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随着太阳射电研究的逐渐深入,要求太阳射电望远镜具有更高时间分辨率、更高空间分辨率和更高频率分辨率。通常有两类观测仪器来获取太阳射电辐射谱和图像信息,即采用多天线的干涉仪和单天线接收的频谱仪。无论是哪种仪器,利用微波技术设计而成的模拟接收机都是系统的一个核心部分,对系统的整体性能有非常重要的影响。本论文重点讨论了以上两类的新一代设备,中国射电频谱日像仪(Chinese Spectral RadioHeliograph,CSRH)和韩国太阳爆发追踪器(KoreanSolar Radio Burst Locator,KSRBL)的模拟接收机部分的研制与测试工作。
中国射电频谱日像仪是利用综合孔径原理研制的具有高时间、高空间、高频率分辨率的新一代太阳专用的射电成像干涉仪。日像仪高达25dB的图像动态范围要求接收系统相位稳定在30以下,此指标是目前太阳射电干涉仪的主要难点。另外,考虑到太阳射电成像具有动态范围大,爆发时间短的特点,要想高品质的成图,需要接收系统工作十分稳定,因此与其它射频接收机不同之处在于,日像仪模拟接收机其中所有部件都要工作在线性区。经过研究与分析,完成针对太阳射电成像的射电望远镜模拟接收机的方案设计,主要工作如下:
1.双天线干涉实验是对CSRH的初步原理验证,作者参与设计了的模拟接收机的原理样机,与组内成员一起完成了对整个干涉系统的联合调试,得到了第一手的干涉条纹数据。
2.分析了太阳信号动态范围、模拟接收机工作的线性区、接收机的工作状态和系统噪声水平、镜像干扰的规避、光传输特性,站址无线电环境对接收机方案的影响,制定了合适的本振和中频,选择了高品质的器件。对比多种模拟接收机的设计方案,最后决定采用超外差式设计模拟接收机的构架,完成了符合CSRH系统要求的模拟接收机设计方案。
3.根据所选芯片的实际测量数据,应用ADS仿真软件对接收机方案进行了仿真并分析了仿真结果,其结果符合CSRH系统要求。
4.为模拟接收机测试开发了基于Labview的测试软件,应用此软件可以很方便的控制安捷伦商用频谱仪和信号源完成对接收机频谱响应扫描、自动存储数据和对接收机的稳定性分析。
韩国太阳爆发追踪器是甩来观测太阳射电爆发和监测空间天气新一代频谱仪,除了拥有远超当前同类设备的超宽带高时间、高频率分辨率之外,同时还可以完成对爆发源位置的追踪。这是世界上第二台拥有此功能的设备,且相对于第一台设备在性能上有了质的飞跃。同时,本设备内部集成了高性能的去干扰模块,是世界上第一台可以实时去干扰的太阳射电频谱仪。本论文重点论述了关于此项目模拟接收机的研制和测试结果,主要工作如下:
1.作为主要完成人之一,参与设计了KSRBL的整体方案;完成了模拟接收机设计和测试工作,并分析了整个接收机系统的性能。本部分作为在整个接收系统中受外部影响最大的环节,经过细致的设计和检测可以帮助数据处理工作迸一步优化频谱。
2.应用软件Orcad和Autocad设计了应用在模拟接收机上476MHz本振和其封装模块,该模块在接收机中运转正常可支持接收机得到高品质频谱。