基于PE-TDPO的110 m射电望远镜远-近场耦合计算方法

正在新疆奇台建设的110 m全向可动射电望远镜是一个可以接受微弱射电信号的天文设备,台址周围较大范围内存在着数量众多的干扰源会影响其观测精度与效率.本文提出了一种基于抛物方程和时域物理光学法(Parabolic Equation and Time Domain Physical Optics, PE-TDPO)的混合计算方法,以110 m全向可动射电望远镜为研究对象,对台址附近大区域内干扰源信号的传播过程进行建模.在较大地理尺度上对干扰信号从台址远场至近场的电磁耦合特性进行了综合评估,为大型射电望远镜电磁干扰问题处理提供理论依据.本文以通信基站作为典型干扰源,基于数字地图建立射电望远镜台址周围的高精度地形模型,采用抛物方程对干扰信号的远场电波传播进行分析,得到从干扰源处至射电望远镜处的信号传播的路径损耗和传播因子;其次将PE方法计算得出的远场电场值代入TDPO的积分中,得到干扰信号在射电望远镜焦点处的近场耦合特性;最后讨论了远场干扰源特性对射电望远镜的远-近场耦合的影响.     

射电天文台址区域化干扰电平阈值量化及其应用

为高效分析与评估台址周边辐射源对天文观测的影响,本文提出一种台址区域化干扰电平阈值量化方法.建立台址地形模型并进行网格划分,采用高效网格检索算法实现台址区域任意位置(网格)至望远镜的相对地形数据提取.在此基础上,选取适应于台址地形特征的电波传播算法,计算台址区域任意位置至望远镜的电波传播损耗,依据望远镜馈源口面干扰电平限值及旁瓣增益,实现台址区域干扰电平阈值量化,并应用于QTT台址,为射电望远镜电磁兼容性设计、台址无线电管理、干扰缓解策略提供重要技术支撑.     

基于对称性时域近场物理光学法的大口径抛物面电磁散射特性分析

射电望远镜具有极高的灵敏性,干扰信号经由大口径抛物面结构反射后会对观测系统产生较大影响,其电磁兼容分析是一个不容忽视的研究问题.针对大口径抛物面近场耦合分析面临的电大尺寸问题,本文提出了一种基于空间对称性的时域近场物理光学法,解决了大口径抛物面近场电磁散射计算问题.阐述了物理光学近似法建立抛物面近场电磁散射模型的原理,利用局部格林函数近似法简化了计算过程,采用高斯数值积分方法进行面元积分,得到了焦点处近场散射场强.在此基础上,结合抛物面结构和应用场景,提出了基于空间对称性的高效计算方法.最后基于矩形金属板和小口径抛物面模型验证了算法的准确性和高效性,并对25 m大口径抛物面天线近场散射特性进行了计算分析.本文提出的基于对称性时域近场物理光学法为大型射电望远镜近场耦合分析提供了一种技术途径.     

UHF频段RFID阅读器近场耦合天线设计与分析

设计并实现了一种RFID阅读器近场耦合天线,并对该天线的阻抗特性和辐射特性进行了理论计算和仿真.使用了折叠偶极子天线结构,极大减小了天线尺寸.同时在天线臂之间加入了寄生电容,实现阻抗调整的作用.在仿真的基础上,实际制作了实物,并接上UHF近场耦合阅读器进行测试,效果良好.     

大口径射电望远镜电磁兼容控制方法

大口径射电望远镜具有极高的系统灵敏度,其建设及运行过程将引入各类电子设备,电磁干扰的有效控制是射电望远镜科学产出的重要保证.本文结合射电天文台址电子设备电磁兼容性要求,分析了现有射电天文领域及其他领域电子设备的主要电磁兼容评估标准及存在的不足,考虑到工程实施的可行性,提出大口径射电望远镜电磁兼容控制方法,涉及台址电子设备所在位置干扰电平限值量化方法、电子设备电磁兼容测量方法和测量要求、屏蔽效能测量方法及测量要求、电子设备电磁兼容控制流程等.该电磁兼容控制方法计划应用于新疆奇台拟建的110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai Radio Telescope, QTT),确保QTT拥有良好的电磁兼容性.     

大口径射电望远镜台址电磁干扰预测方法

新疆奇台拟建的110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai Radio Telescope, QTT)具有极高的信号捕捉能力,任何微弱的信号都会影响其高效运行,为了缓解QTT台址无线电宁静区的电磁干扰,本文提出了一种电磁干扰预测方法.首先,基于QTT台址无线电宁静区地形数据和地形特征,分析了现有电波传播模型的适用性,选取LongleyRice模型和Two-Ray模型作为QTT的电波传播模型算法,通过电波传播仿真分析,得到潜在干扰点到达射电望远镜馈源口面的路径损耗;其次,结合QTT馈源口面干扰电平阈值和天线旁瓣增益,计算得到潜在干扰点所在位置的干扰电平阈值;最后,运用该方法分析了QTT限制区内村庄典型电子设备和35 kV高压输电线路对QTT的影响.     

通信基站对射电望远镜电磁干扰的预测方法

射电望远镜具有极高的灵敏度和很宽的工作频率范围,在执行观测任务时,不仅会接收到观测目标产生的信号,还会接收到台址内外各类电磁干扰信号,从而影响观测的准确性,其中以通信基站的干扰最为突出.为了预测通信基站对射电望远镜的电磁干扰,本文提出了一种基于相对地形的电磁干扰预测方法.该方法将地形高程数据转换成相对地形数据,以相对地形的波动高度作为判据,采用Deygout模型计算了通信基站到射电望远镜的路径损耗.再结合通信基站的天线参数,最终得到了通信基站对射电望远镜的干扰功率.文中着重分析了该方法的实现过程,为下一步自主研发射电望远镜电磁干扰预测软件提供了基础.     

基于等效风场试验的QTT台址风场分布调控技术方案初探

针对高频段大口径全向可动射电望远镜QTT对电性能的高要求,必须降低风扰动对天线的影响.本文分析了QTT台址地形地貌以及风场分布的特点,提出了一种主动降低天线所在区域风速的QTT台址风场分布调控技术方案,进一步搭建了用于QTT台址风场分布调控微缩模型的等效风场试验,通过试验数据分析,确定了QTT风场分布调控技术方案的可行性,并初步给出了经风场调控后,风速显著降低的区域范围以及风速降低的幅度,为QTT台址风场分布的调控提供了技术依据,从而可大大增加射电望远镜的有效观测时间.     

UHF频段近场耦合RFID读写器天线设计

本文设计了一款用于UHF频段近场耦合RFID读写器天线。采用弯折偶极子天线结构,极大地减小了天线的尺寸。利用商业软件Zeland IE3D进行仿真设计和优化,给出了天线的反射系数、辐射特性和电流分布。在仿真的基础上,进行了实物制作并测试,实测与仿真吻合较好,满足实际应用的需求。     

实时电磁环境监测系统设计与实现

随着数字技术的发展,瞬态信号对射电天文观测的影响越来越大,围绕瞬态信号测量需求,开展实时电磁环境监测技术研究与工程应用极其必要.首先,本文依托射电天文台址实际测量需求,给出了电磁环境监测系统硬件构架设计方案.其次,依据信号分析仪参数配置与测量时间、测量不确定度的关系,给出了实时电磁环境监测测量时间配置方法;并采用数据压缩、多线程并行处理、环形缓存区设计等技术方法实现高速数据传输,提高了测量系统的可靠性.最后,开发了系统测量软件及基于Web的频谱监视软件,实现电磁环境实时测量与监视,应用于QTT (QiTai Radio Telescope)台址,为台址瞬态信号特征分析与干扰缓解策略的制定提供数据支撑.     

在复杂环境条件下测试天线方向图的新方法

本文讨论了用ＨＰ８７５３Ｂ网络分析仪测量天线辐射方向图的基本原理，对如何利用网络分析仪的时域门限特性消除反射信号作了详细分析，实际测量了偶极子天线的辐射方向图，测量结果与理论解比较基本一致。     

利用“H”形天线耦合光波进入波导

在光学集成中,将自由空间中光波耦合进入金属纳米波导具有重要意义。本文基于天线共振增强特性,设计“H”形纳米光学天线,将自由空间中光波耦合进入金属波导。利用时域有限差分（FDTD）方法模拟得到耦合效率并优化天线结构参数。在通信波段,“H”形天线比偶极子天线具有更高的耦合效率。     

天文数据索引技术综述

信息技术、制造技术的蓬勃发展为提高射电望远镜灵敏度和分辨率奠定了基础.随着观测设备接收面积的增大及多功能数字终端技术的发展,天文观测设备的数据收集能力也得到了大幅提升,天文数据已经进入了PB量级时代.然而海量的观测数据并非全部实现了全世界范围的开放共享.部分新投入或正在建设中的大型天文观测设备在设计过程中并没有充分考虑到数据管理问题;已有的观测数据采用离线存储在磁盘或磁带上没能实现数字化:发表的文章所用到的数据没有进行有效归档,使他人无法重复数据处理;部分国家或地区的网络限制使科研人员无法在线获取归档数据.本文以目前主流的单天线和阵列射电望远镜为基础,综述各观测设备现状及数据管理相关情况.以虚拟天文台相关协议标准为依据介绍如何通过最新的虚拟天文台(Virtual Observatory,VO)技术实现数据发布及无缝透明的资源连接与访问.分析了目前常用的索引技术B-Tree,R-Tree,HTM,HEALPix,Q3C的特点,最后给出针对新疆奇台110 m射电望远镜数据管理方面可选择的关键技术.     

变形双反射面天线的机电耦合分析方法

双反射面天线广泛应用于雷达、卫星通信和射电天文等领域,针对变形双反射面天线的电性能求解问题,本文提出了基于物理光学法的机电耦合分析方法.深入分析了双反射面天线主副反射面变形对天线电性能的影响,通过将主副反射面轴向变形转换为天线远场积分公式中的相位误差影响项,建立了反射面表面结构位移场与天线远场之间的机电耦合关系.进一步将相位误差影响项作一阶泰勒级数展开,使得结构误差从天线远场积分运算中独立出来,通过构建包含主副反射面变形信息的误差矩阵可实现变形反射面天线远场的快速计算.对一个2.2 m天线进行案例分析,结果验证了所提方法的正确性.     

射电天文频率保护

本文简要介绍目前射电天文研究和射电望远镜的国内外现状。由于所观测的宇宙信号非常微弱,射电天文观测极易受到主动业务的干扰。根据国际电信联盟的相关频率保护规定,通过设立无线电宁静区,保护射电天文观测免受人工信号的干扰。     

利用光学天线阵列耦合光波进入硅波导

在光学集成中,光信号从自由空间中耦合进入波导具有重要意义。利用光学天线将自由空间中的平面波耦合到波导的基模中。对称偶极子光学天线阵列有利于Si波导基模的激发,根据波导模场特性,设计偶极子对称天线实现耦合功能。为高效激发波导基模和提高耦合效率,利用时域有限差分(FDTD)方法分析Si波导的基模模场,对天线阵列结构进行优化,实现高效耦合。     

口径天线瞬态辐射特性的研究

为了在时域研究超宽带口径天线的瞬态辐射特性，利用时域有限差分方法在平面波正投射、斜投射及柱面波投射于不同尺寸和形状的口径面的情况下，对口径面上的场进行了计算，进而得出该口径天线的辐射场。将通常天线的方向图扩展为可用于超宽带天线的空时方向图，并在不同激励的情况下用空时方向图描述了激励脉冲在自由空间展布的宽度与天线口径几何尺寸、形状和主辐射面的辐射波形之间的关系，得出改变口径面的形状和大小可以改变口径面的辐射特性的结论，为理解超宽带口径天线辐射特性并为进一步设计该类天线提供了理论依据。     

反射面变形对天线辐射特性的影响

研究在冲击波作用下,赋形双弯曲反射面变形对天线辐射特性的影响.利用物理光学法对双弯曲反射面雷达天线的辐射方向性进行了建模和分析,将反射面完好时的计算结果与测试结果进行比较,其结果较为一致.在此基础上,重点研究了天线反射面变形后天线辐射特性随变形量、变形位置和变形面积的变化.计算结果表明,反射面的变形对水平面方向图影响较大,对垂直面方向图的影响很小.     

脉冲收发天线辐射特性的矩量法分析

研究了如何采用矩量法（MoM）和快速傅里叶变换（FFT），分析脉冲收发天线的时域辐射特性，同时探讨信号的带宽、天线的仰角和天线的长度对天线辐射性能的影响。文中以窄脉冲电压信号馈电的偶极子天线为例，详细分析了脉冲收发天线辐射特性参数计算公式的建立，以及采用矩量法和FFT获得这些参数的计算方法。计算结果表明，天线远区场与馈电电压波形极为相似，其幅度也随着信号带宽和天线长度的变化而变化。天线仰角的变化，仅仅对远区场的幅度产生影响，而对其大致的形状以及峰值出现的时刻几乎没有影响。     

关于我国未来天文大设备的一点战略思考

本文回顾了近年来国际上天文大设备的现状和发展态势,简要叙述了国内目前天文观测设备的现状,并指出一批重要观测设备的建成标志着我国初步形成了天文学研究的实测基础.一个突出的例子是由我国天文学家自主创新的郭守敬望远镜LAMOST.这是一架新型光谱巡天型望远镜,它的建成标志着我国大型天文光学望远镜技术的突破.正在建设的500m口径球面射电望远镜(FAST)是目前世界上最大的单天线望远镜,它的建成将使我国射电天文研究走到世界前列.本文还介绍了一些已经提出的天文地面和空间大设备计划,并对我国未来天文大设备的发展进行了一点战略思考,提出了一些个人的建议.