一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHz射電天線陣接收機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHz射電天線陣接收機系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個一級帶通濾波器、兩個初級放大器、兩個二級帶通濾波器、移相信號合成模塊、次級放大器以及第三級放大器依次連接組成；其中帶通濾波器、放大器以及移相信號合成模塊均選用微波模塊化電路。本實用新型具有設(shè)計簡單、調(diào)試方便、體積小、成本低的特點。
【專利說明】一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHZ射電天線陣接 收機系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及VHF段射電天文觀測領(lǐng)域，尤其是適用于VHF頻段大型射電綜合 孔徑天線陣的模擬接收系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 天體的電磁輻射反映出輻射體的重要特性和狀態(tài)，射電觀測是研宄包括太陽、地 球、行星及太陽系外天體的一個十分重要的手段。頻率在80MHz以下的甚低頻射電輻射在 太陽系內(nèi)提供了大量的關(guān)于太陽和行星射電和爆發(fā)的信息，而且對于太陽系以外天體的射 電觀測，甚低頻不是現(xiàn)在人類已經(jīng)能夠觀測的電磁波段的簡單外推，而是一個具有重大意 義和重要地位的探索空間。這是因為這個頻率范圍基本還沒有進行過具有有效空間分辨率 的觀測，人類對宇宙在這個頻率范圍了解基本是空白。有很多天文現(xiàn)象只有在甚低頻這個 波段才能探測到，已經(jīng)預(yù)計科學(xué)探測內(nèi)容包括：木星電離層和磁層射電甚低頻輻射和木星 射電爆發(fā)，低頻和甚低頻脈沖星輻射、輻射跳變，太陽CME和射電爆發(fā)、AKR輻射，銀河系甚 低頻大尺度高分辨率輻射特性、銀河電離氫分布勘測、瞬變天體時變頻率特性研宄等。甚低 頻波段具有豐富的天體文現(xiàn)象和輻射，由于甚低頻的觀測如此之少，在這個波段發(fā)現(xiàn)沒有 預(yù)料到的全新現(xiàn)象的可能性不可低估。
[0003] 低頻太陽射電活動觀測能夠?qū)μ柋l(fā)性活動產(chǎn)生的CME、高能粒子流、激波等現(xiàn) 象的動力學(xué)過程和傳播特性給出自洽描述。另外，關(guān)于木星射電輻射機制、木星電離層和磁 層的物理特性，其射電輻射主要發(fā)生在40MHz以下的十米波（DAM)頻段，是在太陽活動峰年 1955年被發(fā)現(xiàn)并開始觀測，成為行星磁層探測的起點里程碑。由于在甚低頻段沒有足夠的 空間和頻率分辨能力，對木星射電的輻射機理至今未被完全揭示。從觀測角度考慮，只有寬 帶觀測才能夠揭示Io關(guān)聯(lián)的木星S型爆發(fā)快變實踐，。
[0004] 對于太陽系以外天體的射電觀測，甚低頻這個頻率范圍不是現(xiàn)在人類已經(jīng)能夠觀 測的電磁波段的簡單外推，而是一個具有重大意義和重要地位的探索空間。因為該頻段內(nèi) 目前還基本沒有進行過具有有效意義的觀測，人類對宇宙在這個頻率范圍內(nèi)的福射特征及 所對應(yīng)的物理現(xiàn)象的了解基本上是空白。
[0005] 國際上長期以來只有為數(shù)不多的天文臺在進行甚低頻射電天文常規(guī)觀測，如烏克 蘭的UTR-2天線陣、法國南希天文臺、日本東北大學(xué)低頻干涉陣、美國弗羅里達(dá)天文臺和夏 威夷天文臺等。這些天文臺目前的空間分辨本領(lǐng)在木星距離上不足10角分。目前它們和 建設(shè)中的LOFAR和SKA澳大利亞方案可以提供的甚低頻寬帶觀測，但是還沒有系統(tǒng)開展干 涉測量觀測，尚未達(dá)到建立太陽CME射電輻設(shè)模型和木星射電輻射機制模型的能力。
[0006] "工欲善其事必先利其器"，要進行低頻射電成圖觀測，首先必須進行單站建設(shè)和 初步的觀測，那么單站關(guān)鍵技術(shù)問題的設(shè)計將至關(guān)重要。
[0007] 中國科學(xué)院云南天文臺作為我國陸基低頻射電觀測網(wǎng)的重要成員，提出研制甚低 頻單觀測站關(guān)鍵技術(shù)的研宄。本申請將介紹云南天文臺射電天文研宄組在甚低頻波段的接 收機電路的研發(fā)，本接收機采用了先進的集成微波模塊技術(shù)作為設(shè)計核心，大大降低了設(shè) 計成本，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。 實用新型內(nèi)容
[0008] 一種基于微波集成電路的VHF段55-65MHZ射電天線陣接收機系統(tǒng)主要適用于VHF 段射電天文觀測，該段觀測的主要目標(biāo)在于：高日冕大氣異動、高紅移的21 cm中性氫譜線、 系內(nèi)行星爆發(fā)等。采用了先進的集成微波模塊技術(shù)作為設(shè)計核心，具有設(shè)計周期短，成本 低，系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性較高等優(yōu)點。
[0009] 本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHZ射電天線陣接收機系統(tǒng)，本實用新型 特征在于：該系統(tǒng)由兩個一級帶通濾波器、兩個初級放大器、兩個二級帶通濾波器、移相信 號合成模塊、次級放大器以及第三級放大器依次連接組成；其中帶通濾波器、放大器以及移 相信號合成模塊均選用微波模塊化電路，本系統(tǒng)采用平衡輸入一一不平衡輸出模式，接收 陣子天線兩臂采集到的信號，轉(zhuǎn)化為單路信號輸出。
[0011] 本實用新型采用第一級帶通濾波器對陣子天線的兩臂采集到的信號進行濾波，選 通30-70MHZ范圍的信號，由于該濾波器噪聲系數(shù)低將其放在第一級可以降低整個系統(tǒng)的 噪聲溫度；但其缺點在于其帶外抑制度較低，難以抑制帶外的無線電干擾信號。
[0012] 在第一級帶通濾波完成后，采用微波集成放大器對濾波信號進行放大，放大倍率 約為23dB?25dB ;在放大器之后連接第二級濾波器選擇55-65MHZ的帶通信號；在第二級 濾波器之后通過移相信號合成模塊將兩路平衡輸入信號轉(zhuǎn)化為一路非平衡輸出信號，此時 信號由雙天線臂采集到的雙路信號，轉(zhuǎn)化為單路信號；上述單路信號再經(jīng)兩級放大后（型 號：GALI-74+)，放大倍率約為46dB?50dB輸出信號給后端的數(shù)字終端。
[0013] 本實用新型效果：
[0014] 本實用新型具有無線電干擾小，觀測帶內(nèi)較為寧靜，集成度高、性能穩(wěn)定，同時工 藝成本便宜等優(yōu)點。
[0015] 1.在充分調(diào)研觀測點無線電環(huán)境的基礎(chǔ)上，選取合適的濾波器、放大器組合方案， 濾波器的有效選取可以減少帶內(nèi)無線電干擾給觀測帶來的影響；
[0016] 2.選擇模塊化濾波器、放大器以及移相信號合成模塊，簡化了整個系統(tǒng)的設(shè)計，同 時提尚了可靠性；
[0017] 3.采用兩級濾波方式，減輕了兩級濾波器的指標(biāo)壓力，特別是第一級濾波器采用 低噪聲的BPF-C45+，噪聲系數(shù)NF (Noise Figure)約為0. 4dB，折合噪聲溫度約為28K，相對 于該頻段天空的噪聲溫度約6000K，可以忽略不計。根據(jù)無線電接收機各個部件噪聲系數(shù)及 總體噪聲溫度之間的關(guān)系，接收機的噪聲溫度主要有第一級器件及第一級放大器貢獻，選 擇低噪聲濾波器作為第一級可以有效降低系統(tǒng)噪聲溫度，提高系統(tǒng)靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為昆明市東郊鳳凰山云南天文臺本部無線電環(huán)境圖；
[0019] 圖2為接收機整體系統(tǒng)鏈路圖；
[0020] 圖3為接收機設(shè)計原理圖；
[0021] 圖4為接收機印刷電路板圖。

【具體實施方式】
[0022] 如圖1，圖2所示，及表1、2、4、5、6所示，一種基于微波模塊化電路的VHF段 55-65MHZ射電天線陣接收機系統(tǒng)，本實用新型特征在于：該系統(tǒng)由兩個一級帶通濾波器、 兩個初級放大器、兩個二級帶通濾波器、移相信號合成模塊、次級放大器以及第三級放大器 依次連接組成；其中帶通濾波器、放大器以及移相信號合成模塊均選用微波模塊化電路，該 系統(tǒng)采用平衡輸入一一不平衡輸出模式，接收陣子天線兩臂采集到的信號，轉(zhuǎn)化為單路信 號輸出；
[0023] 本實用新型采用第一級帶通濾波器（型號：BPF_C45+)對陣子天線的兩臂采集到 的信號進行濾波，選通30-70MHZ范圍的信號，（由于該濾波器噪聲系數(shù)低將其放在第一級 可以降低整個系統(tǒng)的噪聲溫度；但其缺點在于其帶外抑制度較低，難以抑制帶外的無線電 干擾信號；）
[0024] 本實用新型在第一級帶通濾波完成后，采用微波集成放大器（型號：GALI_74+)對 濾波信號進行放大，放大倍率為24dB ;在放大器之后連接第二級濾波器（型號：BPF-A60+) 選擇55-65MHZ的帶通信號；在第二級濾波器之后通過移相信號合成模塊（型號： T1-1-KK81+)將兩路平衡輸入信號轉(zhuǎn)化為一路非平衡輸出信號，此時信號由雙天線臂采集 到的雙路信號，轉(zhuǎn)化為單路信號；上述單路信號再經(jīng)兩級放大后（型號：GALI-74+)，放大倍 率為48dB輸出信號給后端的數(shù)字終端。
[0025] 申請人:首先調(diào)研其所處的臺站無線電環(huán)境，我們注意到云南天文臺鳳凰山本部 VHF段比較復(fù)雜。主要的強干擾區(qū)域在于高于75MHz的調(diào)頻廣播干擾和低于30MHz的短波 通信干擾，距我們觀測帶最近最有可能影響觀測通帶的幾個無線電干擾信號及其強度分別 是：
[0026] 1. 77. OMHz信號強度為-61. 41dBm高于噪底約21dB，距觀測上限頻率65MHz約 12MHz ；
[0027] 2. 81. 2MHz信號強度為-67. 47dBm高于噪底約13dB，距觀測上限頻率65MHz約 16MHz ；
[0028] 3. 88. 5MHz信號強度為-37. 03dBm高于噪底約43dB，距觀測上限頻率65MHz約 24MHz ；
[0029] 4. 91. 8MHz信號強度為-32. 99dBm高于噪底約48dB，距觀測上限頻率65MHz約 27MHz ；
[0030] 5. 23. IMHz信號強度為-71. 43dBm高于噪底約12dB，距觀測下限頻率55MHz約 32MHz ；
[0031] 根據(jù)Mini-circuit公司提供兩種濾波器的參數(shù)看來，在這幾個干擾信號在經(jīng)過 第一級濾波器后均低于噪聲電平，為此不會干擾到后面的放大器、移相器及采樣電路；本系 統(tǒng)總增益約為：63dB，總噪聲系數(shù)約為：3. 2dB，折合噪聲溫度約為220K。
[0032] 表I. 70-llOMHz頻段內(nèi)詳細(xì)無線電干擾頻點說明表主要是調(diào)頻廣播干擾，其中離 觀測帶寬比較近的幾個強干擾分別如下：
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHZ射電天線陣接收機系統(tǒng)，其特征在于； 該系統(tǒng)由兩個一級帶通濾波器、兩個初級放大器、兩個二級帶通濾波器、移相信號合成模 塊、次級放大器W及第=級放大器依次連接組成；其中帶通濾波器、放大器W及移相信號合 成模塊均選用微波模塊化電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波模塊化電路的VHF段55-65MHZ射電天線陣接 收機系統(tǒng)，其特征在于：采用第一級帶通濾波器對陣子天線的兩臂采集到的信號進行濾波， 選通30-70MHZ范圍的信號。
【文檔編號】H04B1/10GK204231347SQ201420590145
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】董亮, 周屹, 周紹紅, 馮迅, 汪敏, 施碩彪 申請人:中國科學(xué)院云南天文臺