变形反射面天线效率与馈源相位中心的研究

本文提出了任意形状变形反射面天线馈源的相位中心定义,给出了反射面天线结构在由于荷载作用而引起变形情况下,天线馈源的相位中心的计算方法。此外,本文将该计算方法实际应用于某天线的工程计算中,取得了较为满意的数值结果。

大口径射电望远镜相位阵馈源关键技术研究

馈源作为射电天文望远镜的关键部件,其性能至关重要。面向新疆奇台QTT 110 m射电望远镜和上海天马65 m射电望远镜相位阵馈源设计需求,本研究团队开展了抗射频干扰的高温超导滤波器、宽带Vivaldi天线阵列和低噪声GaAs MMIC芯片电路的研究工作。这些新型馈源技术、方案可为我国大口径射电望远镜的设计提供有效的理论与实验基础。

变形反射面天线馈源最佳相位中心的研究

针对变形反射面天线馈源相位中心选取的问题,提出了寻找天线馈源最佳相位中心的优化模型.该模型基于变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式,可得到天线反射面存在任意表面误差时的馈源最佳相位中心,使得天线的增益损失最小.将该模型应用于某8 m反射面天线的工程计算中.在仅考虑天线自身重力荷载的情况下,确定了天线不同仰角时的馈源最佳相位中心.数值模拟结果表明,该优化模型所确定的增益损失小于最佳吻合抛物面时的增益损失.

全制冷相位阵馈源杜瓦设计和传热分析

相位阵馈源是射电天文的新型馈源技术之一。采用相位阵馈源能有效提高射电望远镜的巡天速度。通过制冷可以降低系统噪声温度,进一步提高望远镜的整体性能。针对即将应用于500m口径球面射电望远镜的相位阵馈源进行大尺度真空制冷杜瓦设计研究。根据相位阵馈源馈电单元阵列形状,设计真空窗和支承结构,并通过理论计算和有限元仿真来分析杜瓦内热负载情况,完成制冷机的冷头选择,以满足相位阵馈源馈电单元温度为70K和低噪声放大器温度为20K的制冷温度要求。该杜瓦设计与传热分析方法可为未来全制冷相位阵馈源的研制积累经验和实验数据。

反射面表面与馈源误差对天线方向图的影响

针对反射面天线误差信息对电性能影响的问题,提出了包含馈源相位中心和反射面表面的误差信息对反射面天线远场方向图影响的数学模型。该模型根据馈源相位中心误差和反射面表面误差引起天线口径面场分布的改变,利用口径场积分方法得到反射面天线辐射场的变化。然后,用所建立的模型对8 m口径的抛物面天线进行了数值计算,将天线在实际工况下的反射面表面误差与馈源相位中心误差一同引入模型中,分析了反射面天线误差信息对增益和副瓣电平影响,得到了相关数据和曲线,可为反射面天线的误差分析提供参考。

“SKA建设准备阶段关键问题研究”项目立项报告

该报告在SKA科学目标预研究、天线研究、宽频带大视场接收机系统研究等方面,设立相应研究,针对性地开展相关的射电天文前沿科学和高技术研究。在SKA科学目标与研究方面,主要围绕宇宙再电离、暗能量与暗物质本质、河外射电源、SKA核心数据处理技术等课题开展预研究,同时组织国内射电天文界的相关力量,逐步凝练并形成中国SKA早期科学目标,并在此过程中,逐步发展国内的SKA科学研究团队。同时,将实施中国SKA人才培养计划,为我国未来SKA科学研究进行人才储备建设。在天线阵列研究方面,开展高频段口径15 m天线的天线理论、机械结构、馈电系统,以及大批量、低成本、高可靠性的天线研制技术研究。在宽频带大视场接收机技术方面,开展SKA先进仪器计划中的宽频带单波束接收机和相位阵技术研究,为SKA和国内大口径射电望远镜做相应技术储备。该项目拟基于大学、研究所和工业界现有研究队伍,以产学研合作的方式,培养、发展和壮大我国参与SKA未来建设和科学运行团队。

“反射面天线与焦面场分析”一般性科技报告

SKA的反射面天线覆盖约300 MHz^20 GHz频率范围,宽带单波束馈源和大视场相位阵馈源的使用将有可能对SKA天线的技术方案和综合性能的提高起到重要的作用。该研究拟研究用于SKA反射面天线的宽带单波束馈源和相位阵馈源。SKA的宽带单波束馈源(WBSPF)分两个波段,低频段覆盖约300 MHz^2 GHz,高频段覆盖1.6~10 GHz。课题组目前负责牵头研究宽带单波束馈源中的低频段馈源的研制工作。该课题将研究基于Eleven Feed和Quad-Ridged Flared Horn两种技术的宽带馈源,低噪声放大器和制冷技术方案。宽带单波束馈源技术也可应用于大口径射电望远镜。该研究还将研究用于大口径射电望远镜的相位阵馈源技术,用于提升大口径望远镜的总体性能,如提高巡天效率和单波束增益,开展电指向观测等灵活的观察模式试验。该技术报告主要介绍几类反射面天线的焦面场的仿真分析,和馈源设计中的焦面场共轭匹配的设计原则。这些焦面场的分析为馈源设计提供了重要的技术输入。

持续参与世界最大综合孔径望远镜SKA国际合作

平方公里阵SKA(Square Kilometre Array)是计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜,致力于回答宇宙起源和基本力等问题.自1993年概念提出,全球已有20个国家67个科研机构的天文学家和工程师参与SKA预研究.中国在SKA发起、选址、工程概念及技术研发等方面起到了重要推进作用.目前SKA已进入建设准备阶段,包括中国在内的许多国家正在进行先导天线、相位阵馈源等SKA关键技术试验研究.中国持续参与SKA国际合作,组建团队探索有限科学目标、致力于高精度轻型天线设计与工艺研究、宽频带大视场接收机技术研究,将跨越式提升我国天文学和技术水平、我国工程和制造业水平,实现国际重大科学工程的"中国创造"里程碑.其可行性已通过多方分析和论证,SKA是中国参与21世纪国际重大科学工程千载难逢的机遇.

SKA建设准备阶段关键问题研究

平方公里阵(Square Kilometre Array,SKA)是即将建造的世界最大综合孔径射电望远镜.自1993年SKA国际合作启动以来,包括中国在内20个国家逾100家机构科技人员参与其中.SKA现处于建设准备阶段,中国参与了10个国际工作包联盟中的6个.开展反射面天线、孔径阵列技术、宽带单波束馈源、相位阵馈源、信号与数据传输、科学数据处理等SKA关键技术设计及试验.2015年发布的新版《国际SKA科学白皮书》中,中国学者总计参与了其中20%的章节.SKA基线重订后,20余位国内天文学家参与了13个科学目标工作组的11个.确立了我国SKA科学目标"2+1"战略,并在宇宙再电离探测及SKA核心数据处理方法等方面取得重要进展.2015年6月,中国参与SKA第一阶段建设的建议通过了中国科学院学部咨询评议.SKA被列入十三五规划.持续探索有限科学目标、致力于高精度轻型天线设计与工艺等技术研究,建造自己的望远镜阵列,打造SKA区域数据中心,将提升我国天文和相关技术水平,实现国际大科学工程中的"中国创造".本文简述了SKA历史脉络,综述了SKA建设准备阶段国内外主要进展,探讨了中国SKA未来计划.通过对SKA关键科学技术问题进行研究,自主研制了中国SKA验证天线DVA-C系统,成功观测到银河系中性氢和若干脉冲星.