Ku波段宽带低噪声放大器的关键技术研究

低噪声放大器LNA(Low Noise Amplifier)是射电天文接收机的重要组成部分,其等效噪声温度决定了接收机的灵敏度。该文介绍了一种宽带Ku波段低噪声放大器的设计原理和方法,并给出了仿真结果。该放大器采用NEC公司的NE3210S01高电子迁移率场效应晶体管HEMT(High E-lectron Mobility field-effect Transistor)三级级联结构。在11～13GHz范围内的增益大于29.7dB,等效噪声温度小于55K,输入输出匹配好于-25dB。     

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.     

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。     

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.     

2～18 GHz超宽带低噪声放大器芯片研制

低噪声放大器在射电天文望远镜接收机中是一个重要的前端组件,其性能对接收机的灵敏度和噪声有至关重要的影响。采用OMMIC公司70 nm GaAs mHEMT工艺研究和设计了一款工作频率为2～18 GHz的超宽带单片微波集成低噪声放大器芯片,芯片面积为2 mm×1 mm。放大器电路采用三级级联放大、双电源供电拓扑结构,常温在片测试结果显示,全频带增益大于28 dB,噪声温度平均值为93 K,直流功耗150 mW,无条件稳定。该放大器芯片覆盖了射电天文S, C, X, Ku 4个传统观测波段,适用于厘米波段超宽带接收前端和毫米波段超宽带中频放大模块。     

基于砷化镓晶体管的1.35～2.0GHz低噪声放大器

低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)是接收机系统的关键器件,其性能决定了接收机系统的噪声温度和对微弱射电信号的放大能力。采用Avago公司砷化镓(GaAs)工艺的pHEMT ATF-54134研制了一款可工作在1.35～2.0 GHz频率范围内的低噪声放大器。该放大器采用两级拓扑结构,单电源自偏置供电,典型增益28 dB,典型噪声温度35 K,输入回波损耗优于-10 dB,输出回波损耗优于-15 dB,输入1 dB压缩点为-13 dBm。该放大器除了可用于对中性氢、脉冲星和羟基进行观测的射电望远镜接收机以外,还可用于电波环境监测系统。     

快速射电暴光学对应体在中国未来大视场望远镜中的可探测性分析

快速射电暴是近年来发展最快的天文学科之一. 理论上, 快速射电暴可能存在毫秒到小时时标的光学\lk对应体. 快速射电暴光学对应体有可能在中国未来大视场望远镜中探测到, 例如: 中国空间站工程巡天望远\lk镜(China Space Station Telescope, CSST)、中国科学技术大学和紫金山天文台合作的2.5m大视场巡天望远镜(Wide Field Survey Telescope, WFST)和地球2.0 (Earth 2.0, ET)等. 快速射电暴光学对应体通常分为毫秒时标光学对应体、小时时标光学对应体和光学余辉. 前两者可产生于快速射电暴的高能外延或是快速射电暴的射电辐射与高能电子的逆康普顿散射, 探测率与光学-射电流量比$\eta_\nu$关系密切. 对于毫秒时标光学对应体, 最理想情况下WFST、CSST和ET的探测率可以达到每年上百个. 当$\eta_\nu$~10^-3时, WFST、CSST的年探测率仅 为1个的量级, ET的年探测率为19.5个. 对于小时时标光学对应体, 最理想情况下超新星遗迹的年龄为5年且$\eta_\nu$约为10^-6时, 年探测率可到100以上. FRB 200428的X射线对应体表明, 快速射电暴可能产生相对论性外流并且与星际介质相互作用产生光学余辉. 结合快速射电暴的能量、在宇宙中的分布以及标准余辉模型, 可以对快速射电暴余辉的可探测性进行研究. 当总能量-射电能量比与FRB 200428类似(ζ = 10⁵)时, CSST、WFST和ET的 年探测率分别为1.3、1.0和67个.     

8-20GHz 宽带单片微波集成低噪声放大器设计

基于其体积小、重量轻、一致性好等特点,单片微波集成电路的低噪声放大器在射电天文中有着重要作用。本文采用稳懋公司150 nm和100 nm赝高电子迁移率晶体管(pseudomorphic high electron mobility transistor,pHEMT)工艺设计了两款低噪声放大器电路,成功流片,并进行比较。两款放大器的工作频率范围均为8-20 GHz,增益约为23~28 dB,噪声温度低于150K,输入输出回波损耗大于10 dB。     

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。     

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。     

基于斩波轮技术的K波段接收机噪声校准研究

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备.接收机的强度校准就是将接收机对射电源的响应转换为天文意义上的流量密度.常规方法就是使用经典的冷热负载法,将接收机自身的强度响应转换为一个等效的温度值,之后再据此对射电源做进一步标定.通过搭建基于斩波轮技术的K波段接收机强度校准平台,使用斩波轮法测试K波段常温接收机的噪声温度,并与传统冷热负载法的测试结果进行比对.结果显示,在晴好天气条件下,斩波轮法在30°、90°仰角下噪声温度的最大测试误差为7.5%和8.4%,可以很好地应用于实际噪声温度测试中;但在5°仰角测试中,由于过低仰角引入了地面噪声,使得斩波轮法的测试误差上升至20%–30%之间而无法使用.希望在此基础上进一步开展K波段天空亮温度的理论计算与实测,从而完善斩波轮技术的应用,使之可以满足在不同气象条件下的噪声校准测试需求.     

A 22 GHz receiver with high phase stability for radioastron space-VLBI-mission

A space-qualified low-noise 22 GHz receiver for the international space-VLBI mission Radioastron has been constructed. The microwave electronics is realized by using thermally matched hybrid circuits. The most important properties of the receiver are phase stability, sensitivity and reliability. The high sensitivity is due to a cooled low noise HEMT amplifier (LNA). The measured receiver noise temperature is less than 100 K. The phase stability is achieved by compact structure and thermal stabilization. Phase stabilities of better than 0.13°/°C and 0.2°/°C for the receiver and the LNA units are measured, respectively. The calculated reliability of the receiver exceeds the requirement of 0.97 for the three year mission.     

13mm低温制冷谱线接收系统和星际水分子观测研究

为了开拓短厘米波单天线星际分子的观测和研究,在乌鲁木齐天文站２５ｍ射电望远镜１３ｍｍ低温制冷接收机的基础上,配置了声表面波频谱仪和谱线数据采集系统,组成了１３ｍｍ低温致冷谱线接收机．接收机前端是一个工作在低温２０Ｋ的低噪声放大器,本振是２２ＧＨｚ的锁相源．接收机的平均噪声温度为５０Ｋ．后端是一个宽带的（４０ＭＨｚ）高分辨率（４０ｋＨｚ）的声表波频谱仪．利用这套系统观测了一批已知的水脉泽源,观测系统正常,结果合理．观测结果表明,乌鲁木齐天文站良好的站址和２５ｍ射电望远镜给厘米波段星际分子谱线观测提供了一个很好的条件．     

Low noise beam-lead diode mixer for the 3 mm radio astronomical receiver at the metsähovi radio research station

A 3 mm low noise beam-lead Schottky diode mixer has been developed. At cryogenic temperatures the conversion loss is 6.3 dB, and the DSB mixer noise temperature is 75 K, respectively. The mixer was installed into the cooled receiver for radioastronomical observations at the Metsähovi 13.7-m radio telescope. Total DSB noise temperature of the cooled receiver with an ultra low noise HEMT IF amplifier was 110 K at 103 GHz. The tuning range of the mixer mount was from 70 GHz to 115 GHz.     

Antenna design and implementation for the future space Ultra-Long wavelength radio telescope

In radio astronomy, the Ultra-Long Wavelengths (ULW) regime of longer than 10 m (frequencies below 30 MHz), remains the last virtually unexplored window of the celestial electromagnetic spectrum. The strength of the science case for extending radio astronomy into the ULW window is growing. However, the opaqueness of the Earth’s ionosphere makes ULW observations by ground-based facilities practically impossible. Furthermore, the ULW spectrum is full of anthropogenic radio frequency interference (RFI). The only radical solution for both problems is in placing an ULW astronomy facility in space. We present a concept of a key element of a space-borne ULW array facility, an antenna that addresses radio astronomical specifications. A tripole–type antenna and amplifier are analysed as a solution for ULW implementation. A receiver system with a low power dissipation is discussed as well. The active antenna is optimized to operate at the noise level defined by the celestial emission in the frequency band 1 ? 30 MHz. Field experiments with a prototype tripole antenna enabled estimates of the system noise temperature. They indicated that the proposed concept meets the requirements of a space-borne ULW array facility.     

关于太阳厘米-分米波段频谱日像仪研究进展

摘要：在无线电波段进行射电观测是研究太阳的一个十分重要的手段，不同波段的无线电波反映出不同的特性和状态，其辐射频率与环境参数密切相关。当探测出某一频率上的无线电辐射后，即可诊断源区的电子密度或磁场。因此，建设厘米-分米波段频谱日像仪将首次在该波段上实现同时以高空间、高时间和高频率分辨率观测太阳活动的动力学性质，探测日冕大气。对于太阳物理研究具有重要作用。本文介绍该项目的科学意义、技术方案及预研进展情况。     

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.