五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的相控陣饋源設(shè)計(jì)

韓玉兵　TRAN Vanha　湯蕾蕾　盛衛(wèi)星　仲洛清

(南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院,南京 210094)

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五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的相控陣饋源設(shè)計(jì)

韓玉兵TRAN Vanha湯蕾蕾盛衛(wèi)星仲洛清

(南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院,南京 210094)

摘要相控陣天線作為射電望遠(yuǎn)鏡的饋源時(shí)可以擴(kuò)大射電望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng),提高天空掃描速度和系統(tǒng)靈敏度.分析了相控陣饋源的陣列排布形式、陣列規(guī)模、陣元間距等參數(shù)對(duì)靈敏度的影響,并給出了設(shè)計(jì)一般相控陣饋源的基本方法.針對(duì)五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST)的系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)了一種工作在L波段的寬帶雙極化微帶偶極子相控陣饋源.相控陣系統(tǒng)采用制冷放大器時(shí)所設(shè)計(jì)的饋源滿足FAST系統(tǒng)性能指標(biāo).加工并測(cè)試了單個(gè)陣元的結(jié)果,與采用HFSS軟件仿真的結(jié)果相當(dāng)吻合,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)饋源的可行性.

關(guān)鍵詞相控陣饋源;五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡;靈敏度;微帶偶極子

引言

射電望遠(yuǎn)鏡是人類探索宇宙的重要科學(xué)儀器,傳統(tǒng)的射電望遠(yuǎn)鏡利用單個(gè)天線或小型天線陣作為反射面的饋源.近幾年采用相控陣作為反射面的饋源成為新一代射電望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)之一.與傳統(tǒng)饋源相比,相控陣饋源有明顯的優(yōu)勢(shì):同時(shí)能形成多個(gè)掃描波束,使視場(chǎng)增大并且連續(xù),從而提高天空掃描速度;對(duì)反射面變形進(jìn)行補(bǔ)償;自適應(yīng)抑制干擾;提高射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度[1].目前，已經(jīng)有多個(gè)工作組針對(duì)不同的射電望遠(yuǎn)鏡展開了多種相控陣饋源的研究與制作.2000年美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)基于直徑43 m的Green Bank射電望遠(yuǎn)鏡研制了19個(gè)螺旋天線相控陣饋源[2].2005年美國(guó)楊百翰大學(xué)射電天文組和美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)合作展開了對(duì)相控陣饋源的深入研究,于2006年、2007年分別設(shè)計(jì)了7個(gè)和19個(gè)單極化偶極子饋源,并在20 m的Green Bank射電望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)行了安裝和測(cè)試[3-4],2009年又完成了19個(gè)雙極化偶極子相控陣饋源的研制[5].加拿大的多明尼亞無線電天文物理天文臺(tái)基于Phased Array Feed Demonstrator系統(tǒng)發(fā)展了具有寬帶、雙極化的Vivaldi天線相控陣饋源[6].荷蘭射電天文研究所研制了Vivaldi天線相控陣饋源并安裝在Westerbork Synthesis Radio Telescope射電望遠(yuǎn)鏡上[7].澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織基于Australian Square Kilometer Array Pathfinder項(xiàng)目發(fā)展了一種方形貼片天線陣,稱為“棋盤”相控陣饋源[8].

目前,中國(guó)貴州正在建造五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Te-lescope, FAST).建成后FAST將成為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[9].

表1　FAST的技術(shù)參數(shù)

FAST的饋源和接收機(jī)將覆蓋從70 MHz到3 GHz的頻段,共包括9組饋源,主要工作在L波段.FAST的L波段相控陣饋源的性能指標(biāo)如表2所示.目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)展開了一些相關(guān)的研究,文獻(xiàn)[10]采用圓喇叭天線,設(shè)計(jì)和制作了FAST的直徑30 m模型的L波段饋源;文獻(xiàn)[11]研究了一種加脊喇叭饋源;這兩篇文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的饋源都是從饋源組的概念出發(fā),實(shí)現(xiàn)了多波束.文獻(xiàn)[12]從相控陣饋源系統(tǒng)的概念入手,研究和加工了19陣元短背射偶極子相控陣饋源,實(shí)現(xiàn)FAST系統(tǒng)的多波束.

研究和設(shè)計(jì)FAST的相控陣饋源,尤其是高性能相控陣饋源對(duì)FAST計(jì)劃進(jìn)展有非常重要的意義.我們針對(duì)FAST相控陣饋源性能指標(biāo)的要求設(shè)計(jì)了一種寬帶雙極化的微帶偶極子相控陣饋源.

表2　FAST L波段相控陣饋源的性能指標(biāo)

1相控陣饋源系統(tǒng)

相控陣饋源系統(tǒng)模型如圖1所示,其工作原理為:天空射電波信號(hào)經(jīng)過反射面反射,被放置在焦平面的陣列天線饋源接收后送至低噪聲放大器放大,通過接收機(jī)鏈進(jìn)行下變頻、濾波、采樣,最后送至波束形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加權(quán)求和,輸出波束[13].

圖1　相控陣饋源系統(tǒng)模型

波束形成器輸出信號(hào)可以寫成

y=wHv.

(1)

式中: w為波束形成系數(shù); (·)H是共軛轉(zhuǎn)置變換.接收機(jī)鏈輸出的電壓v一般包括三個(gè)部分

v=vsig+vint+vn.

(2)

式中: vsig是天空感興趣信號(hào)電壓; vint是干擾信號(hào)電壓; vn是噪聲信號(hào)電壓,且各個(gè)信號(hào)互不相關(guān).

信號(hào)的協(xié)方差矩陣為

Rv=E[vvH]

=Rsig+Rint+Rn.

(3)

式中:E[·]表示求矩陣協(xié)方差的運(yùn)算; Rn為射電望遠(yuǎn)鏡噪聲協(xié)方差,是系統(tǒng)歐姆損耗噪聲、接收機(jī)噪聲、天空噪聲、泄漏噪聲的協(xié)方差之和; Rint和Rsig分別為干擾協(xié)方差和感興趣信號(hào)協(xié)方差.接收機(jī)鏈輸出端電壓v和天線陣輸出的開路電壓voc關(guān)系為

v=gZR(ZR+ZA)-1voc.

(4)

式中:g為接收機(jī)的增益; ZR為低噪聲放大器的阻抗矩陣; ZA為陣列天線的阻抗矩陣.相控陣饋源系統(tǒng)輸出的信噪比為

(5)

式中,波束形成系數(shù)w由最大輸出信噪比準(zhǔn)則確定,即

(6)

asig=vsig/‖vsig‖為感興趣信號(hào)的歸一化導(dǎo)向矢量.

描述射電望遠(yuǎn)鏡性能的重要參數(shù)有3個(gè)：

1) 口徑效率

(7)

式中:kb是玻爾茲曼常數(shù);Tiso是各向同性噪聲溫度;B是系統(tǒng)噪聲等效帶寬;Ssig是期望信號(hào)功率密度;Aphy是口徑的物理面積; Riso是陣列的外部各向同性噪聲電壓自相關(guān)矩陣[14].

2) 系統(tǒng)噪聲溫度

(8)

式中:Tsys的單位為開爾文溫度; Rt為陣列有損情況下系統(tǒng)各向同性熱噪聲信號(hào)電壓自相關(guān)矩陣.到達(dá)地球的射電信號(hào)信噪比一般為-26 dB,是非常微弱的信號(hào),往往被淹沒在噪聲中,所以射電望遠(yuǎn)鏡要求有特別低的系統(tǒng)噪聲溫度.降低系統(tǒng)噪聲溫度主要方法是對(duì)低噪聲放大器(Low Noise Amplifier, LNA)進(jìn)行制冷.

3) 靈敏度

反映系統(tǒng)可以檢測(cè)到最小信號(hào)的水平,系統(tǒng)靈敏度越高則能檢測(cè)到越微弱的信號(hào).

(9)

式中：S的單位為m2/K；Aeff為在波束形成系數(shù)w下相控陣饋源照射到反射面的有效面積.從式(9)可知要提高系統(tǒng)靈敏度必須增大反射面有效面積或降低系統(tǒng)噪聲溫度.

2寬帶雙極化微帶偶極子饋源陣設(shè)計(jì)

2.1饋源陣設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)反射面天線饋源設(shè)計(jì)不同,相控陣饋源設(shè)計(jì)除了要確定饋源陣元之外還要確定陣列排布形式、陣元數(shù)目及陣元間距等.

1) 陣列形式以及波束排列:圖2是采用FAST參數(shù)計(jì)算平面波垂直入射到反射面天線時(shí)的焦面場(chǎng)分布情況.可見焦面場(chǎng)匯聚在焦點(diǎn)附近,呈波紋分布,形成不同的環(huán)焦和零陷.當(dāng)饋源的口徑場(chǎng)和焦面場(chǎng)匹配時(shí)可以實(shí)現(xiàn)良好的接收效果[15].

相控陣饋源安裝在反射面的焦平面上,利用陣元對(duì)焦面場(chǎng)進(jìn)行采樣,提取并還原焦平面場(chǎng)分布信息.文獻(xiàn)[16]證明了對(duì)于平面上一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)的帶限信號(hào),六邊形采樣是最優(yōu)采樣策略.

圖3為一個(gè)六邊形陣列的方向圖.從圖3可以看出六邊形陣列的方向圖能量也主要集中在圓形帶陷中心,具有六重對(duì)稱性.由圖2和圖3對(duì)比容易看出,六邊形陣列能夠很好地還原焦面場(chǎng)分布,實(shí)現(xiàn)良好的接收效果.圖4是FAST相控陣饋源的饋源排布和瞬時(shí)波束排列示意圖.

2) 陣元數(shù)目:圖5(a)是FAST的相控陣饋源不同陣元數(shù)目和系統(tǒng)靈敏度的特性曲線(圖中Nr表示六邊形陣列的圈數(shù),參考圖4(a)).如果FAST的視場(chǎng)邊緣比正軸方向的靈敏度下降1dB,則在不同的陣元數(shù)下FAST的視場(chǎng)如表3所示.FAST視場(chǎng)要求為5.36WHPB×5.36WHPB.從表3可知滿足FAST視場(chǎng)要求陣列饋源至少8圈,而8圈以上口徑效率提高不明顯,都在90%左右.綜合衡量確定FAST的相控陣饋源規(guī)模為8圈,即217個(gè)陣元.

圖3　六邊形陣列方向圖

(a) 饋源排布示意圖

(b) 瞬時(shí)波束排列示意圖圖4　FAST的饋源排列及波束排列示意圖

(a) 不同陣元數(shù)FAST的靈敏度

(b) FAST系統(tǒng)靈敏度和陣列間距曲線

(c) 子陣在不同位置和滿陣FAST能實(shí)現(xiàn)的靈敏度圖5　不同饋源陣列參數(shù)FAST系統(tǒng)靈敏度曲線

3) 陣元間距:圖5(b)表示不同陣列間距下217陣元的FAST系統(tǒng)靈敏度,表4描述不同陣列間距下FAST的性能.可以看出不同的陣元間距FAST可實(shí)現(xiàn)的靈敏度和視場(chǎng)不同,因此存在最優(yōu)的陣元間距使得靈敏度達(dá)到最大值.如果滿足FAST視場(chǎng)要求的同時(shí)保持口徑效率比較高,相控陣饋源間距應(yīng)取為d=0.65λ.

表3　不同陣元數(shù)FAST可實(shí)現(xiàn)的性能

表4　不同陣元間距FAST可實(shí)現(xiàn)的性能

4) 子陣確定:在FAST相控陣饋源系統(tǒng)中如果采用全部217個(gè)陣元合成波束會(huì)給波束形成網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的數(shù)據(jù)處理量并且增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本,因此采用子陣多波束技術(shù),即考慮采用陣列的一部分陣元(子陣)形成一個(gè)波束.焦平面主極化場(chǎng)Eco分布的解析表達(dá)式是第一階貝塞爾函數(shù)[15]為

(10)

式中: E0是入射場(chǎng)的幅度; u0=krfsinθ0,rf為焦平面上的任一點(diǎn).由文獻(xiàn)[17]分析可知焦面場(chǎng)的能量主要集中在第三個(gè)零陷之內(nèi)(約95%).在一定允許范圍之內(nèi)當(dāng)陣列半徑等于第三個(gè)零點(diǎn)的位置時(shí)可以認(rèn)為滿足接收信號(hào)要求.由式(11)解出第三個(gè)零點(diǎn)的位置為

d3null=1.62λ/sinθ0,

(11)

得FAST的子陣半徑為N3null=d3null/d=2.88≈3圈,即形成一個(gè)波束的子陣包括37個(gè)陣元.

圖5(c)是不同位置的子陣和滿陣的FAST可實(shí)現(xiàn)的靈敏度.可見采用子陣與滿陣合成的波束在視場(chǎng)邊緣的靈敏度幾乎重疊在一起,沒有太大的差別.雖然在視場(chǎng)范圍內(nèi),滿陣實(shí)現(xiàn)的靈敏度高于子陣,但是滿陣波束在視場(chǎng)中心和邊緣靈敏度有明顯的下降.而采用子陣形成的波束在視場(chǎng)范圍內(nèi)靈敏度基本在同一個(gè)水平上,波束一致性好,靈敏度平穩(wěn),沒有很大波動(dòng),可見子陣形成多波束的綜合性能優(yōu)于滿陣.

綜合上面分析的結(jié)果,初步確定FAST相控陣饋源參數(shù)如表5所示.

表5　FAST相控陣饋源初步參數(shù)

2.2饋源陣元設(shè)計(jì)

相控陣作為射電望遠(yuǎn)鏡的饋源時(shí)要求在有限陣列面積范圍內(nèi)安裝較密集的陣元,從而導(dǎo)致陣元之間存在很強(qiáng)的耦合,互耦會(huì)使得陣元性能變差,增加系統(tǒng)噪聲溫度,降低系統(tǒng)靈敏度.因此,單元結(jié)構(gòu)本身需要有隔離互耦的作用,而且陣元尺寸要盡可能小,從而可以增加陣元間距,減小互耦.為簡(jiǎn)單起見,設(shè)計(jì)饋源陣元時(shí)采用了獨(dú)立阻抗匹配,即設(shè)計(jì)陣元的輸入阻抗和低噪放的最佳源阻抗相等.陣列中未考慮陣元之間的互耦導(dǎo)致和低噪放適配的影響.FAST相控陣饋源的陣元數(shù)量較多,設(shè)計(jì)時(shí)也得考慮到成本以及饋源腔所承受的重量.另外各個(gè)單元之間加工和安裝誤差也得考慮,保證陣元的一致性.

微帶偶極子具有重量輕、低剖面、批量加工且誤差小、便于組陣等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各種通信系統(tǒng)中[18].設(shè)計(jì)一種寬帶雙極化微帶偶極子陣列作為FAST相控陣饋源,其結(jié)構(gòu)如圖6所示,它由兩個(gè)單極化微帶偶極子天線垂直放置且單獨(dú)饋電形成雙極化效果.

微帶偶極子天線的基本結(jié)構(gòu)包括三部分,中間是介質(zhì)板,在介質(zhì)板的一側(cè)是偶極子天線,另一側(cè)是耦合饋電的巴倫微帶線.由傳輸線理論有

(12)

式中:Za是將Zin變換為50 Ω的四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器的特性阻抗;Zb是微帶開路枝節(jié)的特性阻抗;Zab是振子兩臂之間開縫處的等效共面波導(dǎo)的特性阻抗;θa=θb=θab=90°是對(duì)應(yīng)的微帶線電長(zhǎng)度;ZL是偶極子的輸入阻抗.當(dāng)微帶振子采用這種巴倫微帶饋電結(jié)構(gòu)可以展寬帶寬到55%[19].只要調(diào)節(jié)巴倫尺寸就可以得到良好的匹配,實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬.

設(shè)計(jì)的偶極子的兩個(gè)輻射臂往往跟水平線形成一個(gè)小于90°的傾斜角β來增加帶寬.偶極子上方加了一個(gè)引向器,以提高天線的增益.巴倫微帶線在中間進(jìn)行彎曲處理:對(duì)偶極子1,將巴倫微帶線往上彎曲,對(duì)偶極子2則往下彎曲,這樣兩個(gè)巴倫微帶線正好可以交叉錯(cuò)開放置而不會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)板中間開縫隙而被切斷.

根據(jù)FAST對(duì)饋源要求,選擇天線工作頻率為1.25 GHz.介質(zhì)板采用厚度為1 mm的Arlon AD450,相對(duì)介電常數(shù)為4.5.天線的高度H略小于λ/4.使用HFSS進(jìn)行建模仿真和優(yōu)化,最后微帶偶極子天線的尺寸為:W=38 mm,H=48 mm,D=34.5 mm,L=50.85 mm,S=2.3 mm,β=70°,Dh=25 mm,Dw=4 mm,Dl=90 mm,Ds=1.6 mm,lf=55 mm,wf=1.8 mm,la=4 mm,wa=0.9 mm,lb=30.5 mm,wb=0.9 mm,l1=4 mm,l2=7 mm.SMA選擇標(biāo)準(zhǔn)50 Ω的母頭.根據(jù)表5設(shè)計(jì)了37陣元雙極化微帶偶極子陣列模型.陣元被安裝在一個(gè)半徑為1.12λ,厚度為2 mm的圓形銅板上,如圖6(e)所示.

(a) 偶極子1的正面

(b) 偶極子1的背面

(c) 偶極子2的正面

(d) 偶極子2的背面

(e) 37陣元寬帶雙極化微帶偶極子陣列圖6　FAST寬帶雙極化微帶偶極饋源

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1散射特性

我們對(duì)設(shè)計(jì)的寬帶雙極化微帶偶極子進(jìn)行加工,測(cè)試了一個(gè)單元.圖7是加工的實(shí)物圖,圖8是測(cè)試結(jié)果.傳統(tǒng)定義天線的帶寬是回波損耗低于-10 dB的頻率范圍內(nèi),從圖8(a)可以看出雙極化微帶偶極子帶寬為500 MHz;另外極化隔離度在整個(gè)帶寬內(nèi)基本優(yōu)于-30 dB,滿足FAST對(duì)饋源的要求.圖8(b)用散射矩陣二維圖描述陣列在工作頻點(diǎn)處散射特性.從中可以看出:對(duì)角線上元素表示每個(gè)陣元的回波損耗,都在-20 dB左右;非對(duì)角線元素表示各個(gè)陣元之間的互耦,元素值都低于-20 dB,說明陣元之間的互耦是比較弱的.

圖7　雙極化微帶偶極子實(shí)物圖

(a) 散射曲線

(b) 散射矩陣(在1.25 GHz)圖8　雙極化微帶偶極子散射特性

3.2輻射特性

對(duì)于反射面的單個(gè)饋源,饋源歸一化輻射方向圖的-11 dB寬度等于反射面張角時(shí)天線獲得最高的效率[20].對(duì)相控陣饋源來說陣列饋源照射到反射面的方向圖是由陣列中陣元方向圖疊加而成的,所以對(duì)單個(gè)饋源的照射電平不需嚴(yán)格追求達(dá)到最優(yōu),可以通過相控陣饋源激勵(lì)來調(diào)整,以形成最優(yōu)的照射波束,實(shí)現(xiàn)饋源對(duì)反射面的高效率照射.一般單元?dú)w一化方向圖在反射面邊緣的照射電平稍微高于-11 dB為佳.圖9為所設(shè)計(jì)單個(gè)饋源的方向圖.

(a) 端口1激勵(lì)

(b) 端口2激勵(lì)圖9　雙極化微帶偶極子方向圖

從圖9可以看出設(shè)計(jì)的寬帶雙極化微帶偶極子饋源在FAST反射面邊緣角的照射電平為-12 dB左右.

3.3性能指標(biāo)分析

設(shè)計(jì)的相控陣饋源需要以FAST系統(tǒng)最終性能來進(jìn)行評(píng)估,我們將設(shè)計(jì)的寬帶雙極化微帶偶極子饋源陣列代入FAST系統(tǒng)中進(jìn)行核算.相控陣饋源系統(tǒng)中系統(tǒng)噪聲溫度主要由第一級(jí)放大器引起,系統(tǒng)噪聲溫度的增加會(huì)使得系統(tǒng)各個(gè)部分性能下降.在射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中降低系統(tǒng)噪聲溫度的常用方法是將LNA致冷.仿真采用的LNA致冷參數(shù)如表6所示[1].波束形成采用最大輸出信噪比準(zhǔn)則.作為比較,還計(jì)算了采用37陣元單極化圓柱偶極子陣列饋源時(shí)FAST的系統(tǒng)性能.圖10所示是采用這兩種饋源時(shí)FAST能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)靈敏度,可見提出的寬帶雙極化微帶偶極子饋源能實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)靈敏度.

表6　LNA致冷參數(shù)

圖10　FAST可以實(shí)現(xiàn)的靈敏度

除了靈敏度,表7還比較了兩種饋源的系統(tǒng)噪聲、口徑效率和視場(chǎng).從表7可知雙極化微帶偶極子饋源能實(shí)現(xiàn)更大的視場(chǎng)且視場(chǎng)內(nèi)波動(dòng)小,增益穩(wěn)定.因?yàn)榻姑鎴?chǎng)電場(chǎng)成環(huán)形分布,各個(gè)環(huán)焦的能量不同,不同位置的陣元接收到的能量有差別,在面積相同的情況下,陣元數(shù)目增多能采樣到更多的信息,更好地在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)還原焦面場(chǎng).將表7和表2比較,可見設(shè)計(jì)的寬帶雙極化微帶偶極子饋源能滿足FAST系統(tǒng)的要求.

表7　單極化饋源和雙極化饋源比較

4結(jié)論

從相控陣饋源系統(tǒng)的概念入手,詳細(xì)討論了FAST反射面相控陣饋源的設(shè)計(jì)方法以及步驟.以射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度作為目標(biāo)函數(shù)確定陣列形式、陣元間距和陣元數(shù)目.在陣元設(shè)計(jì)方面,針對(duì)FAST射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種寬帶雙極化微帶偶極子相控陣饋源,加工測(cè)試結(jié)果完全滿足FAST系統(tǒng)的要求.經(jīng)過仿真計(jì)算采用致冷LNA時(shí)設(shè)計(jì)的饋源陣在FAST系統(tǒng)中的靈敏度,口徑效率都能滿足要求.所設(shè)計(jì)的饋源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、易安裝、便于批量加工、陣元之間誤差小、一致性好,適合作為FAST相控陣饋源的陣元.

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Design of phased array feed for five-hundred-meter aperture spherical telescope

HAN YubingTRAN VanhaTANG LeileiSHENG WeixingZHONG Luoqing

(SchoolofElectronicandOpticalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)

AbstractUsing phased array as the feed of a radio telescope can effectively expand the field of view of radio telescope, and improve the scanning speed and system sensitivity. After analyzing the impact of the parameters of phased array feed including array configuration, array size, element spacing and other factors on the radio telescope of sensitivity, we gave a basic method to design general phased array feed. We designed a microstrip dipole phased array feed(PAF) based on the system requirements of Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope(FAST). The PAF with broadband and dual polarized microstrip dipole operates in the L band and is implemented using cryo low noise amplifier(LNA) matches to fit the FAST system. The tested results of a single machined element show good correlation with the HFSS model simulation results, which verifies the feasibility of the designed PAF.

Keywordsphased array feed; FAST; sensitivity; microstrip dipole

收稿日期：2015-06-10

中圖分類號(hào)TN751

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1005-0388(2016)02-0219-09

DOI10.13443/j.cjors.2015061001

作者簡(jiǎn)介

韓玉兵(1971-),男,江蘇人,南京理工大學(xué)副教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)殛嚵刑炀€設(shè)計(jì)、陣列信號(hào)處理、微波系統(tǒng)建模.

TRAN VANHA(1988-),男,越南人,博士研究生,主要研究方向?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)和反射面建模.

湯蕾蕾(1989-),女,山東人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榘l(fā)射面饋源設(shè)計(jì)和相控陣系統(tǒng)建模.

盛衛(wèi)星(1966-),男,江蘇人,南京理工大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)閿?shù)字波束形成、智能天線和電磁散射建模.

仲洛清(1990-),男,湖南人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樘炀€設(shè)計(jì).

韓玉兵, TRAN Vanha, 湯蕾蕾, 等. 五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的相控陣饋源設(shè)計(jì)[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(2):219-227. DOI: 10.13443/j.cjors.2015061001

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資助項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金(11273017)

聯(lián)系人： 韓玉兵 E-mail: hanyb@njust.edu.cn