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一. 电波的空间传播 

  电波从发射端的天线到达接收端的天线有三条途径,一是地面传播,叫地面波;二是空间两点沿直线传播,叫空间波;三是依靠离地面100km以外的电离层的折射和反射中、长波传播,叫天波。 

  波长不同的电波在空间传播的特性不同,波长较长的波遇到障碍后绕射能力较强,由于地球表面的电性质比较稳定,因此地面波传播比较稳定,但地面不是理想的导体,电波沿地面传播时,将有一部分能量被消耗掉。这种损耗与电波波长和其它一些因素有关,波长越长,损耗越小,所以利用地面波传播时采用中、长波比较合适。一般中、长波多用于无线电广播和发射标准时间信号,也可用于海上通信、导航和呼救等。 

  短波虽然绕射能力较弱,但能被电离层折射和反射,天波可传播到距离很远的地方,因此短波多用于做远距离定点通信。天波的传播比较复杂,不但与电波波长及电离层强度有关,还与电波进入电离层的角度有关。而电离层强度又与太阳的辐射强度有密切关系,昼夜间、一年四季中,随着太阳活动的变化,电离层强度都在变化。 

  波长比短波更短的电波基本沿直线传播,绕射能力很弱,传播距离受到限制,但可利用其直线传播的特点测定目标的方位,这是雷达探测技术的基础。 

二. 电波频谱的划分 

      电波的表示有多种方式,通常将频率低的电波(如长、中、短波)用频率表示,而将频率高的电波(如超短波、微波)用波长表示,米波和分米波有时也称超短波,波长小于30cm的分米波及厘米波称为微波。这些波段的划分是相对的,各波段之间并没有严格的划分界线,不过不同波段的特性仍然有明 显的差别,把电波划分成多个波段(或频段)对问题的讨论将带来很大的方便。 

  多年来,对电波频谱的分段已经进行了多次。第一次是由美国国防部在第二次世界大战其间和战后初期针对工业部门和政府机构提出的。而当今最通用的频谱分段法是由国际电气和电子工程师学会(IEEE)建立的。

三. 接收机介绍

  通过多年的接收机研制和升级改造,新疆天文台接收机技术队伍不断发展壮大,微波测试测量仪器设备也不断更新和补充,形成了初具规模的制冷接收机研制平台,经过近4年的努力,新疆天文台在国内首次自主研制完成了1.3cm波段双极化制冷接收机。 

  接收机的设计要求具备高灵敏度,稳定可靠,并且与我台现有的观测终端匹配,能够满足观测课题需求。该接收机的输入频率为2224.2GHz,中频信号采用现有的同轴电缆传输方式,中频输出范围设计为100600 MHz,带宽500MHz。由于中频输出带宽远小于射频输入带宽,故采用多次混频和本振频率可调的方式,采用超外差式接收机形式把前端高频信号经过三次变频获得需要的中频信号送给终端处理系统,其原理如图1所示。 

  

 

  1 三次变频原理图 

  1.3cm双极化制冷接收机系统其主要有以下几部分组成:低温制冷单元、常温微波单元和外围辅助单元等,其组成原理如图2所示。其中低温制冷单元包括1.3cm双极化制冷接收机的前端以及低温制冷系统,接收机前端主要通过馈源、极化器、低噪声放大器接收天体辐射的微弱信号,低温制冷系统为接收机前端提供一个长期稳定的20k低温工作环境;常温微波单元将接收机的前端信号进一步变频和放大,得到所需要的频率带宽及输出功率送给观测终端。外围辅助单元主要有干空气充气单元、直流电源、低温制冷系统监测驱动单元及噪声源等单元,是接收机正常稳定工作必不可少的部分。 

   

  2  1.3cm双极化制冷接收机系统原理图 

  该接收机杜瓦漏率达到10-5mbarl/s,制冷温度达到16K,制冷时间9小时左右,两个通道噪声温度都好于18K,经过实测后各项性能指标都达到设计要求。在天线安装以后,南山25m射电望远镜系统在1.3cm波段的灵敏度有了大幅度的提高,促进了我台在射电天文技术的发展,在VLBI观测研究和单天线观测研究上发挥了很大作用,特别是在分子谱线和脉冲星观测研究等领域达到新的水平,今后将会取得更多更好的国际一流科研成果。目前已为1.3厘米波段制冷接收机撰写了两项专利申请并拿到受理通知书,名为《短厘米波段双极化制冷接收机杜瓦》和《一种保持制冷接收机微波窗口干燥的充气系统》。除此之外,接收机组还为1.3厘米波段制冷接收机发表了论文,名为《1.3厘米接收机背架调整系统设计》,之后还陆续会有相关论文的发表。 

         

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