数字边带分离校准研究

边带分离(Sideband-separating, 2SB)接收可实现上边带(Upper Sideband, USB)和下边带(Lower Sideband, LSB)信号同时观测,观测效率高且上、下两边带不会出现混叠.因此在射电天文观测应用中越来越受到重视.由于全模拟边带分离接收机存在难以克服的幅度和相位误差,导致了边带抑制率较低,影响了系统的性能.数字边带分离接收机可通过数字信号处理方法,有效改善系统边带抑制率.在3–18 GHz频段构建数字边带分离接收机原理实验,并基于边带分离理论和数字校准方法,实现实验系统的边带不平衡度校准,大大改善了系统的边带抑制率.     

德令哈13.7m望远镜多波束接收机的运行

德令哈13.7 m望远镜是中国最重要的射电望远镜之一.望远镜自安装超导成像频谱仪以及采用飞行观测模式以来,运行近10 yr.在此期间,望远镜开展并完成大量的天文观测,累积了巨量的天文数据,取得了一系列重要的科研成果.介绍了超导成像频谱仪在天文观测中的运行状态,运行中疑难问题、故障现象及解决方案.详述了超导成像频谱仪各方面性能测试及多年来的性能分析,包含接收机噪声温度及望远镜系统噪声温度、镜像抑制比、接收机稳定性、波束性能等方面.列举了超导成像频谱仪更新发展方面的工作,包含本振功率自动化调整、边带分离型超导混频器预放大电路的更新、控制程序的优化等.总结经验和规律,承前启后,将过去的超导成像频谱仪的维护运行经验应用到之后新一代大规模接收机系统中.     

基于多相滤波器的宽带射电频谱仪设计

提出了一种基于多相滤波器的新型宽带射电频谱仪的设计方案。通过多相滤波器实现宽带射电信号的滤波,对滤波后的基带信号进行数字功率检波,再通过积分控制,最终得到射电信号的频谱强度。仿真分析表明,这一设计具有很好的效果,通过多相滤波器,使信号的速率大为降低,克服了传统频谱仪以及采用FFT实现频谱变换方法的缺点,可以实现对超宽带射电信号的实时频谱分析。     

新一代多波束接收系统的科学目标与概念设计

大视场、高灵敏度、高分辨、宽带信号接收以及多偏振成份接收等,是银河系毫米波分子谱线巡天不断追求的目标.从一氧化碳(CO)多谱线巡天的最新进展出发,归纳了未来银河系大尺度分子巡天可着重瞄准的几个前沿科学目标,包括广域弱发射区的探查、分子云内部结构的多探针成像以及银河系大尺度气体结构与物质循环调查等.介绍3毫米波段新一代多波束接收系统的一套概念设计.结合最新的技术预研,给出实现该方案的技术要点.新一代多波束接收系统的概念设计瞄准了100波束的接收规模,众多谱线以及双偏振成份的接收能力.在继承边带分离混频原理的基础上,基于新近发展的超导混频器集成电路,实现双偏振接收的新模式.在多谱线信号接收的基础上扩大每个信号边带至8 GHz从而同时接收众多谱线.参照已有的技术基础和近期预研的进展,本概念设计方案完全可以实现.与现有毫米波多波束接收设备相比,新一代毫米波多波束接收系统的综合接收能力预计将提升89–178倍.该设计将为毫米波多波束接收能力再次实现变革性的飞跃提供可能.     

多频带-正交频分复用超宽带系统的研究与仿真

简要阐述了多频带-正交频分复用(MB-OFDM)超宽带系统的基本原理及信号格式,具体分析了相应的发射机与接收机的基本组成与工作原理。在此基础上,利用SystemView仿真平台对发射机、接收机以及信道进行了仿真设计,并互连成一个MB-OFDM超宽带系统。最后,分别给出了功率谱密度、子频带切换以及发射端与接收端信号比较结果,通过对仿真结果的分析证明了整个系统的正确性与可靠性。     

FAST数字后端及超宽带百万通道频谱仪算法仿真

我国正在建设500m口径球面射电望远镜(FAST),为了能够充分发挥自身口径大的优势,确保望远镜在世界上的领先,将自主研发世界一流的超宽带通用型数字后端(CRANE)。在整个CRANE开发中,硬件部分通过与中科院自动化研究所的合作,不仅开发了现场可编程门阵列(FPGA)运算板FDB(FAST Digital Backend),还开发了3 Gbits/s 12 bits的宽带高精度模数转换电路板(ADC)芯片,并用此实现3 GHz带宽的一次性覆盖。此超宽带通用型数字后端同时也包括开发模拟信号前端电路板(AFB)。固件部分,目前研制者计划在FDB上实现百万级通道频谱仪——CRANE项目将优化FFT,研究级联式FFT来实现大点数FFT。一级FFT运算单元的分辨率可能会造成最终频点输出时信号失真,通过在Matlab上进行级联FFT算法仿真,研究了信号失真的情况,并用Matlab模拟还原出真实信号。     

射电天文4—40GHz超宽带低噪声放大器设计

超宽带接收机面临众多技术挑战,而关键技术难点之一是超宽带低噪声放大器.采用以砷化镓材料为基底的70 nm栅长改性高电子迁移率晶体管和双电源偏置4级放大电路结构,设计了一款4–40 GHz超宽带低噪声单片微波集成放大器,完整覆盖C、X、Ku、K、Ka共5个波段.设计仿真结果表明,该放大器增益为(40±2.5) dB,常温下噪声温度平均95 K, 4–12.5 GHz噪声温度全频带低于83 K,直流功耗130.5 mW.整个频带内输入反射系数典型值-10 d B,输出反射系数典型值-15 d B,全频带范围内稳定,无自激振荡现象.该器件可做为前置放大器,应用于超宽带接收机和大规模多波束接收机中,可有效提高射电望远镜观测效率.     

W波段宽带正交模耦合器设计

W波段接收机系统能有效接收多条重要的射电天文分子谱线信息,对于天文观测和科学研究有重要意义。W波段正交模耦合器(Ortho-Mode Transducer, OMT)作为接收机系统实现极化分离的关键器件,其性能对接收机整体性能有重要影响。介绍了一款基于Boifot结构的W波段宽带正交模耦合器,并介绍了正交模耦合器的工作原理和设计流程。仿真结果表明,在70～116 GHz频带内,正交模耦合器相对带宽达到49.4%,回波损耗优于18.7 dB,交叉极化优于55.8 dB,端口隔离度优于54 dB。     

宽带低噪声超外差式接收机的调试

本文总结了用于230—300MHz数字声光频谱仪的宽带低噪声超外差式接收机的调修和测试。测试结果表明接收机的灵敏度为-130dB,增益为112dB,噪声系数为5dB,3dB带宽为80MHz。各项指标均达到和超过原设计要求。     

宽频带波纹波导差分移相器的研究

波导极化器是射电天文接收机系统中的重要微波器件,其核心部分是差分移相器。通过对移相器的分析,详细研究了宽带波纹方波导差分移相器的特性。应用电磁仿真软件对32 GHz~48 GHz(7 mm波段)的波纹方波导移相器结构进行了设计与优化,在整个带宽范围内得到90°±7.5°的良好相移特性,驻波比仅仅为1.02。研制具备尺寸小、性能优和宽频特点的差分移相器满足射电天文接收机发展需求,可以改善接收机的性能,并有效提高对天文射电源相关特性等的观测能力。     

AO0235＋164射电波段宽带谱指数周期性变化的研究

收集了AO0235＋164天体射电4．8GHz和14．5GHz波段的光变测量数据,并获得了长期的光变曲线,从光变曲线可以看出其活动是非常剧烈的。利用Jurkevieh方法和自相关函数方法分别对AO0235＋164射电波段宽带谱指数进行周期性分析,并对流量和谱指数进行相关性分析,研究结果表明：（1）AO0235＋164天体射电波段4．8GHz-14．5GHz对应的宽带谱指数,可能存在5．30年的光变周期,与Liu等人用功率谱法在射电波段发现其流量密度可能存在5．59±0．47年的光变周期基本吻合;（2）宽带谱指数与流量密度之间存在相关性。     

抚仙湖一米红外太阳望远镜Hα窄带滤光器扫描轮廓的检测与修正

抚仙湖1 m红外太阳望远镜的重要终端之一是多通道高分辨成像系统,主要由两路宽带和一路窄带成像系统组成。目前窄带成像系统的工作谱线为Hα。主要介绍了窄带成像系统扫描轮廓的检测和修正。主要检测内容包括扫描轮廓的中心波长位置、扫描轮廓对称性、前置滤光片对扫描轮廓的影响、滤光器工作温度稳定性等问题。检测结果显示:扫描轮廓在656.281-0.15 nm到656.281+0.4 nm的范围内与理论轮廓较好地吻合,而在656.281-0.15 nm到656.281-0.4 nm的范围内明显衰减。同时轮廓中心波长位置(即强度最低点的波长位置)相对于滤光器显示的"0 nm"偏带点蓝移了0.013 nm。针对上述检测结果,将滤光器的工作温度提高了约0.3℃。在温度调整之后,扫描轮廓的整体特征不变,轮廓中心波长位置与"0 nm"偏带点偏差小于0.004 nm,同时红蓝翼对称偏带点的强度差异小于10%(对应1.8 km/s的多普勒速度测量误差)。目前可以明确,扫描轮廓的蓝翼衰减是由前置滤光片造成,对于常用工作范围(656.281±0.1 nm),可以忽略前置滤光片的影响。滤光器工作温度比较稳定,1个月内温度变化幅度的标准方差约0.001 7℃。目前,该滤光器仍存在的问题是扫描轮廓在"0 nm"偏带点略有突起,幅度在6%~8%。建议在以后的使用过程中,需要定期定量地对滤光器的扫描轮廓以及前置滤光片的透过率曲线进行检测。     

OJ 287,0716+714与BL Lacertae的光变分析

OJ 287是存在着剧烈活动的低峰频BL Lac天体,其低频段的能谱与另两个TeV BL Lac天体(0716+714和BL Lacertae)在低频段的能谱很相似,但是切仑科夫望远镜却没能探测到它的TeV射线.利用这3个天体的观测数据,比较它们在22 GHz、37 GHz和B波段的最小光变周期及延迟的异同,进一步寻找没有观测到OJ 287的TeV伽马射线的可能原因.分析结果显示:(1)最小光变周期方面,OJ 287在37 GHz和B波段的周期偏小,在22 GHz,OJ 287与0716+714的结果相当,但与BL Lacertae相比要小很多,OJ 287的周期更短表明其活动性更强,却没有探测到来自OJ 287的TeV伽马射线,这表明OJ 287在TeV波段的辐射与这3个低能波段最小光变周期之间可能没有联系;(2)延迟方面,OJ 287在B波段相对于37 GHz的延迟要长于0716+714,短于BL Lacertae;在37 GHz相对于22 GHz的延迟要短于0716+714,而BL Lacertae在37 GHz相对于22 GHz的时延为负值,表明22 GHz要超前于37 GHz.通过对延迟的比较分析,并没有发现OJ 287与0716+714和BL Lacertae之间存在明显的差异;从能谱来看,很可能是由于OJ 287在TeV波段的能谱较陡造成切仑科夫望远镜没有探测到来自OJ 287的伽马辐射,但TeV能段较陡的能谱对低能段光变的影响目前还不是很清楚.     

CSRH—Ⅱ信号传输方案的选择

分析和比较了CSRH—Ⅱ（中国频谱日像仪二期工程,即厘米波段日像仪）的几种可行光传输方案（包括全频段适时模拟光传输,分频段分时模拟光传输,数字光传输等）的技术难度及性价比。对优选的分频段分时模拟光传输作了原理性电路设计及计算。     

3C 345和3C 273的光变分析

用结构函数法,对两个经典的blazar 3C 273和3C 345的22 GHz、37 GHz和光学波段的数据进行了周期分析.结果显示,3C 273的周期性比较明显,22 GHz经分析存在7.0年和14.7年的周期,37 GHz存在7.2年和14.5年的周期,同时它的光学波段可能存在0.7年和8.7年的周期.3C 345的37 GHz存在比较明显的8.8年的周期,22 GHz和光学波段分别存在不太明显的9.3年和10.2年的周期.     

Broadband submillimeter measurements of the full Moon center brightness temperature and application to a lunar eclipse

We report on observations of the full Moon brightness temperature covering the frequency range of 300-950 GHz, and also on observations of the lunar eclipse of July 16, 2000, though only covering the frequency range of 165-365 GHz due to poor atmospheric transmission at higher frequencies. All observations were performed from the summit of Mauna Kea (HI) using a Fourier Transform Spectrometer mounted on the Caltech Submillimeter Observatory and supplemented by measurements of the atmospheric opacity using a 183 GHz Water Vapor Monitor. The telescope was pointed to the center of the lunar disk (with a footprint of ∼45-15 km on the Moon at 300 through 900 GHz). In order to obtain the correct values of the Moon brightness temperatures at all frequencies we carefully corrected for the atmospheric absorption, which varies across the submillimeter domain. This correction is fully described. The measured pre-eclipse brightness temperature is around 337 K in the 165-365 GHz range. This temperature slightly increases with frequency to reach ∼353 K at 950 GHz, according to previous broader band data. The magnitude of the temperature drop observed during the eclipse at 265 GHz (central frequency of the band covered) was about ∼70 K, in very good agreement with previous millimeter-wave measurements of other lunar eclipses. We detected, in addition, a clear frequency trend in the temperature drop that has been compared to a thermal and microwave emission model of the lunar regolith, with the result of a good match of the relative flux drop at different frequencies between model and measurements.     

Upper limits for the microwave pulsed emission from supernova explosions in clusters of galaxies

Between 1972 and 1975 an international collaborative search was carried out for prompt 10 GHz emission at the onset of supernovae. The motivations and techniques involved in this effort are described, and the results of the three years' work are summarized. No pulses from supernovae were detected, the best upper limit being 4×10⁴³ ergs in a 40 MHz band at 10 GHz for a pulse time-scale 0.5 s. Methods for improving this limit are briefly described.     

AO 0235+164射电波段宽带谱指数周期性变化的研究

收集了AO 0235+164天体射电4.8 GHz和14.5 GHz波段的光变测量数据,并获得了长期的光变曲线,从光变曲线可以看出其活动是非常剧烈的。利用Jurkevich方法和自相关函数方法分别对AO 0235+164射电波段宽带谱指数进行周期性分析,并对流量和谱指数进行相关性分析,研究结果表明:(1)AO 0235+164天体射电波段4.8 GHz～14.5 GHz对应的宽带谱指数,可能存在5.30年的光变周期,与Liu等人用功率谱法在射电波段发现其流量密度可能存在5.59±0.47年的光变周期基本吻合;(2)宽带谱指数与流量密度之间存在相关性。     

Near-field beam pattern measurement of qualification model of ALMA band 8 (385–500 GHz) cartridge receiver

We have developed a near-field vector beam measurement system covering the range of frequencies from 385 to 500 GHz. The measurement set-up is capable of measurements with dynamic range exceeding 50 dB and amplitude and phase stability respectively of 0.1 dB/h and 1 degree/5 min at room temperature. Beam patterns of the ALMA band 8 corrugated horns and receiver optics block were measured at room temperature and lately compared with physical optics calculations obtained in the far-field. Both co-polar and cross-polar beam patterns of a qualification model of the ALMA band 8 cartridge cooled in a cartridge-test-cryostat have also been measured in the near-field as a detector of a submillimeter vector network analyzer. The measurements presented in this work refer to the lowest, middle and upper frequencies of band 8. The comparisons between software model and experimental measurements at these frequencies show good agreement down to ?30 dB for the main polarization component. The cross-polarization level of the beam propagating through the receiver optics block was also characterized. We found that a cross-polarization level better than ?28 dB can be achieved at all measured frequencies. The measured beam pattern of this receiver corresponds to efficiency of greater than 92% at the sub reflector (diameter of 750 mm) of the ALMA 12 m optics.     

Validity of Power Law for the Distribution of Intensity of Radio Bursts

The intensity distribution of solar radio bursts observed in the frequency band 0.245–17 GHz has heen derived statistically. The distribution law has been found to be quite different from that of a power law as reported by earlier workers. This distribution leads to the error function, when the total number of bursts in any intensity range is found out. The generalized distribution law can be approximated to the power law only in the frequency band 0.65–2.8 GHz.