射電天文超寬帶饋源喇叭設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、射電天文跨越的頻率范圍非常大，頻率覆蓋從10 MHz到3000 GHz，由于傳統(tǒng)的射電天文接收系統(tǒng)僅有一個(gè)倍頻的帶寬，“一個(gè)特有的接收機(jī)系統(tǒng)只為實(shí)現(xiàn)一個(gè)主要的科學(xué)目標(biāo)”這種方法對(duì)于由成千上萬的新一代射電望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣列太昂貴，也滿足不了新的科學(xué)探索的要求，通常這些新的科學(xué)探索需要覆蓋大帶寬的接收系統(tǒng)，即超寬帶接收系統(tǒng)。饋源作為射電天文接收系統(tǒng)的核心部件之一，很大程度上決定了射電天文接收系統(tǒng)的性能，同時(shí)也是限制其接收系統(tǒng)帶寬主要器件

2、之一。超寬帶饋源在射電天文超寬帶接收系統(tǒng)研發(fā)的熱潮中應(yīng)運(yùn)而生，本文針對(duì)新一代射電望遠(yuǎn)鏡的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有超寬帶饋源模型進(jìn)行了研究分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試了一款超寬帶四脊張角喇叭(QRFH)，并對(duì)它的增益性能和與波束帶寬剖面函數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了探索性研究，主要工作如下：
　　對(duì)新一代候選超寬帶饋源性能進(jìn)行分析對(duì)比，主要對(duì)四脊張角喇叭對(duì)和“對(duì)數(shù)周期型”這兩種雙線性極化超寬帶饋源進(jìn)行對(duì)比分析，歸納總結(jié)出這兩種超寬帶饋源的構(gòu)造特點(diǎn)，分

3、析出不同的饋源設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。文章介紹了主要類型射電望遠(yuǎn)鏡的幾何光學(xué)及其相關(guān)理論，并簡(jiǎn)單分析了射電望遠(yuǎn)鏡的口徑效率及其靈敏度，最后總結(jié)了射電望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)要求。
　　綜合考慮中國(guó)VLBI2010(Very Long Baseline Interferometry2010)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，結(jié)合四脊張角喇叭與“對(duì)數(shù)周期型”超寬帶饋源的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的饋源；然后通過三維電磁仿真軟件設(shè)計(jì)一款2?14 GHz的圓形QRFH，并對(duì)

4、所設(shè)計(jì)的饋源進(jìn)行了加工和常溫測(cè)試。常溫測(cè)試結(jié)果表明，圓形 QRFH在整個(gè)工作帶寬范圍內(nèi)回波損耗好于10 dB，端口隔離度好于35 dB，具有優(yōu)秀的10 dB波束帶寬恒定性能且照明張角在85?95?之間，性能與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)。文章還給出了該饋源的低溫噪聲測(cè)試結(jié)果，當(dāng)致冷到20 K時(shí)，其低溫等效噪聲溫度貢獻(xiàn)在20?40 K之間浮動(dòng)。該圓形QRFH的設(shè)計(jì)與研究，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同波段四脊張角喇叭的空白，可以應(yīng)用于正在建設(shè)的中國(guó)VLBI2010射電