多波束毫米波接收机自由空间噪声注入定标技术研究

With the development of radio astronomy receiver technology, millimeter wave(MMW) receiver gradually develops to multi-beam, from single beam and double beam to dozens of beam. the more beam, the more complex receiver structure.The traditional noise-coupled calibration method will become more and more difficult with the increase of millimeter wave beam, and there is also chopper wheel mode, but both of these methods will increase the complexity of receiver cooling front-end design.This project proposes to calibrate the MMW receiver by injecting noise in free space, so as to reduce the design complexity of the cooling front end of the MMW receiver and realize rapid calibration, providing another solution for the calibration of multi-beam MMW receiver.This method will be validated using a 7 mm dual-beam cryogenic receiver of the xinjiang observatory nanshan 25-meter telescope.

随着射电天文接收机技术的发展，毫米波接收机逐渐向多波束发展，从单、双波束至几十波束，波束越多，接收机结构越复杂。传统的噪声耦合定标方式会随着毫米波波束的增加而越来越困难，也有斩波轮方式，但这两种方法都会增加接收机致冷前端设计的复杂度。本项目提出通过自由空间注入噪声为多波束毫米波接收机进行定标，减小多波束毫米波接收机致冷前端的设计复杂度，实现快速校准，为毫米波多波束接收机校准提供另一个解决方案。将利用新疆天文台南山25米望远镜的7毫米双波束致冷接收机对此方法进行验证。

随着射电天文接收机技术以及大型射电望远镜（例如QTT）的发展，多波束和相控阵馈源宽带接收机有一定的应用，随着波束的增加，利用噪声耦合的方式会增加接收机制冷前端的设计复杂度，因此，本项目提出一种自由空间定标技术，去掉接收机内部的耦合器，将噪声源放置到接收机以外，并提出三个研究内容，分别是自由空间噪声注入定标法、自由空间噪声注入定标法的精度和自由空间噪声注入定标法精度验证。通过在单波束接收机上实施研究计划，取得了一定的进展。通过研究证实的自由空间定标技术的可行性以及对其定标精度进行了验证，在短距离上进行了测试，定标准确度在10%左右。在本项目研究中研制的常温接收机利用该方法比耦合的方法减小了接收机的噪声达40K（耦合器插损0.5dB左右），可以有效提高接收机的灵敏度，这也取决于所用的耦合的性能，插损越大，减少的噪声越多，相反，插损越小，减少的噪声就少。通过本项目研发的四通道均衡放大器、滤波器组以及总功率终端目前已在南山26米射电望远镜部分观测系统中使用，其中四通道均衡放大器和滤波器组用于脉冲星观测和分子谱线观测，四通道均衡放大器用于将接收机中频信号进行均衡放大，同时将多路信号送给不同的脉冲星观测终端，在脉冲星观测和FRB观测中发挥作用，滤波器组用于自动切换观测带宽并进行功率调整，适应于南山26米的DFB观测终端，在脉冲星观测、FRB观测和分子谱线观测中发挥重要作用。总功率终端用于南山26米射电望远镜接收机系统测量、检测以及为各个波段接收机做天线指向测量工作。