宇宙微波背景辐射的发现

一、Penzias和 Wilson检测到 多余的天线温度 1963年初,在美国贝尔实验室,两位年青人把一台通讯接收设备改为射电望远镜,开始了他们的射电天文学事业.一位是来自哥伦比亚大学的A.APenzias,另一位是来自加利福尼亚理工学院的R.W.Wilson.两人都是在1962年取得博士学位的. 他们原来的计划是测量银河系内高纬星系的银晕辐射[1].他们的射电望远镜由天线和辐射计组成.采用的20ft喇叭型天线是该实验室于1960年为接收从“Echo”卫星上反射回来的信号而建造的,包括一个逐渐扩展的方形波导管(喇叭)和一个扇形旋转抛物面反射器.喇叭的顶点跟抛物面…     

基于多波束相位恢复的射电望远镜主反射面动态形变的快速测量

为快速测量射电望远镜主反射面的动态形变,提高高频观测效率,利用多波束天线方向图具有相似性和重叠性的特征,基于相位恢复法提出了一种快速测量方法。首先将各波束的部分聚焦和离焦天线方向图减去其相对于中心位置的指向偏差,然后拼接为中心波束的完整聚焦和离焦天线方向图;接着采用Levenberg-Marquardt算法最小化该拼接天线方向图和理论天线方向图的残差,计算出反映主反射面动态形变成分的低阶Zernike多项式系数,从而获得主反射面的动态形变。基于7波束Q波段的数值仿真实验表明,该方法能够在5min内以55μm的测量精度测得射电望远镜主反射面的动态形变,且具有较好的抗噪声、抗幅度波动等优点,可应用于90GHz以下的天文观测。     

测量哈勃常数的技术革命

望远镜的口径越大 ,它的角分辨能力就越强 .据悉 ,我国将于 2 0 0 1年在贵州南部利用那里天然球面状喀斯特洼地建设一座直径为 5 0 0ｍ的超大型静止射电天文望远镜 .根据 1993年国际射电望远镜委员会的决定 ,这座中国境内的望远镜将与其他国家的几十座大型射电望远镜组成一个网阵 ,进而利用原子钟和计算机控制的干涉测量手段 ,将可以实现望远镜等效口径扩大到数千公里的高分辨观测 .基于射电望远镜阵列的长基线 (80 0 0ｋｍ)关联测量 ,早在 1995年已在北美洲地区实现 .不过 ,在那里每一台方位角可调的射电望远镜的口径只有 2 5ｍ .可以预计 …     

FAST及其科学目标

<正>1引言射电(1)波段是除光学外另一个对大气透明的波段,为人类了解宇宙提供了重要的观测窗口。自20世纪30年代央斯基(K.Jansky)第一次接收到来自地球之外天体的射电辐射以来,射电天文技术取得了长足进步。20世纪60年代的四大天文发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子都与射电天文学紧密相关。已于2016年9月25日落成的我国自主建设的世界上最大的单天线射电望远镜——500 m口径球面射电望远镜(FAST)是射电天文技术发展史上又一里程碑。FAST覆盖70 MHz~3000 MHz频段,配备脉冲星、谱线和甚长基线干涉(VLBI)数字终端,可以开展脉冲     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.     

超级天眼

正2016年9月25日,众人瞩目的"超级天眼"500米口径球面射电望远镜在贵州平塘的山洼中落成启用。自古人类就对宇宙充满了好奇和幻想,许多科学家为此进行了不懈的努力。在射电天文领域我国一直处于空白,近年相继建成了5座口径从25米到65米不等的射电望远镜,但与美、德等国相比,我国的射电望远镜的观测能力还相对有限。中国500米口径球面射电望远镜的启用,使人类在对宇宙的     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

天籁计划:暗能量的射电探测及平方千米阵(SKA)

暗能量约占宇宙总密度的3/4,但其与普通物质的相互作用非常微弱,因此对它的探测主要是通过对宇宙膨胀历史和结构形成的精密观测间接进行的.为了提高研究的精度和可靠性,需要综合多种观测手段.目前的大部分暗能量观测实验采用光学方法,而射电观测提供了一种不同的、有独特优势的方法,但目前还处在起步阶段.我国在射电天文及相关技术方面有一定基础,且国内已有电磁环境良好的站址,有很好的条件开展这方面的研究,并有可能在这一领域中取得领先.文章介绍了作者已开始进行的天籁计划实验以及这一实验中积累的经验和研发的技术,这有助于中国参与国际上空前巨大的平方千米阵(SKA)射电望远镜项目,并在其中发挥作用.     

邮票上的物理学史(66)--天体物理学:恒星及其演化(续)

1967年,剑桥大学卡文迪什实验室的射电天文学家休伊什领导一个小组,研制了一台射电望远镜,以观测小角直径射电源的行星际闪烁现象.和其他射电望远镜相比,它的特点是时间分辨率达到0.1 s,能够记录快速变化的信号(当时不知道有发射快变信号的射电源,为了平滑掉噪声,普遍将接收机设计成只能接收经过几 s积分的平均信号).休伊什让他的研究生贝尔(女)负责观测和分析数据.贝尔做事是极其认真细致的.     

基于实时参数的大气折射模型和射电望远镜 指向修正方法

在传统射电望远镜指向误差修正模型的基础上,考虑大气折射对指向精度的影响,提出了一种利用实时的温度、大气压强和相对湿度等数据实现大气折射角度精确计算的指向修正模型.针对不同的气象条件,对这一模型和传统模型的修正精度进行了仿真分析和对比,并将该模型应用到了上海天文台天马站65米射电望远镜的指向修正中.在65米射电望远镜Ku频段的观测实验验证表明,新的指向修正模型优于传统模型,65米指向精度在20°仰角以下提高了25.8%,15°仰角以下提高了45%,10°仰角以下提高了60%,总的俯仰指向精度达到5.00″,比传统方法提高了5.3%.基本消除了由大气折射引起的低仰角指向精度恶化.     

微波无线传能高性能双极化整流天线设计

设计了一款用于微波无线传能的5.8 GHz高效率双极化整流天线。该整流天线包含5.8 GHz双极化接收天线和5.8 GHz F类整流电路,并通过金属探针实现接收天线和整流电路的集成。接收天线为2×2微带阵列天线,采用了金属环加载技术提升天线的阻抗带宽和鲁棒性。采用金属探针代替常规微波接插件和线缆,实现了接收天线和整流电路的集成,该集成技术不仅简化了整流天线结构,还降低了整流天线的重量、损耗和成本。将双极化整流天线进行了加工和整流效率测试并将其与同样口径面积的线极化整流天线进行比较。实验测试结果表明,在1.47 mW·cm?2的最佳入射功率密度下,该双极化整流天线的最大转换效率达到76.8%。与线极化整流天线相比,当入射波极化方向在0°～90°变化时,双极化整流天线的转换效率始终保持在62%以上,具有稳定的直流输出,表现出良好的全极化接收整流性能。     

封面故事

封面为由中国科学院国家天文台、中电集团39所联合研制的40米射电望远镜,位于中国科学院云南天文台(昆明东郊凤凰山),于2004年3月动工兴建,2006年5月投入运行.     

分形天线多频性及应用探讨

将分形几何应用于天线设计,其自相似性会使得天线具有多频性从而增加天线的带宽.本文主要从仿真模拟和实际测试研究了基于以Minkowski为边界的微带分形天线.分形天线的多频性,可以应用于调频同频通讯等方面.     

1993年诺贝尔物理学奖获奖项目——脉冲双星与引力波

 脉冲星和中子星1967年,英国剑桥大学的天文学家安东尼·休伊什(Antony Hewish)和他的一位年轻女研究生乔斯林·贝尔(Jocelyn Bell)一起,用他们的射电望远镜偶然记录到一种来自某个天体的射电脉冲信号。     

等离子体天线开启时间光电时差测量法

将发射光谱信号引入到辉光放电等离子体天线开启时间测量当中,根据等离子体光信号与激励电压信号的时间差测出辉光等离子体天线的开启时间。结果发现该方法可有效测量直流和频率较高的交流辉光等离子体天线开启时间。直流和kHz级交流等离子体天线开启时间约为在1 ms,MHz级交流等离子体天线开启时间在0.5 ms左右。而对于50 Hz低频交流等离子体天线,由于放电状态不稳定,测量误差较大。天线的开启时间与激励电源的功率和电源的响应时间有很大关系。在一定范围内,随放电功率增加,天线的开启时间缩短。同时放电功率的增加也增大了天线开启时间测量结果的可重复性,误差减小,为1%~2%。     

电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS阵列

提出一种电磁超构表面与天线一体化设计以实现低散射阵列的新方法.该方法利用传输线将超构表面部分单元串联,并采用同轴馈电激励,以此得到新型天线阵列,该阵列的辐射性能和传统阵列几乎相同;当外来雷达波照射该阵列时,利用超构表面和其周围天线结构散射场的差异,将能量在空间重新分配,从而实现天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩.基于该方法,以2 × 1阵列为例,构建了天线模型,数值分析了其性能,验证了该阵列的良好辐射和低RCS特征,并详细阐述了天线的工作机理,进一步的分析还揭示了超构表面结构对天线辐射和散射性能的影响规律.遵循该规律,可以灵活设计满足需求的天线阵列.该方法不仅简单易行、集成度高,还可以拓展至更大规模的阵列天线设计.     

无人机机载天线高功率微波耦合响应研究

无人机易于受到高功率微波干扰和损伤,无人机机载天线是高功率微波干扰的重要耦合途径。为了研究无人机机载天线高功率微波耦合响应,以数据链天线和导航接收机天线为研究对象,根据无人机实际布局,建立高功率微波辐照下无人机机载天线的耦合模型,通过仿真天线辐射模型远场辐射方向图及S11参数验证天线模型的准确性,得到不同辐照场景和高功率微波辐射场参数下数据链天线和导航接收机天线端口的耦合电压,并进行了典型场景试验验证,结果表明：L波段高功率微波辐照下数据链天线的耦合电压较S、C和X波段更高,相较于水平极化,垂直极化辐射场对无人机数据链的干扰效果更佳,耦合电压与辐射场强成线性关系,受脉宽和前沿的影响较小;空中高功率微波辐照场景下导航接收机天线的耦合电压较地面高功率微波辐照场景更高,该研究将在高功率微波武器打击无人机方面提供理论参考依据。     

马可尼（Marconi，Guglielmo，1874-1937）意大利物理学家（Physicist，Italy）

马可尼是无线电的发明人。他将别人阐明的电磁学原理应用于信息的空间传输，从而开拓了不用导线就能对无数接收机同时进行电波通信的可能性。他在学生时代攻读物理时，曾不断探讨麦克斯韦四的早期数学成果和赫兹、洛奇的电工实验结果，1894年，他用相当简陋的装置：一只增压感应线圈，一只发送端上由莫尔斯断键控制的火花放电器，以及一只接收机上的简单检波器进行短距离的初步实验，之后他改进了检波器，并使用垂直天线，使信号的发射范围扩大到1．5英里左右，这位他确信该项新通信系统的潜力。     

碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性

将经典金属自由电子气模型应用于金属型碳纳米管, 基于光学天线有效波长理论, 得出了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与碳纳米管介电特性之间的普适关系. 在对碳纳米管介电特性进行第一性原理计算的基础上, 以金属型4 Å碳纳米管为例, 进一步研究了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长之间的关系, 以及金属型碳纳米管光学偶极子天线的谐振特性. 通过将已有传统金属光学天线和碳纳米管天线有效波长的研究结果进行对比, 验证了本文理论的正确性. 结果表明, 碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长呈近似线性关系, 与传统金属材料构成的同直径光学天线相比, 碳纳米管天线显示出了更强的波长压缩能力, 并且在可见光到红外波段内易于发生谐振. 该研究方法可为碳纳米管光学天线研究提供新的思路.     

雷达测试用标准增益天线智能伺服系统设计与实现

微波标准增益喇叭天线由于增益准确、轻质便携等优点,经常用于雷达外场测试;然而极易被人们所忽略的是:天线的架设精度对于能否准确测量同样影响很大;传统测量架设天线的方法是:根据天线所接仪器功率示值变化,人工调节天线姿态,找出最强信号位置后再将天线固定,其缺点是人员遭受辐射,架设效率和准确度较低;该系统采用硬件部件集成,软件优化控制,实现了标准增益天线的快速自动精确架设,通过天线架设时间、架设准确度和重复性等试验数据表明,相比传统方法其测试效率和测量准确度均大为提高。