FAST射电望远镜的相控阵馈源系统建模与优化设计

发布时间：2024-12-18 07:11

　　射电望远镜在天文学中起着关键性的作用,500米口径球面射电望远镜(FAST: Five-hundred-meters Aperture Spherical Telescope)将是世界上最大的、灵敏度最高的射电天文望远镜。对射电望远镜来说,最重要的性能是波束扫描的有效视场,相控阵馈源(PAF:Pashed Array Feed)可以同时形成多个波束,有效地扩大视场,提高扫描速度,是下一代射电望远镜的关键技术之一。本文主要研究了相控阵系统的模型建立和优化设计。首先,分析了各模块的结构和工作原理,对反射面建模、焦面场分析和最大信噪比波束形成算法进行了研究。分析了系统信号模型,并在此基础上完成了各系统性能参数的推导。其次,详细介绍了几种阻抗匹配的方法原理及实现过程,由于相控阵馈源与低噪放(LNA:Low Noise Amplifier)之间的阻抗不匹配会大大地增加射电望远镜的系统噪声,从而导致波束灵敏度下降,视场变窄,为了解决这个问题,需要采用阻抗匹配技术。本文提出了MATLAB-HFSS联合仿真方法,解决了动态阻抗和数字波束形成系数循环依赖的难题,并和其他几种阻抗匹配结果进行了比较,验证了阻...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１三个射电望远镜的相控阵馈源??ＡＳＫＡＰ阵列是一种在地平面上１／４波长处的印刷电路基板上以国际象棋棋盘状连??

几个重要的工程都在从事射电望远镜的ＰＡＦ研究，例如荷兰的ＡＳＴＲＯＮ工??作组澳大利亚ＣＳＩＲＯ的ＡＳＫＡＰ工作组［１４］和美国的ＢＹＵ／ＮＲＡＯ工作组??他们研发的相控阵馈源如图１．１所示。??翁闘＿??（ａ）：?ＡＳＫＡＰ?阵列?（ｂ）：?ＡＳＴＲＯＮ?阵列?（ｃ）：?ＢＹＵ....

图２．１?ＰＡＦ系统模型结构示意图??图２．１是ＦＡＳＴ－ＰＡＦ系统模型结构示意图，包括反射面天线、相控馈源阵、接收机、??数字波束形成网络四个模块

?；??图２．１?ＰＡＦ系统模型结构示意图??图２．１是ＦＡＳＴ－ＰＡＦ系统模型结构示意图，包括反射面天线、相控馈源阵、接收机、??数字波束形成网络四个模块。首先来自不同角度的天空电磁波入射到抛物面上，经抛物??面反射后，汇聚于焦点附近。位于焦平面上的相控馈源阵，接收此反射信号并....

图２．１２系统信号电压模型??（２）干扰信号电压自相关矩阵??

其中ｇ是接收机的增益，令Ｑ?＝?】定义为阵列开路电压和接收机输出电压??的转换矩阵，如图２．１０所示。一般的低噪放设计会把低噪放放在离天线尽可能的近的位??置，这是为了减少接收机其他部分引起的噪声，因为放大器有很大的正向增益，反方向??有很大的隔离。??２．１．５?ＦＡＳＴ的波束....

图3.1LNA二端口网络模型

影响最大的是接收机噪声［５４］，接收机噪声主要是由于低噪放和相控阵的不匹配引起的，??因此实现低的系统噪声，必须完成阵列和低噪放之间的阻抗匹配。??将低噪放等效为无噪声网络和等效噪声源的连接，其中等效噪声源为噪声电流源人??和噪声电压源）／？，如图３．１所示。噪声电流源／？可以分....

本文编号：4017129