Надеюсь, что многие из Вас уважаемые читатели видели такую вот картину рис1. Ну, уточек-игрушек может и не было, а вот расходящиеся круги на воде от двух источников наверняка видели?.. Пока круги расходятся в свободном «полёте» ничего не происходит, но стоит им (кругам) встретиться друг с другом, и? Правильно, картина мигом преображается, то, что Вы и видите. Эта сказочная картина называется интерференционная, а явление интерференция (короче-то не могли придумать, блин?!). Что же происходит? Если мысленно заморозить движущиеся волны, и разрезать их вдоль направления движения, то? То поверхность нарисует нам синусоиду со всеми делами: периодом Т, частотой F и амплитудой А.
Что произойдёт при встрече? Волны будут взаимно воздействовать друг на друга. Вот на рис1a,b показаны два крайних положения этих волн, при условии (нашем), что они по всем параметрам идентичны. Рис1а, волны совпадают по фазе, гребни и впадины по времени наступают в одно и тоже время. В результате происходит сложение и амплитуда в этом месте увеличивается вдвое. На рис1b, наоборот волны находятся в противофазе, максимум одной совпадает с минимум другой. При сложении они взаимно гасят друг друга. В этой точке уровень воды совпадает с уровнем спокойной воды (на поверхности и до появления кругов). Все остальные точки соприкосновения дают промежуточный результат. А так-как волны непрерывно движутся, то все эти максимумы-минимумы постоянно меняются, образуя ту самую интерференционную картину рис1!
На основе такого явления и был придуман (создан) так называемый интерферометр. А на кой он нам нужен? Вам бы только на кой?! Так надо! Из мини-лекции «Антенны» Вы узнали, что ширина диаграммы направленности антенны, ДН примерно равняется отношению длины волны к физической длине (диаметру) антенны. Значит, чтобы исполнить голубую мечту радиоастрономов, нужно либо уменьшить длину волны, либо увеличить диаметр тарелки нашего радиотелескопа?! С длиной мы не можем ничего сделать (мы же её изучаем!), а вот увеличить диаметр тарелки до бесконечности как-то не получается?! По причине текучести металла, всякие изгибы, деформации... Диаметр не более 100-300м! Что же делать? Вот так и был придуман интерферометр, — дёшево и сердито!
Как это «работает»? Посмотрите на рис2. На земле стоят два антенны А1 и А2. Сверху-вниз опускаются «радиолучи». Могут же существовать световые, а почему радио не могут, хотя их (лучей) в природе не существует, только в нашем воображении... Опускаются они значит, опускаются, и прямо по головам, в точки A и D. Если взять (на время) и рассмотреть только одну антенну и луч соответственно, то? Или антенна головой повертит, либо от вращения земли, то сигнал с антенны будет выглядеть вот так рис3. Источник сигнала появляется как бы справа из-за горизонта и уходит за горизонт влево. Вершина горы на рис3 это и есть нахождение источника в зените. А, что будет если включить две антенны вместе и свести проводочками на вход приёмника? Что произойдёт? Сигнал увеличится ровно в два раза! Эти два луча исходят от одного источника (точечного). По идее они должны расходиться веером в разные стороны... Но источник настолько далеко от нас, что эти два луча принимают как параллельные.
А теперь переместим наш источник скажем на угол ФИ вправо и? Что изменится на входе приёмника? Нет, сигнал не будет удвоенным (в общем виде конечно). А каким? А это всё зависит от угла того самого ФИ и длины волны, потому как луч2 приходит в точку D раньше чем луч1 в точку А. Опаздывает паразит эдакий... Ему же надо пройти ещё путь АВ который зависит от угла ФИ. Такая загогулина получается... Ну и что с этого? Как это чё?! Если при первом варианте (лучи с зенита) волны приходили в фазе, то теперь с опозданием луча1, как повезёт? Может в фазе, а может и не очень?!
Посмотрите на рис7. Здесь в упрощённом виде рис2, как бы два варианта ситуация прихода лучей под разными углами ФИ1 и ФИ2. В первом случае волна луча1 пройдя расстояние А-В сделала два кульбита и оказалась в фазе в точке А с лучём2 в точке D. А вот во втором случае не повезло и после 3,5 переворотов волна оказалась в противофазе с волной луча2. Так о чём это я? А о том, что двигаясь по небосводу с востока на запад лучи от точечного источника лучи приходят к антеннам под разными углами. Постепенно двигаясь к зениту и далее на запад к горизонту. Волны периодически приходят к антеннам то в фазе, то в противофазе. Другими словами сигнал в приёмнике меняется от нуля до максимума (в зависимости от угла падения).
И, что же у нас получается? А, получается у нас вот такая картина рис4, в декартовых координатах или на рис8 в полярных. То есть если закрыть глаза на всякие загогулины, то рис4 в общем виде повторяет рис3 только изрезанная за счёт всех в фазе и не в фазе... В полярных же ДН какой-то одной антенны была вот такой широкой сосиской, теперь с двумя такими антеннами стала вот таким цветком! Ширина ДН каждого лепестка равна отношению длины волны к расстоянию между антеннами [a]!!! Ну, почувствовали разницу? Сравнили ДН одной антенны и ДН, двух?! А если антенны разнести ещё дальше? Разрешающая способность ещё более увеличится. Теперь Вам понятно почему я Вас в начале лекции так долго мурыжил с этой самой интерференцией?!
Всё вот это получило название интерферометр и на него одна надежда на будущее... На рис5 Вы видите как бы такие же лепестки, но на горке? Горка это сигнал с выхода интерферометра от протяжённого объекта, а не от точечного. Вот такие загогулины если убрать всякие украшательства будет график периодической функции скажем синусоиды. И если с точки зрения ДН расстояние между горбами это угол ФИ, ширина ДН, то с точки зрения синусоиды, это период Т. В свою очередь он равен отношению (как и для угла) длины волны к расстоянию между антеннами, — базой. На рис1 блок включающий в себя формулы касаемые интерферометра. Рис1с, — разрешающая способность интерферометра (разрешение). Рис1d, — период пространственной частоты. Рис1е, — общая формула для угловой частоты. Рис1f, — угловая частота применительно к пространственной частоте. Сама же частота называется иногда ещё и гармоникой. На рис1g вот такие гармоники, зависящие от принимаемых интерферометром частот (длин волн). А почему всё-таки пространственная частота? Ну, конкретного ответа я в литературе (может со зрением того?)не встречал. По своим, деревенским соображениям, я думаю, что оттого, что она формируется именно из-за разности хода лучей, именно в пространстве?! Всё гармоники на рис1g в сборе будут использоваться при получении изображения объекта. Но это будет потом, а пока...
На рис6 более приземлённая схема интерферометра. Раньше мы не говорили какие, такие антенны применяли? Здесь могут применяться любые от элементарных диполей до параболоидов в смысле готовых радиотелескопов. Ну, дык! Нужда заставит и не на такое пойдёшь?! Если ширина ДН для каждого параболоида есть отношение длины волны к диаметру тарелки [b], то всего интерферометра к базе [a]. А почему здесь формула, в треугольнике для определения длины волны? Потому как максимум (зелёный лепесток) получается тогда, когда расстояние от точки [B] до основания антенны будет равно длине волны. Сигналы с антенн на входе приёмника придут в фазе.
Продолжение здесь:
8. Перископы. http://www.proza.ru/2019/02/19/374
9. Кресты. http://www.proza.ru/2019/02/20/380
10. Цилиндры в Пущино. http://www.proza.ru/2019/02/22/353
11. Солнечная. Бадары. http://proza.ru/2019/02/23/1204
12. Квазар. http://www.proza.ru/2019/02/24/1883
13. Пуэрто-Рико. http://www.proza.ru/2019/02/25/714
14. Украина. http://www.proza.ru/2019/02/26/1771
15. Зеленчукская. http://www.proza.ru/2019/02/28/261
16. Аврора. http://www.proza.ru/2019/02/28/265
17. Объект. Изображение. http://www.proza.ru/2019/03/06/678
18. Пулково. http://www.proza.ru/2019/03/14/296
19. Нью-Мексико http://www.proza.ru/2019/03/14/300