一种低频射电天线制造技术

一种低频射电天线，所述低频射电天线包括：对称阵子天线、低噪声放大器和接收器，对称阵子天线与所述低噪声放大器的输入端相连，所述接收器通过信号线与所述低噪声放大器的输出端相连，所述对称阵子天线固定在抛物面天线相对的两个馈源支撑臂上，所述低噪声放大器固定在抛物面天线馈源的前端控制箱的背后，所述抛物面天线为高频天线。本实用新型专利技术可以最大程度地简化低频天线的支撑问题，可以实现单天线的主波束总是指向观测方向，并且能够扩大射电巡天的范围，同时还将最大程度上避免方向性校准的问题，能够明显地改善天线的方向图，提高天线的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低频射电天线
本技术属于射电天文学领域，具体涉及一种低频射电天线。
技术介绍
自从KarlJansky在1932年完成20.5MHz的首次射电观测以来，射电天文学已逐渐变为一门主要的科学学科。尽管诞生于低频频段，但基于更高分辨率和更好灵敏度的要求，再加上地球电离层的电磁透明性，射电天文学很快转向了更高的频率。在过去的半个世纪，每一次新的频谱窗口的打开都为天文学带来了新的革命，随之产生了许多意料之外的重大发现，包括20世纪50和60年代在低频射电波段发现的类星体和脉冲星，60年代在微波波段发现了宇宙微波背景辐射，80和90年代使用在X射线和中微子进行天文研究等，这也为通过观测整个电磁频谱内的辐射来全面理解宇宙射电源新的物理过程提供了可能。甚低频频段(＜30MHz)，作为最后几个未被观测的频谱窗口之一，潜在的科学发现使它成为目前射电天文学研究的热点。然而，在低于30MHz的频段，大量人为的强射电干扰严重限制了人们对宇宙射电辐射的观测，而地球电离层的反射和吸收作用更使得基于地基射电望远镜对低于10MHz的宇宙射电辐射进行观测几乎不可能。为了实现对这一频段的射电观测，空间射电望远镜成为了理想的选择。但是，空间望远镜往往系统比较复杂，技术难度很大，成本也比较高。新的太阳研究表明，太阳活动在当前的11年周期内处于一个极小期，并将在2020年左右达到谷底，届时受太阳活动的影响地球电离层的截止频率会降低到几MHz甚至更低，这就使得利用地基射电望远镜对10MHz以下的宇宙信号进行观测成为可能。为此，基于内蒙古明安图观测站的射电频谱日像仪，一个小型甚低频射电阵列被提了出来以实现在地面上的甚低频射电观测。这一阵列工作于1～50MHz，采用数字多波束和综合孔径的方式进行射电成像，将有可能首次获得10MHz以下频率连续的高分辨率射电巡天和成像观测。为了充分利用观测站现有的资源，以较低的成本完成这一阵列的建设，其中的一个关键是天线的设计。在低频射电天文领域，新一代的地基射电望远镜阵列大都采用阵子天线，或是阵子天线的变形，例如荷兰的低频阵(LOFAR)，工作频率为10～240MHz；美国的长波阵(LWA)，工作频率为10～88MHz；以及澳大利亚的Murchison宽视场阵(MWA)，工作频率为80～300MHz。这些天线的共同点就是视场大，结构简单。上述阵列采用的阵子天线是固定不动的，由于视场大，天线的增益在不同的观测方向是不同的，这将导致整个阵列的综合波束在各个方向的增益和相位差异性很大，因此需要进行波束的方向性校准。为此，需要利用天空中的低频射电源，对视场范围内的各个方向(随频率升高而快速增多)的增益进行精确的测量，加上地球电离层的影响，这在低频频段是很困难的。对于一个小型的低频阵，由于系统的灵敏度不高，这一方案实施起来将更加困难，甚至难以实现。另外，对于上述低频天线，主要是采用了两种形式的天线结构，一种是柔性结构的天线(LOFAR)，用细的导线作为阵子天线。为了保持天线的稳定，需要额外设计固定装置将其固定在地面上。另一种是刚性结构(LWA)的天线，用刚性的材料制作天线，为了保持天线的形状，天线的结构要足够的强壮，这就必然增加了天线的重量及成本。由于没有额外的支撑结构，天线的抗风能力并不强。
技术实现思路
针对上述低频射电阵列天线的缺点，本技术提出了一种低频射电天线与高频抛物面天线共用的设计，解决了低频天线的方向性校准难题，同时也解决了天线的固定及支撑问题。本技术提供的低频射电天线包括：对称阵子天线、低噪声放大器和接收器，对称阵子天线与所述低噪声放大器的输入端相连，所述接收器通过信号线与所述低噪声放大器的输出端相连，其特征在于，所述对称阵子天线固定在抛物面天线相对的两个馈源支撑臂上，所述低噪声放大器固定在抛物面天线馈源的前端控制箱的背后，所述抛物面天线为高频天线。优选地，所述馈源支撑臂数量为偶数个，每个抛物面天线上设置有一个或多个低频射电天线。优选地，所述低频射电天线为有源的低频天线。优选地，所述接收器设置在所述抛物面天线的基墩内。优选地，所述对称阵子天线为铜线，外皮为绝缘层。优选地，所述对称阵子天线的长度大于2m。优选地，所述低噪声放大器和所述抛物面天线馈源之间设置有电磁屏蔽。优选地，所述抛物面天线为前馈形式的抛物面天线。优选地，所述低频射电天线和所述抛物面天线由相同的跟踪和控制装置来控制。本技术组成的低频射电天线阵列包括多个低频射电天线，所述低频射电天线固定于抛物面天线阵列上。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：(1)本技术中的甚低频阵子天线固定于高频抛物面天线的馈源支撑杆上，可以随着抛物面天线的转动来实现不同的指向，因此可以实现单天线的主波束总是指向观测方向，并且能够扩大射电巡天的范围，同时还将最大程度上避免方向性校准的问题；(2)抛物面天线可以明显地改善天线的方向图，提高天线的性能；(3)本技术可以最大程度地简化天线的支撑问题，可以避免天线重新进行位置的精确测量，同时还能够利用日像仪富余的光纤进行信号的传输，从而明显降低小型甚低频射电阵列的建设成本；(4)本技术可以实现与日像仪天线同步对太阳进行联合观测，并且小型射电阵列也可以与日像仪天线共用天线的跟踪和控制软件系统，从而实现对不同方向射电信号的观测，这也可以显著降低系统的建设成本。附图说明图1为本技术的小型甚低频射电阵的天线结构；图2A和图2B为本技术中的阵子天线与去掉抛物面天线结构的阵子天线的方向图仿真对比。附图标记说明：1-馈源支撑臂；2-低噪声放大器；3-抛物面天线馈源；4-前端控制箱。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术作进一步的详细说明。本技术提供的低频射电天线包括：对称阵子天线、低噪声放大器和接收器，对称阵子天线与所述低噪声放大器的输入端相连，所述接收器通过信号线与所述低噪声放大器的输出端相连，所述对称阵子天线固定在抛物面天线相对的两个馈源支撑臂上，所述低噪声放大器固定在抛物面天线馈源的前端控制箱的背后，所述抛物面天线为高频天线。在本技术的一个实施例中，将小型甚低频射电阵列建设在明安图观测基地上，该基地目前有一个太阳专用的射电阵列-明安图频谱日像仪，该望远镜采用综合孔径技术实现对太阳以高频谱、高时间以及高空间分辨率的观测。它主要有低频阵40个4.5米的抛物面天线和高频阵60个2.0米的抛物面天线两个阵列组成，分别工作于0.4-2.0GHz以及2.0-15GHz。天线接收到的信号经过电光转换，通过深埋于各个天线下面的光纤传输到室内，再进行光电转换，模拟接收和数字接收机，最终转变为可用的科学观测数据。对于小型甚低频射电阵列的建设，由于经费有限，只能充分基地目前现有的资源，以最小的成本去建造这一阵列。由于观测基地经常刮大风，而冬天雪很大，如果采用上述LOFAR或是LWA的天线形式，必须增加天线的高度，并额外考虑设计天线的支撑结构，信号的传输，这本身就是一个很困难的事情，再加上低成本的考虑，基本上是不现实的。为此，在该实施例中，利用柔性的带有绝缘层外皮的铜导线作为阵子天线，将其固定于日像仪低频抛物面天线的馈源支撑臂上，如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频射电天线，包括：对称阵子天线、低噪声放大器和接收器，对称阵子天线与所述低噪声放大器的输入端相连，所述接收器通过信号线与所述低噪声放大器的输出端相连，其特征在于，所述对称阵子天线固定在抛物面天线相对的两个馈源支撑臂上，所述低噪声放大器固定在抛物面天线馈源的前端控制箱的背后，所述抛物面天线为高频天线。

【技术特征摘要】
1.一种低频射电天线，包括：对称阵子天线、低噪声放大器和接收器，对称阵子天线与所述低噪声放大器的输入端相连，所述接收器通过信号线与所述低噪声放大器的输出端相连，其特征在于，所述对称阵子天线固定在抛物面天线相对的两个馈源支撑臂上，所述低噪声放大器固定在抛物面天线馈源的前端控制箱的背后，所述抛物面天线为高频天线。2.如权利要求1所述的低频射电天线，其中，所述馈源支撑臂数量为偶数个，每个抛物面天线上设置有一个或多个低频射电天线。3.如权利要求1所述的低频射电天线，其中，所述低频射电天线为有源的低频天线。4.如权利要求1所述的低频射电天线，其中，所述接收器设置在所述抛物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林杰，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：新型
国别省市：北京,11