米射电望远镜天线测量技术详解.ppt

L波段方向图 2013年全国天线年会 S波段方向图 2013年全国天线年会 Ｃ波段方向图 2013年全国天线年会 Ｘ波段方向图 2013年全国天线年会 优点 满足远场测试距离条件 测试信号强,系统动态范围大 测量天线各种电参数 减少周围环境对测量结果的影响 卫星源法测量天线电参数特点 缺点 测试频率受卫星转发器工作频率限制 无法测量任意仰角下天线电参数 2013年全国天线年会 天线效率是天线最重要的电参数之一。对于大型射电源望远镜天线，由于重力变形的影响，不同仰角时天线表面公差是不一样的，引起天线增益损失不同，因此测量射电望远镜不同仰角的效率是非常重要的。 不同仰角天线效率测量 2013年全国天线年会 LNA 低噪声放大器 接收机 伺服控制器 射电望远镜天线 射电源 测量原理简图 2013年全国天线年会 测量出射电望远镜指向射电源的剩余温度，利用下式计算天线效率： 式中： A ? 天线口径面积； Tas?射电源引起的天线噪声温度； k? 波尔兹曼常数， S ? 射电星的通量密度（Wm-2Hz-1）； K1 ? 大气吸收衰减因子； K2 ? 波束展宽修正因子。 J/K； (1) 2013年全国天线年会 由方程（1）可知，要测量出天线效率，确定以下三个参数： 射电源剩余噪声温度Tas测量 大气修正因子K1计算或测量 波束展宽修正因子K2计算 2013年全国天线年会 射电源剩余噪声温度Tas测量 2013年全国天线年会 测量天线指向射电源和冷空时的Y因子，可确定射电源剩余噪声温度： 2013年全国天线年会 K1是大气吸收衰减修正因子，它是频率、天线仰角和大气层的函数。它随频率的增加而增加，随天线仰角增大而减小。大气吸收衰减的计算是比较复杂的，一般可用下式简单计算大气吸收衰减。 式中： EL ? 待测天线指向射电源的仰角； V ? 常数，可由大气吸收衰减曲线查得。 大气修正因子K1计算或测量 2013年全国天线年会 大气吸收衰减曲线 2013年全国天线年会 大气衰减一般利用ITU建议的模型进行计算 （精确的大气衰减在射电望远镜现场利用辐射计进行测量） 2013年全国天线年会 用射电源测量天线电参数时，当不满足点源条件时，应考虑射电源的角尺寸修正。下表为常用射电源的角尺寸如下： 射电源 角尺寸 射电源 角尺寸 太阳（SUN） 30? 室女座A(VirA) 1??1.8? 月亮（MOON） 30? 金星（Venus） 31.33?? 仙后座A(CasA) 4??4? 木星(Jupiter) 20.72?? 天鹅座A(CygA 1.6??1? 水星（Mercury） 5.6?? 金牛座A(TauA) 3.3??4? 波束展宽修正因子K2计算 2013年全国天线年会 65米射电望远镜半功率波束宽度估算结果（70λ/D) Ｌ频段：12.9?（1.5GHz） S频段：8.8?（2.2GHz） C频段： 2.8?（7GHz） X频段：2?（9GHz） Ku频段：1.3?（15GHz） K频段： 44.7??（26GHz） Ka频段： 38.8??（30GHz）Q频段：25.3 ?? (46GHz) 2013年全国天线年会 波束修正因子K2与射电源的亮温度分布和天线方向图的形状有关。其计算公式如下： 式中B(?,?)为射电源的亮温度分布，P (?,?)为天线归一化功率方向图。 2013年全国天线年会 对于标准的离散射电源(常用的有：仙后座A(CasA)、金牛座A（TauA）和天鹅座A（CygA）和室女座等)，其波束展宽修正因子可用下式进行计算。 2013年全国天线年会 2013年全国天线年会 K2的精确计算 实测馈源方向图 望远镜天线口面场分布 天线远场方向图 射电源亮温度分布 波束修正因子K2计算 2013年全国天线年会 频段 频率GHz 仰角 （°） 天线效率（％） 技术要求 测量结果 L频段 1.5 47.45 ≥55 66.6 S频段 2.3 50.00 ≥60 62.8 C频段 7.0 49.84 ≥60 66.7 X频段 9.0 50.11 ≥55 63.0 9.0 72.00 ≥50 53.6 9.0 10.08 ≥50 53.8 65米望远镜天线效率测量结果 2013年全国天线年会 天线仰角(°) 效率（%） 65米望远镜X波段不同仰角天线效率 2013年全国天线年会 射电源法测量天线电参数特点 优点 满足远场测试距离条件 测量不同仰角天线增益和效率 测试频率不受限制 减少周围环境对测量结果的影响 缺点 信号强度小,系统动态范围小 不能全面测量天线各种电参数 可对天线指向进行精确校准和测量 2013年全国天线年会 Tfe