倒“V”型栅板偶极子天线设计

射电天文在HF-VHF频段采用天线组阵的方式进行观测,根据平方公里阵列(Square Kilometre Array, SKA)的要求,每个阵列单元天线的增益、结构一致性、稳定性、阻抗变化趋势和极化纯度等方面需要达到较高指标,才能满足太阳、木星、再电离纪元等多种测量在极化测量、天线跟踪稳定性以及接收机宽带匹配等方面的需求。根据SKA requirement 2165:极化纯度2135-38和每极化方向灵敏度2814-15提出的性能需求,以及在总结原有设计的经验后,针对10～90 MHz频段,设计了一种适用于HF-VHF的新型倒“V”型栅板偶极子天线,具有重量轻、风阻小等优点,在10～90 MHz的超宽频段内阻抗变化缓慢、极化纯度良好。其中,在阻抗变化方面,天线的阻抗实部从0.8Ω到631.132Ω变化,优于低频射电阵列(Low Frequency Array, LOFAR)的天线,降低了接收机匹配难度和噪声;在极化纯度方面,天线整体轴比小于0.41 dB,对于太阳射电爆发等强极化信号具有良好的极化隔离度。     

1.2--2.2 GHz宽带低噪声放大器研制

为检测微弱的射电信号,要求望远镜接收机噪声性能良好.低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)作为接收机前端关键电路,其噪声系数和增益决定了整机的噪声性能.设计了一款1.2–2.2 GHz的低噪声放大器,电路采用两级级联结构,第2级通过引入负反馈,在改善增益平坦度和拓宽带宽的同时减小噪声,级间经过后级输入阻抗优化后仅需一个隔直电容.并引入有损输出匹配网络,实现高增益、低噪声、良好回波损耗和较为平坦的宽带LNA设计.测试结果表明,在1.2–2.2 GHz频段增益30–33 dB,噪声温度平均值为47 K,输出1 d B压缩点大于11.3 dBm.测试性能良好,可用于该频段接收机系统中.     

组成干涉阵列的阵元数目问题研究

使用模拟干涉成像实验对组成干涉阵列的阵元数目进行讨论,假设分别使用从20个到100个天线组成干涉阵列,使用基因遗传优化的方法得出随天线数目的增加在旁瓣水平、能量覆盖率和平均方差等3种评价标准下的性能变化曲线,通过拟合得出天线数目与各种评价效果的函数对应关系,又进一步讨论了使用效果截断、增加阵元效率等方法为设计干涉阵列的阵元数目提出合理方案,为太阳低频射电阵列阵元数目的确定提供参考。     

月基低频天线技术研究

月基低频天线是近年来射电天文技术领域的研究热点之一。由于地球电离层的屏蔽,频率在30 MHz以下的电波在地面上难以有效观测。月球表面尤其是月球背面被证实是进行低频射电天文观测的绝佳地点。通过对国内外月基低频天线研究现状的调研,阐述了月基低频天线相较地基低频天线在低频射电观测上的优势,介绍了月基低频天线国内外研究的现状,详细论述了国家天文台月球与深空探测重点实验室的交叉偶极子阵列天线设计方案。利用电磁仿真软件HFSS对该阵列天线进行了建模和仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明,交叉偶极子阵列天线具有较高的增益,方向性较好,具有分辨来波方向的能力。最后介绍了月基低频天线的关键技术,为了满足航天器有效载荷小型化、轻量化、可折叠的设计要求,给出了交叉偶极子阵列天线单元的一种卷尺型设计方式。     

C波段卫星信号接收机低噪声放大器的设计

介绍了一个应用于C波段卫星信号接收机的低噪声放大器(LNA)的设计过程。为达到低噪声和高增益的目标,该低噪声放大器是利用低噪声的PHEMT晶体管ATF36077(用在第一级)和噪声性能良好的微波单片放大器MGA86576(用在第二级)级联设计完成的。测试结果表明,该低噪声放大器的性能达到了预定指标:在3.8 GH至4.2 GHz工作带宽内噪声系数NF≤0.7 dB,增益≥36 dB,1 dB带宽约350 MHz。     

奇台低频射电阵列在18～50 MHz首次探测到Ⅱ型射电暴

Ⅱ型射电暴是日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections, CME)的最佳示踪器,当日冕物质抛射的速度超过本地阿尔芬速度时,会产生日冕激波或行星际激波,并对地球的磁层产生十分剧烈的影响,在射电波段观测到Ⅱ型射电暴也就意味着观测到了日冕激波,预测激波到达地球的时间,是空间天气预报的重要内容之一。2021年9月28日06:20 UT左右,奇台低频射电阵列(Qitai Low-Frequency Radio Array, Qitai LFRA)首次探测到一次Ⅱ型射电暴爆发事件,频率覆盖范围为18～50 MHz,持续时间10多分钟。由于在极低频(<40 MHz)频段还没有进行过具有有效空间分辨率的观测,未来在这个频段发现未知现象的可能性极大。观测结果表明,奇台低频射电阵列性能良好(增益典型值6 dBi)、灵敏度高(-78 dBm/125 kHz,动态范围72 dB),可以在25周太阳活动峰年发挥独特作用。     

四阵元微带天线阵列试制与测试

将阵列天线放置于射电望远镜焦平面处,结合波束合成网络,可以同时观测一片天区,实现更大的视场覆盖。由于需要对各个阵元的幅度和相位进行调控,阵列天线实际就是一个小型相控阵,因此在做阵列设计时,除了需要结合反射面焦面场分布及望远镜拟实现的视场以外,阵列自身的性能验证可以参照传统相控阵进行。设计并加工了工作在1.27 GHz的2×2矩形排布的微带贴片天线阵列,阵元间距为0.7倍波长。经实测,各端口S11均在-10 dB以下,4阵元合成后波束增益为12.54 dBi,通过为对应阵元添加理论偏移30^°的延时线,实测阵列的波束扫描角度为28.3^°。上述实测数据与仿真结果相比虽略有差异,这和阵列加工及馈电端口焊接有关,但相关工作为之后更多阵元的阵列天线设计、研制及测试积累了经验,尤其对性能验证具有较高的指导意义。     

L波段致冷低噪声放大器

介绍了应用于射电天文望远镜L波段接收机系统的致冷低噪声放大器的设计。该放大器采用了Agilent公司ATF - 35 14 3假晶高电子迁移率场效应管 (pHEMT) ,为两级级联结构 ,频率范围16 0 0～ 174 0MHz。在物理温度小于 15K(Kelvin)的环境中 ,放大器工作正常 ,两级直流偏置点都在2V 7mA ,增益 2 8.7～ 2 8.9dB ,噪声 3.2～ 3.8K ,输入匹配好于 - 2 2dB ,输出匹配好于 - 16dB ,无条件稳定。     

一种55～65 MHz频段射电天文天线阵接收机的设计

30~300 MHz的低频段陆基天线阵是重要的射电观测设备,在该频段进行射电观测面临无线电环境复杂、天空背景温度高等特点。介绍了一种基于微波芯片设计的新型低频段模拟接收机。接收机由初级带通滤波器(30~70 MHz)、初级放大器、次级带通滤波器(55~65 MHz)、180°移相器、两个次级放大器组成。在测试云南天文台短波段无线电环境的基础上,接收机实现了对55~65 MHz可观测频段的选通和放大,整机噪声约为320 K,增益63 d B左右。同时作为中国射电天文低频阵前期研究的一部分,由于采用单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)芯片,接收机具有体积小、成本低、易于量产等特点。     

L波段致冷低噪声放大器

介绍了应用于射电天文望远镜L波段接收机系统的致冷低噪声放大器的设计。该放大器采用了Agilent公司ATF-35143假晶高电子迁移率场效应管(pHEMT)．为两级级联结构，频率范围1600～1740MHz。在物理温度小于15K(Kelvin)的环境中，放大器工作正常，两级直流偏置点都在2V7mA，增益28．7—28．9dB，噪声3．2—3．8K，输入匹配好于-22dB，输出匹配好于-16dB，无条件稳定。     

太阳射电800~975MHz波段高动态范围模拟接收机的研制

介绍了云南天文台10 m太阳射电望远镜800~975 MHz模拟接收机的研制。接收系统采用射频-中频两级放大+远程控制步进衰减器模式,能方便地通过远程界面控制射频或中频链路的增益倍数,使得整个接收机动态范围在-35 dB-+25 dB。这样的设计防止在该频段强RFI信号造成的接收机饱和,并且获得了大动态范围,能够满足强射电爆发的要求,弥补了10 m射电望远镜的缺省频段。     

4～10 GHz宽带单片集成低噪声放大器设计

在单片微波集成电路领域,放大器的设计往往不能兼顾噪声、增益和带宽,通常为达到最佳噪声和增益会限制带宽,或者为增大带宽而牺牲噪声和增益。本文采用稳懋公司0.15μmpHEMT工艺,综合各种因素,设计了一款宽带低噪声放大器电路,其频率范围4～10 GHz,增益约25 dB,噪声温度低于100 K,输入输出回波损耗大于10 dB。     

射电天文30～300 MHz频段稀布阵列关键技术分析与研究

30～300 MHz的甚高频(Very High Frequency, VHF)频段是重要的射电天文波段,该频段观测采用天线阵组阵方式。稀布阵列具有空间分辨率高、副瓣电平低以及造价低等优点,进一步的天线阵综合加权可以对天线阵主瓣波束进行有效赋形,对最大旁瓣副瓣(Maximum Side Lobe)电平和远区栅瓣(Far Side Lobe)电平进行抑制。首先回顾了射电天文甚高频稀布阵列研究发展和现状,以及将会遇到的难点,提出了首先优化最优稀布天线阵元排布,进一步提出融合高性能计算平台+FPGA SOPC的稀布甚高频射电天文阵列信号处理结构体系,在图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)或者云计算平台上完成对天线阵各阵元频点加权参数的计算,然后通过高速总线将计算参数下发到前端的信号处理板中,通过FPGA SOPC完成对加权参数的配发。进一步分析计算了多波束情况下的数据率,可以实现实时的参数配置。本文成果为下一步大规模甚高频天线阵架设提供了技术依据。     

地球站G/T值的测量

采用分别测量地面天线系统的增益G和接收系统噪声温度T的方法,对几个地球站的G/T值(它是地球站的重要技术指标)进行了测量.结果表明:对4.193 GHz而言,6个地面站的G/T值分别为31.11 dB/k,30.57 dB/k,31.34 dB/k,31.93 dB/k,31.42 dB/k和31.26 dB/k,达到了国际通讯卫星组织颁布的F2类地球站的标准.     

基于应变的变形副反射面位姿形貌快速重构方法

随着双反射面天线口径的增大、工作频段的升高,天线对副反射面的精度要求也越来越高.当天线受到自重以及风荷、温度等外界因素的影响时,为了更好地保证满足天线的高指向精度等电性能要求,基于应变传感器和模态叠加原理,分别利用天线变形后副反射面支撑腿与副反射面自身结构的应变值来快速重构副反射面的位姿、形貌,便于副反射面调整机构对其进行实时修正,以实现更加精准的主副反射面位置匹配,降低因天线结构变形造成的波束指向误差和增益损失.     

对数周期偶极子天线的电特性分析

正在发展中的云南天文中０．５ＧＨｚ－１．５ＧＨｚ快速射电频谱分析仪的接收天线部分是计划在现有十米口径抛物面天线的焦点上安装两付互相垂直的对数周期偶极子天线作为馈源。本文介绍了设计一个ＦＯＲＴＲＡＮ语言程序对对数周期偶极子天线电特性进行分析的过程它可以在整个工作频段范围内计算出任意频率点上一副和周期偶极子天线两个主平面内的方向图、波瓣宽度、增益和输入阻抗，并把结果以数据文件的形式记录下来，结合     

低噪声区分放大器的研制与笥能测试

3MHz区分放大器有天,VLBI接收机,国防科研中有广泛的应用,研制成功的5MHz区分放大器在相位噪声和隔离度上分达到了频期效果,相位噪声的插入损耗小于3dB,隔离度大于60dB,并且保持了氢频标信号的稳定度,还可用于长线传输,因此比较好的满足了时频系统,特别是主稳定本振系统的使用要求,而且有着良好的应用前景。     

全金属缝隙天线在PAF馈源中的应用

对直线缝隙天线进行了理论分析、仿真和优化设计,并制作出实验样机单元。从天线馈电部分分析入手,采用同轴探针馈电方式,内导体利用多个匹配环来改善工作带宽。与传统直线缝隙天线相比,天线主体增加了腔体缝隙结构,实现了天线样机4～12 GHz频段三个倍频程的带宽,E和H面方向图仿真与测试基本一致。全频段最大增益值在4～8 dBi之间,达到了宽带阵列天线的设计要求,为平方公里阵列射电望远镜馈源的应用提供了可能的选择。     

基于100 nm砷化镓pHEMT工艺的C波段宽带低噪声放大器芯片

作为射电天文接收机系统的关键器件, 低噪声放大器的噪声和增益性能对接收机系统的灵敏度有重要影响. 采用100nm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(pseudomorphic High Electron Mobility Transistor, pHEMT)\lk工艺, 研制了一款可覆盖C波段(4--8GHz)的低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA). 所设计的LNA采用3级共源级联放大拓扑结构, 栅极、漏极双电源供电. 常温下测试表明, 该LNA在4--8GHz频段内平均噪声温度为\lk60K, 在5GHz处获得最低噪声温度50K, 通带内增益($31\pm1.5$)dB, 输入输出回波损耗均优于10dB, 芯片面积为$2.1\times1.1$mm², 可以应用于C波段射电天文接收机以及卫星通信系统等.     

天马望远镜P波段轴向偏焦研究

天马望远镜是65 m口径全实面地平式射电望远镜,信号经赋型抛物面主反射镜和赋型双曲面副反射镜汇集后在卡塞格伦焦点处馈入低温低噪声接收系统。开展天马射电望远镜轴向偏焦研究,旨在拓展天马望远镜在低频段的接收,创新之处在于利用P波段低频振子天线作为接收机馈源,放置在距离副反射面顶点下方约1/4波长处,研究天马望远镜在P波段开展天文观测的可行性。研究内容包括P波段振子天线设计、馈源轴向偏焦位置优化以及观测性能分析。P波段振子天线作为馈源,天线最大增益45 d B,天线效率64.25%。