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《FASTL波段多波束馈源设计的初步分析_詹德志》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI:10.14005/j.cnki.issn1672-7673.2010.04.003Vol.7No.4天文研究与技术第7卷第4期Oct.,2010ASTRONOMICALRESEARCH＆TECHNOLOGY2010年10月CN53-1189/PISSN1672-7673＊FASTL波段多波束馈源设计的初步分析1,222222詹德志,金乘进,于金龙,甘恒谦,朱凯,刘鸿飞(1.贵州大学理学院,贵阳550025;2.中国科学院国家天文台,北京100012)摘要:把抛物面天线的偏焦理论应用于FASTL波段多波束馈源系统的设计,分析了馈源喇叭横向偏焦距离与相应波束
2、偏离角之间的关系,结合多波束射电望远镜扫描方式的要求,给出了FASTL波段多波束馈源的工作带宽、多波束馈源中相邻喇叭的间距以及喇叭口径大小的限制,并对正六边形阵列中处于不同位置的喇叭对应的波束的主瓣情况作了详细计算和分析。由此说明了FASTL波段多波束馈源采用19波束的可行性。另一方面,根据得到的工作频率带宽和喇叭口径大小的情况,对OMT和喇叭类型的选择进行了探讨。本文给出了FASTL波段多波束系统的大概轮廓,为进一步精确设计指明了方向。关键词:FAST;多波束;馈源;偏焦中图分类号:P111.44文献标识码:A文章编号:1672-7673(2010)04-02
3、95-08随着射电天文学的发展,越来越多的科研项目需要进行大规模巡天搜寻工作,尤其是脉冲星搜寻和中性氢观测。常规射电望远镜进行这样的工作需要多台射电望远镜同时连续观测几年甚至十几年的时间。近年发展起来的多波束望远镜在焦平面上放置多个独立馈源系统,每一个独立馈源的馈源和反射面构成的系统相当于一台普通的射电望远镜,所有馈源单元共用一个反射面。所以多波束系统射电望远镜相当于多台同时工作的普通射电望远镜,从而大大提高了观测效率。20世纪90年代澳大利亚联邦与科学工业组织为Parkes望远镜L波段设计了3×3阵列,9波束馈[1]源,首次将多波束技术应用在射电天文领域。两年
4、后,Parkes射电望远镜L波段多波束馈源升级为[2]六边形阵列形式的13波束馈源。在随后的几年里,澳大利亚联邦与科学工业组织又先后为Lovell射电望远镜和Arecibo射电望远镜设计L波段多波束馈源。其中Lovell采用平行四边形阵列,4波束[3][4]馈源;Arecibo是正六边形阵列,7波束馈源。这些多波束馈源都是窄带的,工作带宽大致在1.2～1.4GHz,略有差别。FAST作为世界上最大的单口径射电望远镜,不能仅仅依靠口径大的优势,要把各种先进技术都用在FAST,把它打造成为各个方面的优势都和口径上的优势一样突出,使其发挥最佳的整体性能。[5]FAST
5、照明口径为300m,相当于300m口径的抛物面,焦比f/d=0.467。当把多波束馈源放在焦平面上时,只有一个喇叭处在焦点上,其他喇叭都偏离焦点。喇叭偏离焦点会引起相应的波束指向偏离抛物面对称轴,同时主瓣增益相对于不偏焦情况下降,旁瓣也会发生变化。多波束系统要求各个波束的性能差别很小,这样就限制了波束的个数。1抛物面天线偏焦理论简介[6]对抛物面天线方向图的计算基于渐削的照明函数:＊基金项目:中国科学院知识创新工程项目(KJCX2-YW-T11)资助.收稿日期:2009-10-19;修定日期:2009-12-09作者简介:詹德士,男,硕士,研究方向:射电天文技术
6、,Email:dzzhan@bao.ac.cn296天文研究与技术7卷2F(r)=1-(1-τ)r,lg(τ)=Te/20(1)Te是包含自由空间渐削的边缘渐削度。1Te=Ti-20lg[1+2](2)4(f/d)[6]边缘照明Ti是馈源方向图在最大照明角上所对应的相对于最大增益的渐削度,单位是dB。[6]远场分布:21πdf(u)=F(r)J0(ur)rdr,(3)20∫其中u=(πd/λ)sinθ。图1抛物面天线的几何示意图和坐标定义Fig.1Geometryoftheparabolicreflectorantennaanditscoordinatesyst
7、em照明效率:2∫F(r,φ)dA22[1-(1-τ)/2]3(1+τ)ηi==2=2.(4)2τ+(1-τ)/34(1+τ+τ)∫F(r,φ)dA馈源横向偏焦的情况与没有偏焦的情况相比,相当于在辐射场表达式中引入了一个不均匀的相位[6]差,通过几何推导和二项展开的方法,得到最终的相位差表达式为:12πrΔ(r,χ)=δr2cosχ(5)λf1+()2fδ是馈源横向偏焦距离;χ是抛物面坐标变量。引入偏焦相位差后辐射场:12πdrf(θ,)=∫F(r,χ)exp-i[ksinθcos(-χ)+Δ(r,χ)]rdrdχ(6)00∫2化简后的形式为:12kδ1u-2f
8、(u)=2∫0F(r)J
