K波段宽带圆极化器设计

设计了一个K波段圆极化器,其工作频率为18至26.5 GHz。K波段包含多条重要的射电天文分子谱线,此波段圆极化器的研制对于天文观测与科学研究有极其重要的意义。圆极化器用于将线极化波转换为圆极化波以便于射电望远镜进行观测。包括其工作原理、设计要点、模型仿真结果等内容。主要着眼于正交模式转换器与移相器这两个圆极化器中的重要器件,通过工作原理分析以及电磁仿真的方法进行器件的具体设计并得出仿真结果。仿真结果各个端口回波损耗均小于-20 d B,且移相器的移相误差小于3.3°。     

天马望远镜Ka波段宽带圆极化器研制

天马望远镜Ka波段宽带接收机是研究恒星形成、星际介质以及深空探测的重要观测平台。论述了接收机核心器件Ka波段宽带圆极化器的研制过程。该器件由90°两壁波纹移相器和改进型双脊波导形式的正交模式耦合器构成,工作频带为26.5~40 GHz,相对带宽达到41%。首先介绍了圆极化器的应用背景及工作原理,继而进行模型设计和仿真优化,最后进行结构设计和样品实测。实测结果显示,移相器的相移误差为90±4°,轴比达到0.6 d B,正交模式耦合器的交叉极化为-26 d B,隔离度为-35 d B,器件端口驻波均低于-18 d B,实测结果与设计仿真相符。     

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.     

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。     

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.     

超宽带四脊张角喇叭设计与研究

对下一代候选超宽带馈源进行了分析对比,并设计了一种圆形四脊张角喇叭,该喇叭在7:1的频带范围内在波瓣图相位角0°和45°所对应的E面和D面取得了近乎常数的波束带宽,并且其在2-14 GHz频段范围内回波损耗均在10 dB以上。最后对圆形四脊张角喇叭的增益性能和波束带宽特性进行了探索和研究。该喇叭的研究对中国VLBI2010的超宽带接收系统的设计有重大意义。     

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。     

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。     

结构因素对圆锥喇叭电性能影响的仿真分析

馈源是射电望远镜天线系统的一个重要组成部分,其性能将直接影响整个天线系统的电性能。针对射电望远镜天线系统中典型的圆锥喇叭馈源,通过三维电磁仿真软件（CST STUDIO SUITE12．0）进行建模,分析了不同圆锥度、椭圆度及不圆度对圆锥喇叭馈源远场方向性的影响。结果表明：口径面的椭圆度在一定范围内变化时,对圆锥喇叭馈源方向性的影响较小。且其回波损耗小于-15dB;圆柱波导段的圆锥度大于1：20时,圆锥喇叭的效率会受到一定的影响：不圆度的影响则较大。文中得到的结构因素对圆锥喇叭馈源电性能影响的研究结果．对射电望远镜天线系统中圆锥喇叭馈源的设计和制造具有一定的参考作用。     

M型恒星周围系外行星统计研究

M型恒星(M dwarf)是主序星中质量较小的恒星,也是银河系中数量最多的恒星类型,在其周围形成的行星通常距离主星较近,宜居带也比F、G、K型恒星更靠近主星,更有利于发现系外宜居行星.研究表明, M型恒星周围平均存在2.5颗小质量行星,约为F、 G、 K型恒星的3.5倍,但M型恒星周围巨行星的出现率(occurrence rate)则比F、 G、K型小一个量级.基于M型恒星周围发现的401颗行星的参数开展了统计研究,发现质量越大的行星平均轨道半长径越大.类地行星约占行星总数的74%,且轨道半长径均小于1 au,其中28颗行星具有潜在宜居性.根据行星质量-半径关系,在质量等于4倍地球质量(M⊕)处存在一拐点,除少数几颗行星外,大部分小于该质量的行星可能都是由约65%的硅酸盐和约35%的铁组成,大于该质量的行星半径则随质量增加而迅速增大.约60%的M型恒星周围的行星位于多行星系统且轨道分布紧密,相邻行星轨道在3:2、5:3及2:1等平运动共振位置处存在峰值. M型恒星的多行星系统形成与演化等问题对现今的行星形成理论提出了新挑战.