射電偏振計

射電偏振計

配置於射電望遠鏡測量天體射電偏振的設備。射電偏振的測量,對了解射電源的物理性質和輻射機制是很重要的。

射電偏振計簡介

射電偏振計射電偏振計
配置於射電望遠鏡測量天體射電偏振的設備。射電偏振的測量,對了解射電源的物理性質和輻射機制是很重要的。一束角頻率為ω的單色輻射的電場,可用波前平面上的正交坐標系X、Y方向的分量 EX、EY和二者之間的相位差δ來表示:

E=eXEXcosωt+eYEYcos(ωt—δ),

式中eX、eY為X、Y方向單位矢量。EX、EY和δ的值保持恆定的輻射,是相干偏振的。天體射電一般由大量不相干的輻射源產生,因此,輻射的總電場隨時間隨機地變化,常可表示為偏振成分和非偏振成分之和。偏振成分又可用最一般的橢圓偏振(即電場矢量E的端點隨時間周而復始地在空間描出一個橢圓)描述。這種不相干部分偏振輻射的電場矢量可由偏振成分的電場幅度E0、橢圓偏振的橢率β 和長軸的位置角x、非偏振成分Eu四個參數來描述。

參數定義

射電偏振計射電偏振計

為了測量偏振,常用稱為斯托克斯參數的 I、Q、U、V 來表征不相干部分偏振輻射。這些參數的定義是: 表示的平均值,Eu是矢量Eu的模。

一般射電望遠鏡天線對輻射的回響取決於饋源的偏振方向和橢率。當然可以用它測量任意偏振波的參數,但是為了簡化處理,射電偏振計所用天線(或其饋源)大多是用只對某一分量有回響的偶極子(接收平行於它的線偏振成分)或螺旋天線(接收右旋或左旋圓偏振成分),而且前者往往可在一定角度範圍精確旋轉定位。

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射電偏振計種類繁多,常用的是單天線射電偏振計和干涉偏振計。前者或用二正交偏振的(或是正、反向圓偏振的)饋源於同一天線焦點處,以其輸出的自相關和互相關成分決定斯托克斯參數;或在厘米波段用圓波導中旋轉偏振片或1/4波長片的辦法來決定這些參數。對於干涉偏振計,斯托克斯參數都是強度參數,和總強度I一樣,只要知道了干涉儀饋源的偏振特徵,Q、U、V也可以通過相應干涉儀的回響求出。

射電偏振計的高精度校準

具有至少四個檢波器的類型的射電偏振儀的高精度校準涉及使用輸入光信號(校準偏振)的四個已知偏振態和至少一個其它偏振態。到射電偏振儀的所有輸入偏振態具有統一的光信號歸一化功率和統一的偏振度。用至少一個可變的校正參數產生四個校準偏振的斯托克斯矩陣,並且校正矩陣用斯托克斯矩陣和由偏振計測定的相應檢波器電流矩陣確定。產生作為由偏振計測定的偏振態的偏振度的函式的最佳化判據。疊代變化校正參數,以便使最佳化判據最小化,使得射電偏振儀被校準以便對任何輸入偏振態產生統一的功率和偏振度。

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