四脊型超宽带馈源的研发

Radio astronomy has come to an era of ultra-wideband observations in recent years, which enables the simulteneous multi-bands "traditional observations" for the spectrum and Faraday rotation measurements of the radio sources. The ultra-wideband feed is the key element for ultra-wideband radio observations. Careful design of the feed has become an urgent requirement in the future large radio telescopes such like SKA and FAST. We've successfully designed a ultra-wideband feed with a large subtended-angle and improved performence on its reflection coefficient. Here we propose to set up the “Matlab-CST” automatic optimization platform and then try to improve the performance of the feed by inserting dielectric materials and changing the sidewall profiles. We expect to design the cryogenic quad-ridged ultra-wideband feeds in the frequency range of 0.6-3.5GHz for the FAST telescope and other large radio telescopes (such like the Xinjiang QTT 110m, the Jingdong 80m pulsar telescope and the domestic geodesic VLBI telescopes) , with practical considerations on the robust and adjustable feeding mechanism, the cryogenic dewar design and the way of coupling calibration noise source, etc.

近年来，射电天文逐渐进入到超宽带观测的新时代。超宽带射电观测相当于在几个传统的频带上实现同时观测，能够研究射电源在非常宽频带内的物理特征，如频谱和法拉第旋率等。超宽带馈源是实现超宽带射电观测的关键，未来的SKA、FAST等大射电望远镜均对超宽带馈源提出了明确的需求。我们先期已成功研制出了一部性能改进了的大张角四脊型超宽带馈源，其反射损耗优于国外文献数据。本项目希望建立起“Matlab-CST”自动优化设计流程，对加载介质、改变外壁构型等技术措施进行尝试，实现对超宽带馈源性能的进一步优化。进而以我国的FAST及其它射电望远镜（如新疆奇台110米，某测绘所拟建的景东80米脉冲星望远镜，国内测地VLBI）为原型，充分考虑实际因素，如馈电可靠性与可调性的提升、制冷杜瓦的设计及噪声源的安装设计等，研制出可应用于实际观测的工作于0.6-3.5GHz的制冷超宽带馈源。

近年来，射电天文逐渐进入到超宽带观测的新时代。超宽带射电观测相当于在几个传统的频带上实现同时观测，能够研究射电源在非常宽频带内的物理特征，如频谱和法拉第旋率等。在本项目的资助下，分别为佳木斯66米望远镜以及SKA项目设计了两款馈源，并完成了实物加工和性能测试，达到了预期指标。以SKA的Band-B（4.6-24GHz）馈源为例，我们发展出了自定义样条式的包络构型，使其照明效率比传统方案提升了约10%。通过分析其口面电磁波模式发现，该方案更好地抑制了高次模，n>3的高次模式已经十分接近于零，且TE11和TM11两种主要模式显示出一种不同的比例关系。针对Band-B馈源的极化差异问题，进一步研究并提出了非对称的口面构型，可以为不同极化提供不同的照明方向图，初步结果显示该方案可以极大消除4.6-20GHz的效率差异，在20-24GHz之间仍需进一步优化。本项目还进行了馈源小型化和多波束组阵方面的研究，认为在2:1的较窄带宽水平下，有望实现圆形7波束或者方形9波束的组阵方案。对于馈电机制和噪声源注入问题，本项目也均进行了详细的研究。