一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统技术方案

本申请公开了一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统。利用高阻接收机的宽带频谱探测系统包括：锥形天线、接收机；其中，接收机包括微波开关、高阻放大器、放大接收模块、数字采集模块、微型计算机。通过本申请的电小天线，天线内部无驻波，天线有较大的容抗，天线上激励产生的电压可以大部分地分压到后端的高输入阻抗放大器上；天线感应电压放大，实现全带宽内非常平滑的系统响应；采用三阻值负载对系统进行绝对定标的方案，实现系统的精确自定标。本申请提出的宽带探测技术可以实现多个倍频程的探测，突破了测量系统的难题，实现宽带同时测量，方便宽带拟合和提取宇宙黎明21cm信号。方便宽带拟合和提取宇宙黎明21cm信号。方便宽带拟合和提取宇宙黎明21cm信号。

【技术实现步骤摘要】
一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统


[0001]本申请涉及频谱测量
，特别是涉及一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统。

技术介绍

[0002]频谱测量是指在频域内测量信号的频率分量，以获得该信号的多种参数和该信号所通过的网络的参数。频谱测量在电子系统测试测量以及雷达信号分析等领域有广泛应用。对于某些领域，需在频谱结构中测量到待测信号在背景信号上的非常细微的变化，才能得到待测信号的特征。如针对宇宙黎明时期(按照宇宙演化模型，宇宙演化可分为宇宙黑暗时代、宇宙黎明、再电离时期、现代宇宙几个阶段)的全天频谱(即21cm信号)测量。相比银河系辐射等前景，高红移宇宙的21cm信号非常微弱，信号幅度比前景低约5个数量级左右，这就需要超高精度的频谱测量技术。
[0003]利用高精度射电频谱探测技术探索宇宙黎明时代是目前国际射电天文领域的一个重要的研究方向，宇宙黎明时代的中性氢原子可产生21cm波长的谱线信号，经过红移后现在处于米波频段，21cm全天谱仅用单天线即可测量，这为了解宇宙早期演化历史提供了极难得的观测机会。目前国际上进行宇宙黎明全天频谱探测，主要在30
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200MHz频段范围内展开，技术主要是采用匹配接收天线和接收机进行探测。这种技术的特点是只能实现一个倍频程的观测，主要原因是天线很难在多个倍频程都匹配到接收机的50欧姆特征阻抗，所以目前这种类型的探测接收系统通常只能实现一个倍频程的观测，最典型的例子是是著名的美国EDGES系统。
[0004]针对上述的现有技术中存在的宽带频谱探测系统中，只能实现一个倍频程的观测而无法实现多个倍频程的观测的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本公开提供了一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统，以至少解决现有技术中存在的难题，该难题主要是匹配天线接收机系统只能测量一个倍频程的缺点，无法全频段同时测量，并抽取21cm信号特征，由于21cm信号特征宽度比较宽，预言的宽度有几十MHz，这样只有一个倍频程的观测就有可能造成对21cm信号的抽取的产生严重畸变。本申请的目的是，突破目前传统的21cm宇宙黎明全天频谱测量技术在频率范围内只能测量一个倍频程的缺点，实现全频段全宽带同时测量。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统，包括：锥形天线(100)、接收机(2)；其中，接收机(2)包括微波开关(200)、高阻放大器(300)、放大接收模块(400)、数字采集模块(500)、微型计算机(600)；
[0007]锥形天线(100)的输出端连接微波开关(200)的一个输入端；
[0008]所述微波开关(200)还有三个输入端，分别一一对应连接作为校准模块的三个负载；微波开关(200)的输出端连接高阻放大器(300)的输入端；
[0009]所述高阻放大器(300)的输出端连接放大接收模块(400)的输入端；
[0010]所述放大接收模块(400)的输出端连接数字采集模块(500)的输入端；
[0011]所述数字采集模块(500)的输出端连接微型计算机(600)的输入端；
[0012]所述微型计算机(600)的输出端通过控制线连接微波开关(200)的反馈控制端。
[0013]进一步地，所述锥形天线(100)的开口顶部宽度为400mm，高度小于30cm，天线(100)的开口底部宽度为40mm。
[0014]进一步地，所述锥形天线(100)的高度为260mm。
[0015]进一步地，所述天线(100)的开口底部通过连接件(700)与接收板(800)连接，所述接收板(800)连接微波开关(200)的所述一个输入端。
[0016]进一步地，所述连接件(700)的高度为45mm，接收板(800)的宽度为550mm。
[0017]进一步地，所述放大接收模块(400)，用于对高阻放大器(300)的输出信号进行放大接收；
[0018]所述数字采集模块(500)，用于对放大接收模块(400)的输出信号进行数字采集；
[0019]所述微型计算机(600)，用于对数字采集模块(500)的输出信号进行计算，并通过控制线将控制信号发送给微波开关(200)的反馈控制端。
[0020]进一步地，所述高阻放大器后端输出的功率如下式所示：
[0021][0022]其中第一项4RKT|S1|2为天线或负载的噪声温度贡献、第二项为噪声电流的贡献、第三项为噪声电压的贡献；R为负载或天线电阻，K为玻尔兹曼常数，T为负载的物理温度或天线的等效噪声温度，i
noise
为高阻放大器等效电流噪声，V
noise
为高阻放大器等效电压噪声，g为增益因子；S1，S2为传输因子。
[0023]进一步地，S1，S2的计算公式如下：
[0024][0025][0026]其中Γ
r
为高阻放大器的反射系数，Γ
a
为负载或天线端的反射系数，Z0，β，l分别为传输线的特征阻抗、传输系数的虚部相移因子和长度。
[0027]进一步地，所述作为校准模块的三个负载的阻抗值互不相同。
[0028]从而根据本申请的技术方案，通过本申请巧妙设计的波瓣与频率无关的电小天线，天线内部无驻波，天线有较大的容抗，天线上激励产生的电压可以大部分地分压到后端的高输入阻抗放大器上；宽带接收机采用高输入阻抗放大器，天线感应电压放大，实现全带宽内非常平滑的系统响应；采用三阻值负载对系统进行绝对定标的方案，实现系统的精确自定标。本申请提出的宽带探测技术可以实现多个倍频程的探测，突破了测量系统的难题，实现宽带同时测量，方便宽带拟合和提取宇宙黎明21cm信号。
[0029]根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加
明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0030]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
[0031]图1是根据本申请实施例所述的利用高阻接收机的宽带频谱探测系统的示意图；
[0032]图2是图1所示的锥形天线的示意图；
[0033]图3是根据本申请实施例所述的高阻放大器前端等效电路图。
具体实施方式
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0035]为了使本
的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用高阻接收机的宽带频谱探测系统，其特征在于，包括：锥形天线(100)、接收机(2)；其中，接收机(2)包括微波开关(200)、高阻放大器(300)、放大接收模块(400)、数字采集模块(500)、微型计算机(600)；锥形天线(100)的输出端连接微波开关(200)的一个输入端；所述微波开关(200)还有三个输入端，分别一一对应连接作为校准模块的三个负载；微波开关(200)的输出端连接高阻放大器(300)的输入端；所述高阻放大器(300)的输出端连接放大接收模块(400)的输入端；所述放大接收模块(400)的输出端连接数字采集模块(500)的输入端；所述数字采集模块(500)的输出端连接微型计算机(600)的输入端；所述微型计算机(600)的输出端通过控制线连接微波开关(200)的反馈控制端。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锥形天线(100)的开口顶部宽度为400mm，高度小于30cm，天线(100)的开口底部宽度为40mm。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锥形天线(100)的高度为260mm。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述天线(100)的开口底部通过连接件(700)与接收板(800)连接，所述接收板(800)连接微波开关(200)的所述一个输入端。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述连接件(700)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锋泉，张聪，孙士杰，何凯，陈学雷，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：