射电望远镜超宽带馈源天线研究

论文摘要

随着射电望远镜对灵敏度、观测视场和观测带宽的要求不断提高,新一代望远镜方案被陆续提出。平方公里阵列（SKA）是当前国际上计划建造的全球规模最大的综合孔径射电望远镜,它将会比现有的最大射电望远镜阵列JVLA的灵敏度提高约50倍、搜寻速度提高约10000倍。SKA第一阶段由中频反射面天线阵列和低频孔径阵列组成,中频阵列的频段覆盖最宽（0.35-13.8GHz）,灵敏度和分辨率也最高,其性能的优劣对SKA至关重要。馈源作为反射面天线系统的核心部件,直接影响着射电望远镜的综合性能。目前,超宽带馈源已经成为射电望远镜实现宽带观测的主要技术瓶颈。因此,超宽带馈源的研究对于射电望远镜和射电天文来说都具有重要的意义。在充分了解宽带馈源技术研究现状的基础上,本文从工作原理、建模仿真到参数优化、性能分析,对目前宽带综合性能较高的两款馈源,即对数周期圆偶极子阵（Eleven）和四脊张角喇叭（QRFH）展开研究。针对十倍频程圆Eleven天线存在的结构复杂、优化困难的问题,本文在传统遗传算法优化宽带馈源反射损耗性能的研究基础上,使用基于改进选择算子、自适应交叉和变异算子的改进遗传算法,通过MATLAB-CST联合仿真,对一款6-14GHz的圆Eleven模型进行优化,然后根据对数周期天线非频变的结构特性,直接对优化模型进行结构拓展,得到0.95-14GHz的全尺寸超宽带圆Eleven馈源。研究结果表明,改进遗传算法提高了优化效率和优化精度,而且,由于本文选取了更接近全频带的优化模型,最终拓展所得的全尺寸超宽带Eleven馈源的反射系数降低了1.5dB以上。此外,该圆Eleven馈源具有较好的辐射特性以及高达70%的平均口径效率。针对喇叭天线存在的相位中心随频率变化较大、高频口径效率较差的问题,本文在脊波导理论的基础上,研究并设计了一款工作于4.6-13.8GHz的QRFH超宽带馈源。该馈源在工作带宽内的反射系数低于-10dB,方向性系数高于9dBi,相位中心比较固定,辐射特性相对稳定,口径效率高于50%;值得一提的是,该馈源在4.6-24GHz的超宽频带范围内S11优于-10dB,S22优于-7dB,具有作为SKA先进仪器项目宽带单波束馈源（WBSPF）band B超宽带馈源方案的潜质。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑燕

导师: 尹骏刚,庞峰

关键词: 射电望远镜,超宽带,馈源,对数周期圆偶极子阵列,四脊张角喇叭天线

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 天文学,仪器仪表工业,电信技术

单位: 湖南大学

分类号: TH753;TN822.8;P111.44

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.003473

总页数: 69

文件大小: 4269K

下载量: 31

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