射电望远镜主动面促动器的电磁辐射分析

主动面控制技术是当前大口径、高精度射电望远镜广泛使用的主动补偿技术,其包含的促动器在补偿面形精度的同时也辐射电磁波并影响射电天文观测。文中结合目前研究现状,对极低电磁辐射要求下的促动器进行辐射源分析,重点针对促动器控制板上信号建立数学模型,并选取晶振回路计算,合理设定印制板及器件的参数,通过Ansys 软件进行频域有限元分析,得到控制板晶振回路的辐射结果和规律。用近场测试验证了文中方法的有效性。该研究为促动器控制板的电磁兼容优化设计提供了验证方法,为降低主动面控制系统的电磁辐射奠定了基础。     

Ku 波段接收机噪声温度测试及分析

微波接收机是射电望远镜中专门用于接收射电信号的设备,接收机的噪声温度是检验其灵敏度的重要指标。经典的接收机噪声温度测试方法是冷热负载法,但该方法不能在观测中随时进行,且受制于接收机尺寸,而斩波轮法用来自冷空的辐射代替不易实现的冷负载,在测试中仅需使用常温黑体。文中搭建了简易的Ku 波段常温接收机,使用上述2 种方法分别测试该接收机的噪声温度。通过选用不同规格的常温黑体及减小冷热负载之间的温度差来检验冷热负载法测试的不确定性,再对采用冷热负载法确定的最终噪声温度与采用斩波轮法得到的测试结果进行对比,最终确定在晴好的夜间条件下,斩波轮法可以满足Ku 波段接收机噪声温度的测试需求。     

QTT 主动面系统控制网络初步设计

110 m 口径全可动射电望远镜(Qitai radio Telescope, QTT) 使用主动面调整技术修正天线因重力、温度等造成的天线表面形变,提高天线高频工作下的接收效率。主动面系统作为一种多节点控制网络,需要对其通信技术及网络拓扑进行合理设计,满足功能和性能的需要。通过分析国内外采用主动面技术的大口径射电望远镜的控制网络形式,并对比了典型工业以太网与现场总线的优劣,采用工业以太网作为控制网络的通信协议。分别基于Ethernet Powerlink 和EtherCAT 两种工业以太网技术设计了QTT 主动面分布式控制网络。     

基于有限元方法的25m天线座架结构热特性分析

通过对南山站太阳照射情况的研究,借助有限元分析软件得到天线座架在太阳照射作用下的瞬态温度场分布和热变形情况。建立天线有限元模型,计算在夏至日晴天无云情况下天线受太阳辐射、空气对流和周围环境长波辐射等边界条件下天线座架在不同时刻的热流密度曲线及温度分布;并对温度场分析结果与座架结构做热-结构耦合分析,得到天线座架的热变形分布。结果表明:在太阳照射作用下,不同时刻座架结构中各条梁的温度变化较大;同一时刻不同的梁的温度分布也有明显差异,最大温差可达9℃;热变形量的RMS最大可达1.8 mm,严重的影响到天线的指向。     

保持制冷接收机真空窗口干燥的充气系统

微波接收机系统是射电天文观测不可或缺的信号接收设备。通过制冷可以很大程度上降低接收机的噪声温度,从而提高接收机的灵敏度。在接收机制冷后,杜瓦内外温差达200 K以上。由于1.3 cm波段接收机的特殊设计,空气中的水汽会在真空窗处与低温密封薄膜直接接触从而遇冷凝结,这将会影响接收机的接收性能。因此,1.3 cm波段接收机在真空窗外围设计一个干空气腔体,通过充气系统给该腔体时刻注入新鲜、干燥的空气,用小的泄漏来排除腔体内部陈旧气体。这样,真空窗与外界就始终被干燥的空气隔离开,从而避免了水汽在该位置的遇冷凝结。     

大型射电望远镜日照热误差及其补偿的仿真研究

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域，随着其工作频率的升高、口径的增大，日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重；本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜，建立了其日照热力耦合模型，分析了天线在不同时刻、风速及姿态下的温度、变形情况，总结了结构日照温度场、变形场的时空分布特征，最后采用最佳吻合抛物面方法对反射面精度进行了评价，并通过副反射面位置补偿量的变化趋势揭示了天线热变形的共性规律及机理。结果表明：对于日照引起的天线热变形误差，风速越大，结构温度分布越均匀，其越接近等温膨胀变形，反射面形状精度越高；温差引起的结构不均匀变形是反射面精度下降的主要原因，温差越大结构的不均匀变形越大，反射面的形状精度越低；同一姿态不同风速下反射面热误差空间分布具有相似性，该分布与太阳直射点位置直接相关，且会跟随直射点位置发生变化，但由于日照强度、风速等因素的不同，其变形幅度不同。各种姿态下反射面精度变化规律相似，与风速的相关性均为反射面精度随风速上升而提高；采用副反射面位置补偿技术可明显缓解日照热误差影响。本文的分析方法与结论对大口径全可动射电望远镜的设计建造及其热误差控制具有一定参考价值。     

C波段制冷接收机充气系统

充气系统是给制冷接收机干空气腔体提供新鲜干燥空气、排出陈旧气体以防止水汽在真空窗表面遇冷凝结而影响观测的气动系统。某26 m射电望远镜C波段制冷接收机的馈源在杜瓦外部,故该接收机的充气系统将馈源设计为干空气腔体,通过充气机提供干燥空气,使用气体缓冲器作为辅助气源用于在充气机停止工作时补充提供干燥空气,以小的泄漏排出馈源腔体内的陈旧气体。该气动系统能很好地避免C 波段制冷接收机真空窗口表面结冰,在自动控制下的充气系统也可以很好地补偿腔体内压的变化,使得整个充、排气过程更加稳定,真空窗口表面保持干燥。