой, а та кг с содержит иирокополосный радпсиа три ч е скяй канал (пряного усиления) [8,10,111.

В последнее время в качестве ФЗК используется электричесзш перестраиваемый ЖЙГ-фальтр ( АГ=60 МГц). При работе с ним спектральные наблюдения могут проводиться в любой участке спектра в пределах полосы ШУ. КИГ-фильтр также имеет две фяксировашше настройки, обычно на частоты линий Н^О а Нбба.

Особое внимание было уделено обеспечению стабильности амплитудных и частотных характеристик узлов ПУ. С этой целью все СВЧ блоки ПУ термостатированы и включены круглосуточно в течегае цикла наблодений 1-3 месяца. В результате дашгая ыодифшсацая ПУ позволяет работать не только в модулящюшюм режиме, но и компенсационном на интервалах ~5 мин, что обеспечивает увеличение чувствительности в два раза при стандартных спектральных наблюдениях [8,12,131.

Радиометрический канал ПУ оснащен Р-1-М диодным модулятором с плавной регулировкой глубины модуляции Ьи и управляется ЭШ [141. Система управления позволяет выровнять сигналы антенш и эквивалента на выходе низкочастотного устройства канала с точностью до величины шумовой дорожки.

Шумовая температура ПУ составляет Тш~210 К. Относительная нестабильность коэффициента усиления ПУ за I час работа но превосходит 0,5 %/час в спектральной канале и 0,1 %/час в радиометрическом.

С целью дальнейшего снижения шумовой температуры ПУ и повышения его стабильности был разработан налошумящий усилитель кв основе транзисторного усилителя, изготовленного в ПО "Сатурн", г. Кноа. Криостатом для КЙ1У служит криостат связной системы "Ор-бита-2". Ранее МШУ этой системы использовался в первом варианте приемного устройства спектрометра диапазона 4,8 ГГц, установленного на РАТАН-600 [4]. Сигналы частоты накачки подводились к усилите.™ по волноводам сеч. 11x5,5 мм2, длиной 415 мм. Эти волновода используются для подключения ТРУ.

Волноводы изготовлены из тонкостенной нержавепцей стали, посеребрены изнутри, запвяны, с одной стороны, в крышку массивного медного стакан», а с другой - в крышку сосуда Дыоара, на которой крепится вся конструкция. Внутри медного стакана размещается ТРУ, фсрритоЕый переключатель (модулятор) и развязывание элементы. К дну стакана припаян медный радиатор. Уровень тадкого

азота находится вблизи крышки стакана. Соединительные волновод-ше олементы внутри стакана изготовлены из иедного волновода. Тек самым сбеспачиваетря аффективное 01лаадение ТРУ и переключателя. Потери во входной волноводе, включая переключатель, составляют -0.6 дВ. Стакан с ТРУ помещаемся в сосуд Дызара типа ВСД-25М, ешсостью 25 литров.

Для предотвращения конденсации влаги на внутрешгах стенках волноводов и стакана их объем заполняется газообразным гелием, подаввешш под небольшим давлегаец - 0,1 а та. Волноводы герметизируются лавсановой плешсой на уровне верхней крышки сосуда Дыоара. Конструкция криостата предотвращает его запотевание, что значительно упрощает эксплуатацию (,ШУ в длительных циклах наблюдений.

Для увеличения общего усиления МШУ на выходе ТРУ установлен -дополнительный пзраиетрический усилитель (ПО "Сатурн" г. Киев). Усилите ТРУ после охлаждения составляет ~20 дБ, а вместе с па-рапетричесгаш усилителен ~40 дБ. Полоса усиливаемых частот составляет 21.5-22,5 ГГц. IIa входе Ш1У установлен отрезок волновода, соедшигаций рупорный облучатель с входом ИИУ и содержащий направленный ответвпгель, через который заводятся сигналы калибровочных генераторов иума. Потери во входной тракте Lbi~0,2 дБ.Шумовая тешература транзисторного ШУ составляет Т=180 К + 10 К, относительная нестабильность коэффициента усиления ПУ AG/G -0,3 %/час и долдна значительно улучшиться с переходом на твердотельный гетеродин.

Высокая стабильность ПУ с транзисторным ШУ на входе позволила отработать цетодику спектральных наблюдений в компенсационном рехлие при длительном (до 20 мин) накоплении сигнала. Данная процедура реализована в наблюдениях линии излучения водяного пара средней атмосферы Зеыли (ыезосферы). Спектральный анализ проводился с использованием 128-канального цифрового автокорреляционного АС с разрешением 40 кГц и полосой анализа 2500 ¡(Гц. Полезный сигнал и опорный (сигнал "эквивалента") регистрировались поочередно в течение 5шш каядый, затеи процедура повторялась четыре раза. Таким образом вреия накопления сигнала составляло 1200 с;. С целью минимизации исканенпй спектра, вызванных нелинейностью аналогового тракта анализатора ссектра

(УПЧ, преобразователя частоты) перед наблюдениями проводилось выравнивание уровней полезного сигнала и эквивалента соотватствуго-щш изменением усиления УПЧ АС. Медленные уходы величины коэффициента усиления ПУ учитывались при обработке полученных спектров методами сплайн-интерполяции. В результате при накоплении сигнала в течение 20 мин. была достигнута чувствительность ~70 иК (при шумах системы 250К и частотном разрешении 40 кГц). Ззмчи-тельная ширина регистрируемой линии атмосферной Е^О позволяет пронести дополнительное сглаживание по 8 каналам (Д1~330 кГц) к достичь чувствительности ~25 ыК.

Калибровка спектрометра проводится с использованием генератора' шумового сигнала ила по собственным шумам ПУ.

Разработанная методика позволяет прп стандартных спектральных наблюдениях получить выигрыш в чувствительности приблизительно а два раза, так как занимаемое ими время даке в режиме сопровождения источника сигнала кареткой облучателя не превосходит 5шн., включая время калибровочных операций.

В главе 3 приведены некоторые результата исследования лазерных источников гу) в Орионе А, И 49 п V? 51, а такге излучения водяного пара в средней атмосфере Зешш на высотах 60-80 кн. Наблюдение мазерных источников в перечисленных объектах проводилось на протяжении 1981-1991 гг. Высокая разрешащая способность радиотелескопа -10" по а и значительная эффективная площадь антенны делает возможным не только регистрировать яркие детали профиля лиши излучения, но и определить их относительную координату (по а) с точностью ~5 мс. Знаше координаты ¡л лучевой скорости детали позволяет зафиксировать ее принадлежность к определенной группе мазершх источников. Последнее невозможно сделать по наблвденшш на иалнх антеннах, а точные УЬВ! измерены я проводятся очень редко.

За указанный период проведено 106 наблодений Орион А в диапазоне лучевых скоростей 0-16 км/с, 42 наблюдения И 49 (-2,5 - +20 км/с) и 42 наблюдения 5? 51 в диапазоне 50-66 т/с.

Результаты обработки данныг предствлвш в виде таблицы координат деталей в зависимости от их лучевой скорости а эпохи наОлвдекий.

В марте 1990 г. отмочено возобновление активности иазерного

пзлучезгия IL>0 в источнике 3 51 If на лучевых скоростях 60-65 км/с. НсОлпденнп проводились в азаыуте 30°, Параметры антенны козггролпровались со наблюдениям Псгитера. Полуширина да антенны составляла 10" х 5', элективная площадь ~600 it. Одновременно регистрировалось прохождение источников T¡ 51 II и Ti 51 И (расстояние наяду ними по а порядка 4^5).

Из приве.детшх профилей линии К.,0 в источниках следует, что в 1990 г. возобновилась активность V? 51 Н в диапазоне лучевых скоростей 60-65 юл/а я в декабре 1990 г., по-видимому, был дос-тпгнут максимум потока -250 Ян. В сентябре 1988 г. излучеше W 51 N на этих лучевых скоростях отсутствовало, т.е. было меньше 20 Ян. По дашши ряда авторов на этих скоростях в 1977-79 гг. отмечались всшлгаш до 1200 Ян. Наблюдения VLBI показывают, что в атом диапазоне лучевых ысоростей излучают ira менее трех раашч-* mix центров активности с расстоянием меиду ними -I". Одновременное нарастание потока в указанном диапазоне скоростей позволяет считать яспыияу лшггш IL.0 "коррелировазшой".

В источнике W 51 It продолжала увеличиваться яркость детали, на V=+55,3 mi/e и за этот период произошла встлжа на 7-57,7 зш/с, с увеличением потока на ~Ю00 Ян.

Полученп дашшо о профзле линии излучения водяного пара незосферн. Линия проявляет перемешюсть на интервале нескольких чесов, что противоречит распространенным моделям перемешивания ншпгей и верхней атмосферы. В некоторых наблюдениях зарегистрировано смещение максимума линии излучения по частоте на величину до 200 кГц (~2,6 зем/с). Иногда проявляется отличие формы частотного профиля линии от лоренцевой, что связано с наличием локального максимума содержания водяного пара на высотах 60-80 км. Дпшшй эффект также зге находит отражения в общепринятой модели распределения вода с высотой.

В Заключении диссертации сформулированы основные результаты работы.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ:

1. А.П.Венгер, С.Я.Голосова, И.В.Госвчшюкий, А.Д.Дибихев, D.K.Зверев, Г.Н.Ильин, Е.К.Майорова, В.Н.Парийский, Г.А.Пинчук, С.П.Шшскин, В.И.Сшшнский. РАТАН-600 на миллиметровых волнах. Сообщения CAO, 1989, вып. 63, с.5-7.

2. А.П.Венгер, В.Г.Грачев, Т.М.Егорова, С.Р.Ееленков, Г.Н. Ильин, И.П.Коиар, Е.Н.Курочкина, В.Г.Могилева, В.А.Прозоров, Н.Ф.Рцеков. Комплекс программно-управляемых радиоспектрометров радиотелескопа РАТАН-600. XI Всесоюзная радиоастрономическая конференция по аппаратуре, антеннам и ивтодаи. Тезисы докладов. Ереван, 1978, с.47.

3. А.П.Венгер, В.Г.Грачев, Т.М.Егорова, С.Р.Келенков, Г.Н. Ильин, Н.П.Кочар, Е.Н.Курочкина, В.Г.Могилева, В.А.Прозоров, Н.Ф.Рынков. Спектрометрический комплекс радиотелескопа РАТАН-600. Сообщ. CAO, 1982,вып.35, с.5-32.

4. Г.Н.Ильин, В.А.Прозоров. Спектральный приемник на волну 6,2 сн. Сообщения CAO, 1982, вып. 34.

5. Л.Э.Абрамян, А.П.Венгер, Т.М.Егорова, Г.Н.Ильин, Р.Кан-далян, Р.М.Мартиросян, Н.Г.Погосян, Н.Ф.Ршсков, В.А.Санамян, Приемное устройство радиоспектрометра на волну 1,35 eu. XIV Всесоюзная радиоастрономическая конференция. Радиоастрономическая аппаратура, антенны и метода. Тезисы докладов. Ереван, 1982, с.92.

6. Л.Э.Абрамян, А.П.Векгер, В.Г.Грачев,Т.М.Егорова, Г.Н.Ильин, Р.Кандалян, Р.М.Мартиросян, Н.Ф.Рыкков, В.А.Саняиян. Спектральный приемник на волну 1,35 си. Известия CAO, 1305, т.20, с.149.

7.А.П.Венгер, И.В.Госачшгский, Т.М.Егорова, Г.Н.Ильин, Р.А.Кандзлян, Н.А.Ццаева. Наблюдения радиолинии HgO в источниках W 49 ц Орион А. Письма в АХ, 1981, т.7, N11, с.677.

8. Г.Н.Ильин. Трехкаияльное приемное устройство диапазона 22ГГц для спектральных наблюдений. Препринт CAO, 1992, Шб-СПб, Санкт-Петербург, с,3-17.

9. И.В.Госачинсккй, Г.Н.Ильин. Координаты компонент мазерных источников К.,0 Орион А, R49 и 5Г51. I. Результаты

наблтденпй. Препринт CAO, 1994, ГГГОЗ-СГЮ.

10. A.n.Bejrrep, Г.И.Ильин. "Многоканальное приемное устройство дециметрового диапазона волн". XVII Всесоюзная конф. по радиоастрономии. Тезисы докладов. Клеван, 1985, с. 226.

11. А.П.Венгер, Л.Г.Гассанов, О.Д.Гудзь, Г.Н.Ильин, Н.Ф. Рынков, А.Д.Туз. "Приемное устройство радиоспектрометра на волну

21 см". Известия CAO, 21, 1906, с.98.

12. Н.В.Госачинский, С.Р.Желенков, Г.И.ильин. Аппаратура, методика и результата измерения содеряания водяного пара в средней атмосфере Земли. Препринт CAO, 1994, NI02-CÏÏ6.

13. Г.И.Ильин. Приемное устройство спектрометра диапазона

22 ГГц в ре&име наблюдения линии излучения водяного пара «оэосферы. Препринт CAO, 1993, N33-СПб, с.3-20.

14. С.Р.Желенков, Г.Н.Ильин. Програьмно-управляедай шнро-' кополосшй радиометрический канал спектрального комплекса РАТАН-600. Сообщения CAO, 1988, вып. 58, с.66-69.

15. Н.В.Госачинский, Г.Н.Ильин. Вспышка мазера ty) в источнике W 51. XXIII Всесоюзная радиоастрономическая конференция по Галактической п внегалактической радиоастрономии. Тезисы докладов. Ашхабад, 1991, с.147.