Зубрин С Ю, Антюфеев А В, Корольов А М, Мишенко В В. Мишенко А В,

Подьячий В І, Шульга В М Радіоастрономічний інститут Національної Академії наук України вул Червонопрапорна, 4, м Харків, ГСП, 61002, Україна тел: 8-057-7203563, e-mail: zubrin@riankharkovua

Анотація – У широкому діапазоні частот від 85 до 115 ГГц створений кріогенний високочутливий радіоспектрометр для спостережень мазерного ліній космічних джерел на РТ-22 з високим частотним дозволом Наведено результати спостережень космічних мазерів

I                                       Введення

Космічні мазери досліджуються в широкому діапазоні частот – від одиниць до сотень ГГц [1] Для ЇХ спостереження необхідна приймальна апаратура з високою чутливістю і високим спектральним дозволом Нами створений широкосмуговий радіоспектрометр 3-мм діапазону (85 .. 115 ГГц) для спостереженні мазерів на радіотелескопі РТ-22 КрАО

II                               Основна частина

Радіоспектрометр для спостереження космічних ДЖЕРЕЛ мазерного випромінювання в 3-мм діапазоні довжини хвиль на РТ-22 створений на основі розроблених У РІ НАНУ високочутливого криогенного су-пергетеродінного приймача і двох спектроаналізаторів (фільтровий І Фурє-спектроаналізатор) високого дозволу

Структурна схема комплексу наведена на рис1

Рис 1 Структурна схема радіоспектрометр Fig 1 Microwave spectrometer blocl < diagram

Чутливість приймача визначається, в першу чергу, характеристиками змішувального елемента і вхідних ланцюгів У описуваному приймачі опромінювач антени виконаний у вигляді гладкого конічного рупора, конструктивно розділеного на кілька секцій Секції з малим поперечним перерізом безпосередньо повязані з охолоджуваними елементами приймача Теплова розвязка здійснюється на секції, виконаної з нержавіючої сталі (товщина стінки 0,2 мм), і має внутрішній діаметр більше 10 мм При довжині вхідного тракту – опромінювача близько 70 см втрати в ньому не перевищували 0,2 дБ

В якості змішувального елемента використовувався бескорпусной GaAs діод з барєром Шоттки МОБІЛЬНОГО структури Електродинамічна система змішувача розроблялася на базі хвилеводу зниженого поперечного перетину (до 0,6 мм) з метою забезпечення широкополосности змішувальної камери Потужність гетеродина підводилася до змішувача через діплексер, відмітними особливостями якого є мала довжина хвилеводу сигнального тракту і наявність високодобротного прохідного резонатора, «чистить» спектр гетеродина В якості гетеродина використовувався синтезатор частоти

3 мм діапазону, вихідним генератором якого була лампа зворотної хвилі типу ОВ-71

Охолоджуваний попередній підсилювач проміжної частоти (ПУПЧ) власного виготовлення на 2-х РНЕМТ-транзисторах фірми Agilent забезпечував посилення більш 20дБ і власну шумову температуру Тш <2К при охолодженні до 20К [2]. Підключення змішувача до ПУПЧ виконано при ДОПОМОГИ трансформатора імпедансів без використання вентиля, що сприяє зниженню загальної шумової температури приймача. Розташовані У кріоблоке елементи приймальної системи (діплексер, змішувач, попередній підсилювач проміжної частоти) охолоджувалися до 20К при ДОПОМОГИ микрокриогенной системи замкнутого циклу типу НВК-3, 2А-Р. Тш ° ^ ^, виміряна з входу опромінювача У лабораторних умовах, була не гірше 70К У діапазоні, що порівнянно з чутливістю приймачів з SIS змішувачами.

Неохолоджуваного частина радіоспектрометр призначена ДЛЯ посилення прийнятого сигналу на проміжній частоті і сполучення з аналізаторами спектра

У радіоспектрометр використовувалися одночасно два спектроаналізатора – фільтровий аналізатор спектру, що працює в діапазоні частот

236 . 248 МГц І Фурє – аналізатор високого дозволу, що працює в діапазоні вхідних частот

О . 4 МГц [3]

Фільтровий аналізатор спектру розташовувався в нижній кабіні телескопа (~ 25 м від приймача), а Фурє-аналізатор – в лабораторному будівлі (~ 150 м) Подача сигналу на великі відстані здійснювалася на частоті 240 МГц

Третє перетворення частоти, необхідне для роботи Фурє – аналізатора спектра здійснювалося в SSB змішувачі, що входить до складу реєстратора MARK-III Система збору та обробки даних виконана на базі компютерів IBMPC, причому ДЛЯ кожного спектроаналізатора використовувався СВІЙ компютер Фільтровий аналізатор спектру МІГ працювати в модуляційному режимі і мав дозвіл ПО частоті ЮОкГц / канал Фурє-спектро- аналізатор використовувався як у модуляційному режимі, так і в компенсаційному Він дозволяв змінювати величину частотного дозволу, причому най-краще дозвіл становило 4 кГц

Рис 2 Метанольний мазер (f = 95,169 ГГц), отриманий з використанням: а – Фурє-спектроаналізатора, Ь – фільтрового спектроаналізатора

Fig 2 IVIethanol maser (f = 95,169 ГГц), obtained using: a – Fourier analyzer, b – filter bank analyzer

При ДОПОМОГИ вищеописаного радіоспектрометр в жовтні 2004 року були успішно проведені спостереження космічних мазерів молекули метанолу На рис2 наведено приклад результатів спостережень мазерного лінії при її спостереженні на обох спектроаналізаторів Одночасне використання двох аналізаторів спектра дозволяє підвищити оперативність спостережень

III                                   Висновок

Створений радіоспектрометр має високу чутливість, забезпечує ефективні радіоастрономічні спостереження на радіотелескопі РТ-22 космічних мазерів на молекулах метанолу та моноокиси кремнію в широкому діапазоні частот

85 . 115 ГГц

IV                            Список літератури

[1] м Elitzur / / Аппі Rev Astron Astrophys 1992, vol30, pp75-112

[2]  A M Korolev, V M S/7i//ga//Proceedings ofthe 5*^ International Kharkov Simposium of Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Sub-Millimeter Waves Kharkov, Ukraine, 2004, pp894-895

[3] Антюфеев AB, Шульга В М «Спектроаналізатор на базі персонального компютера для радіоастрономічних досліджень» / / Радіотехніка, 2005, 10, стр 145 – 148

MICROWAVE SPECTROMETER 85..115 GHz FREQUENCY BAND FOR MASER LINES OBSERVATIONS ON RT-22

S              J Zubrin, A V Antyufeev, A M Korolev,

V        V Myshenko, A V Myshenko, V I Piddyachiy,

V                                          M Shulga Institute for Radio Astronomy Ukrainian Academy of Sciences

4,         Chervonopraporna St, Kharkiv, 61002, Ukraine e-mail: zubrin@riankharkov ua

Abstract – Low noise cryogenic microwave spectrometer (MS) for 85.. 115 GHz band is suggested for cosmic maser lines observations on RT-22 with high spectral resolution Provided are the results of observations of certain space masers

I                                         Introduction

Investigations of space masers are carried out in wide frequency range: from units to hundreds GHz [1] For this purpose it is necessary to have a receiver with extremely high sensitivity and spectral resolution 3 mm MS have been created for radio- telescope RT-22 (CrAO) Test observations of space masers have been carried out

II                                        Main Part

MS for observations of maser lines of space sources on ra- dio-telescope RT-22 have been created on the base of extremely sensitive cryogen superheterodyne 3 mm receiver and two spectrum analyzers (filter bank and Fourier analyzer) of high resolution Block diagram of MS is shown on Fig1

The mixer has single-ended whisker-contacted fundamental frequency design The mixer diode chip is placed into halfheight waveguide In order to combine RF and LO signal in receiver diplexer unit is used, whose additional function is «cleaning» the LO spectrum The LO is PLL synthesizer with BWT OB-71 Cooled IF amplifier is designed at IRA NASU, uses 2 PHEMT transistors «Agilent» and provides gain more than 20dB and noise temperature less than 2K under 20K ambient temperature [2] In order to decrease receiver noise temperature mixer is connected to IF amplifier using impedance transformer only Diplexer, mixer, IF amplifier were placed into cryob- lock and cooled down to 20K using refrigerator Receiver noise temperature was measured in laboratory and its value was less than t№^^< 70K at any frequency within 85..115 GHz band

Uncooled part of MS is used for received signal amplification at intermediate frequency and for coupling with spectrum analyzers Two spectrum analyzers (Fourier analyzer and filter bank analyzer) were used in MS [3]

Filter bank analyzer was used in modulation mode with frequency resolution 100 kHz/channel Fourier analyzer was used both in modulation and compensating modes with frequency resolution of 4 kHz

Observations of methanol masers were carried out using the MS designed in October 2004 Fig2 shows the example of maser line obtained for both spectrum analyzers Using of both spectrum analyzers simultaneously allows increasing of obtained results validity

III                                       Conclusion

Low noise microwave spectrometer created provides observations of cosmic maser lines on transitions of methanol and SiO molecules in wide frequency band 85.. 115 GHz

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р