««« ساختارفني تلسكوپهاي راديويي »»»
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
راديوتلسكوپها همانند دستگاههاي راديويي معمولي كه در تمام منازل يافت ميشود، كار ميكنند. اما ميان اين دو وسيله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجي كه راديوتلسكوپها مجبور به آشكار سازي آنها هستند، بسيار ضعيف بوده و دوم راديوتلسكوپها بايد تمام سيگنالهاي دريافتي را براي آناليزهاي بعدي ذخيره نمايند. از نظر ساختماني، يك تلسكوپ را ميتوان به هشت قسمت اصلي و مهم زير تقسيمبندي نمود:
1. آنتن
2. پيش تقويت كننده يا آمپليفاير اوليه
3. مخلوط كننده
4. نوسان ساز
5. تقويت كننده موج متوسط يا آياِف
6. آشكارساز مجذوري
7. تقويت كننده DC
8. ابزار ضبط اطلاعات
… آنتن
در عالم الكترونيك، آنتن به سيستمي مشتمل بر سيمها و يا ساير اجسام هادي گفته ميشود كه جهت ارسال و يا دريافت امواج راديويي يا ساير طول موجهاي امواج الكترومغناطيسي به كار ميروند. اين ايده اولين بار توسط گاگليلمو ماركوني در سال 1897 ارائه شد.
در يك آنتن فرستنده، سيگنالهاي رسيده از مدار الكتريكي باعث نوسان الكترونها در آنتن ميشوند. حركت بار الكتريكي باعث توليد ميدان الكترومغناطيسي در اطراف خود شده و اين ميدان به نوبه خود امواج الكترومغناطيسي را در جهت خاصي كه به طراحي آنتن بستگي دارد پخش ميكند. براي مثال آنتن ايستگاههاي راديويي به گونهاي طراحي ميشوند تا امواج را در تمام جهات به طور يكسان پخش نمايند اما از آن سو آنتنهاي يك دستگاه رادار امواج را در جهت خاصي منتشر مينمايد.
در آنتنهاي گيرنده، مسير بر عكسي براي توليد جريان در مدار آنتن طي ميشود. ابتدا امواج الكترومغناطيسي به گونهاي باعث تحريك الكترونها ميشوند كه جريان القايي در مدار آنتن توليد ميگردد، سپس اين جريان در مدارهاي الكتريكي خاصي تقويت و ***** شده و در نهايت اطلاعات آن استخراج ميشود.
در راديو تلسكوپها و يا در تلسكوپهاي راداري، معمولا از آنتنهاي بشقابي براي دريافت امواج استفاده ميكنند. آنتن
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
آشكارترين بخش آن هستند. آنها موظفند امواج راديويي فوقالعاده ضعيفي را كه از اعماق فضا به زمين ميرسد جمعآوري نمايند. اغلب اين آنتنها بسيار بزرگ هستند تا تلسكوپ قادر به نگاه دقيقتر و عميقتري به فضا باشد.
… پيش تقويت كننده
سيگنالهاي راديويي گسيل شده از فضا بسيار ضعيف هستند. ضعف اين سيگنالها زماني بيشتر نمايان ميشود كه بدانيم اگر تمامي انرژي حاصل از دريافت اين سيگنالها را از ابتداي تاريخ مشاهده فضا با تلسكوپهاي راديويي، با هم جمع كنيم به سختي قادر به آتش زدن يك چوب كبريت خواهيم شد. متوسط انرژي سيگنالهاي راديويي كه از فضا دريافت ميشوند در حدود 5-10*2 وات ميباشد.
براي اندازهگيري و مشاهده چنين سيگنال ضعيفي بايد آنچه را كه دريافت ميكنيم ميليونها بار تقويت نماييم. اما مشكل زماني خود را نشان ميدهد كه بدانيم ابزارهاي الكتريكي كه در راديوتلسكوپها مورد استفاده قرار ميگيرند، در زمان عملكرد نويزهاي ضعيف و قوي فراواني توليد ميكنند. 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 كنندهها تقويت محدوده خاصي از امواج به گونهاي است كه كمترين اغتشاش را به آنها وارد كند. به همين دليل اغلب، اين تقويت كننده را تقويت كننده كم اغتشاش مينامند.
براي كاهش اغتشاشات، معمولا از ترانزيستورهاي بسيار ويژهاي در اين تقويت كنندهها استفاده ميشود و در ضمن، با سرد كردن آنها تا دماهاي نزديك به صفر مطلق، سعي ميكنند تا جاييكه امكان دارد اغتشاشات كمتري توليد شود.
… مخلوط كننده
وظيفه مخلوط كننده كاهش و تغيير فركانس سيگنالهاي دريافتي از پيشتقويت كننده ميباشد. اين كار به دو دليل انجام ميگيرد. اول اينكه از نظر تكنولوژيكي، ساخت تقويت كنندهها، *****ها و ساير قطعات الكترونيكي كه قادر به كار با امواج فركانس بالا باشند، سخت و گران است. دوم اينكه اگر ما تمام تقويتها را با فركانسي كه دريافت ميكنيم انجام دهيم، امكان بازگشت امواج به آنتن و توليد پسخور به شدت افزايش خواهد يافت. اين اثر مشابه حالتي است كه يك سخنران ميكروفن را بسيار نزديك به دهان نگه دارد.
براي انجام اين كار مخلوطكننده موظف است تا سيگنالهاي دريافتي از پيشتقويتكننده را روي سيگنالهايي با طول موج بالا و فركانس پايين كه از دستگاه نوسان ساز دريافت ميكند، سوار نمايد. اين كار در مخلوطكننده به دو شكل و همزمان صورت ميگيرد به اين معني كه مخلوطكننده دو موج خروجي دارد كه يكي حاصل جمع دو ورودي و ديگري حاصل تفريق آنها است. با گذراندن اين دو خروجي از يك *****، هركدام كه فركانس كمتري داشت، انتخاب شده و به عنوان سيگنال ورودي به تقويتكننده آياِف فرستاده خواهد شد.
… نوسانساز
اكثر راديوتلسكوپها از نوسانسازهاي كوارتزي استفاده ميكنند. مزيت عمده استفاده از كريستالهاي كوارتز در توليد نوسان، پايداري خوب و اغتشاش كم در خروجي آنها است. از آنجاييكه طبيعت راديوتلسكوپها اقتضا ميكند تا در باند پهني از امواج عمل نمايند، اغتشاش اندكي در نوسان توليدي، قابل اغماض ميباشد .اگرچه اغتشاشات آنقدر بزرگ نيستند كه توليد مزاحمت نمايند اما بايد مراقب بود كه اين اغتشاشات، نويزهاي طبيعي سيستم را تشديد ننمايند، چراكه در آن صورت سيگنالهاي خروجي تلسكوپ تغيير خواهد كرد و اغتشاشات همانند دريافت واقعي تفسير خواهند شد.
… تقويت كننده آياِف
در يك تقويت كننده موج متوسط با استفاده از *****هاي مخصوصي، تنها به محدودهاي خاص از امواج اجازه عبور ميدهند. اگرچه محدوديتي در انتخاب فركانس كاري تقويتكنندهاي آياِف وجود ندارد اما معمولا فركانسهاي 70، 45، 4/21 و 7/10 مگاهرتز در آنها به عنوان فركانس كاري در نظر گرفته ميشود. با اين كار فركانسهاي زائد حذف شده و محدوده خاصي كه مورد نظر است به شدت تقويت و آشكار ميشود.
در راديوهاي رايج، مداري وجود دارد كه به مجموعه آن كنترل خودكار بهره ميگويند. اين مدار براي دريافت صدايي واضحتر و شفافتر، تغييرات اندك و ناچيز در قدرت سيگنالهاي دريافتي راحذف ميكند. در رصد راديويي اين تغييرات اندك و جزئي دقيقا همان چيزي است كه ناظران به دنبال آن هستند. بنابراين زماني كه از راديوهاي معمولي براي رصدهاي راديويي استفاده ميگردد، اين مدار را بايد از كار انداخت.
… آشكارسازهاي مجذوري
اگر فركانس خروجي تقويتكننده آياِف را به يك ولتسنج جريان مستقيم وصل كنيم، صفحه نمايشگر مقدار صفر را نشان خواهد داد. اين امر به دليل ماهيت نوساني فركانس است كه زماني بيش از صفر و زماني كمتر از صفر است.
براي اينكه قادر باشيم تعريف خوب و قابل دركي از انرژي دريافتي از آسمان ارائه دهيم، معمولاً از قطعه سادهاي براي هم علامت كردن و يا حذف قسمت منفي موج استفاده ميكنيم. در اكثر راديوتلسكوپها اين قطعه ساده كه يك ديود معمولي است، فقط به جريانهايي با ولتاژ مثبت اجازه عبور ميدهد. به اين ترتيب ولتاژي كه ولتسنج نشان ميدهد برابر با جذر ولتاژ ورودي است.
… تقويت كننده جريان مستقيم
در طي فرآيند مستقيمسازي ولتاژ و همچنين قبل از آن، مقادير زيادي اغتشاش ناشي از عملكرد ابزارهاي الكترونيكي به موج اصلي اضافه ميشود. از آنجاييكه قدرت امواج دريافت شده از فضا بسيار ضعيف است، در لواي اغتشاشات هر چند كوچك پنهان خواهد شد.
براي كمرنگ كردن اين موضوع معمولا از انتگرالگيرهايي با پله زماني معلوم استفاده ميكنند. اين امر باعث ميشود كه قلههاي بسيار بزرگ اغتشاشات روي سطح ملايم موج اصلي سرشكن شود و تنها اندكي 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 كه معمولا ماتريس دو ستونهاي از ولتاژ بر حسب زمان هستند را در قديم توسط قلمهاي خودكار و بر روي كاغذهاي بسيار طويل به شكل نمودار ذخيره ميكردند. امروزه اين روش تقريبا منسوخ شده و اطلاعات بعد از تبديل به سيگنالهاي ديجيتال در يك كامپيوتر 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 كه تا به حال توضيح داده شد، دما نقش زيادي در توليد اغتشاشات الكتريكي دارد.
حاصل نگريستن به آسمان با يك راديوتلسكوپ، عددي است كه نماينده قدرت امواج دريافتي از آن محدوده ميباشد. اگر زاويه ديد راديو تلسكوپ مورد استفاده 1 درجه باشد، با هر بار رصد مقدار عددي ولتاژي را به دست ميآوريم كه متناظر با قدرت امواج راديويي گسيل شده از آن منطقه است. حال ميتوان با چرخاندن
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
و دريافت اطلاعات ساير نقاط در آن حوالي، نقشه راديويي منطقهاي از آسمان را تهيه كرد. اين نقشه راديويي، ماتريسي از اعداد است كه با توجه به زاويه ديد تلسكوپ، وسعت مشخصي از
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
را در بر ميگيرد. هر قدر زاويه ديد تلسكوپ كوچكتر باشد، قدرت تفكيك تصاوير حاصل از آن افزايش مييابد. جدول زير نمونهاي از اطلاعات ذخيره شده از آسمان را نمايش ميدهد كه ميتواند يك كهكشان دوردست باشد:
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 2 1 0 0
0 1 2 3 1 1 0
0 1 2 4 2 1 0
0 1 3 5 3 2 1
0 1 2 5 4 2 1
0 1 2 4 5 4 1
0 1 2 3 4 3 2
0 1 2 2 3 2 1
0 1 2 2 2 2 1
0 1 1 1 2 1 0
0 0 1 1 2 1 0
0 0 0 1 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0
نمايش عددي يك چشمه راديويي توسط ماتريسي از اعداد
