暗能量探测专用宽带馈源研制

【摘要】暗能量研究是当代科学研究中的重大前沿问题，现代宇宙理论认为，通过射电观测手段，对宇宙大尺度结构进行精密测量，利用其空间功率谱中的重子声学振荡特征测定不同红移处宇宙的膨胀速度，可实现暗能量的探测。本文依据中国科学院国家天文台所提出的“天籁计划”，探索一种专用宽频带馈源的设计方法，研制在400MHz~1400MHz频带范围内均保持良好电性能的新型宽频带馈源，满足天籁计划要求。论文在对比分析国内外天线阵及宽频带馈源研究现状基础上，指出了当前宽频带馈源在225MHz~750MHz频段时，远场辐射方向图对称性较差、回波损耗较大、匹配性不好等缺陷。通过引入反射面天线工作原理和电磁场理论，分析了天籁计划射电望远镜阵列中宽频带馈源的特殊指标，提出减少旋转抛物面天线与馈源相互影响的方法。设计了一款四方板宽频带馈源，通过三维电磁仿真软件CST的仿真分析与结构优化、实物制作和性能测试，结果表明在低频段400MHz~1200MHz范围内，具有非常好的宽频性能也可保证天线阵列的高效率，但在高频段1200MHz~1400MHz内，馈线和四方板宽频带馈源匹配性能变得很差。为此，设计了改进折叠型的宽频带馈源，经仿真分析、结构优化、制作和性能测试，获得一款理想的宽频带馈源结构型式，实测表明在400MHz~1200MHz频带内具有非常好的宽频性能，其回波损耗低于-10dB，电压驻波比（VSWR）小于2.5，带宽约为50%，较好地满足了天籁计划项目的技术要求。本文最后利用三组6m口径单元抛物面天线进行实验研究，为保证抛物面天线具有理想的波前，馈源装调过程中使相位中心与抛物面天线的焦点重合。实验中主要通过馈源和标准噪声源的切换来测定系统温度，测得系统温度大约为70K；用抛物面天线系统观测太阳、CygA、CasA等射电源，得到了较好的干涉图样，将观测数据和模拟数据进行比较，从干涉条纹的斜率上看两者几乎完全吻合，说明宽频带馈源——抛物面天线系统的一致性非常好。本文所提出的宽频带馈源及其试验方案，有利于馈源宽频带问题的深入研究，为“天籁计划”的宽频带馈源提供了优选方案。
【作者】刘涛；
【导师】陈志平；陈学雷；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】暗能量射电探测；天籁计划；宽频带馈源；抛物面天线；电性能测试；

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