微波与毫米波超宽带天线研究

Solar flare is one of the most severe outbreak phenomenons in sun activities. The research about solar flare is still the important direction in the study of solar physics. At present, RHESSI of The United States has realized the high time high energy spectrum observation of the X-ray, so the high time and high frequency resolution of microwave and millimeter wave spectrum observation shows very important scientific and practical significance.. Microwave and millimeter wave spectrum observation have the following prominent key technology problem: the ultra wideband antenna of the microwave and millimeter wave covering C-band, X-band, Ku-band, K-band, Ka-band and U-band. The application aims at the key technologie to put forward a new method of broadband antenna design.The new method makes the work area cover several different band, solves the problem of receiving of solar radiation in 8 GHz ~ 60 GHz and realizes spectrum observation up to 52GHz. The research provides technical reserves for the future construction of the microwave and millimeter wave ultra wideband spectrometer.

太阳耀斑的研究目前依然是国内外太阳物理研究的热点。硬X射线和微波毫米波观测是研究太阳耀斑中高能电子属性的两种基本手段。目前，美国RHESSI已经对X射线实现了高时间高能谱的观测，因此，宽频带的微波与毫米波频谱观测这一手段显现出极为重要的科学和实际意义。. 微波与毫米波太阳频谱观测，目前国内外有以下突出的关键技术需要研究解决：跨越C波段、X波段、Ku波段、K波段、Ka波段、U波段等多个不同波段的微波与毫米波超宽带天线技术。本项申请针对目前国内外研究中遇到的这一关键技术问题开展相关研究，提出一种超宽带天线的新设计方法和新的优化方法，研制新型微波与毫米波超宽带天线，解决8GHz～60GHz太阳辐射的超宽带天线技术问题，在国内外率先实现52GHz带宽的超宽频带太阳射电观测，解决太阳爆发的微波与毫米波频谱诊断、日冕磁场的诊断和高能粒子的加速机制等科学问题。

本项目重点研究在微波与毫米波频段开展太阳射电频谱观测的技术方法，研究目标为解决目前跨越多个波段的微波与毫米波太阳射电频谱观测应用中的重要问题，本项目对研究太阳爆发的微波与毫米波频谱诊断、日冕磁场的诊断和高能粒子的加速机制具有重大的科学意义，并以此为基础解决我国的微波与毫米波太阳射电天文技术领域的重大难题，又具有重大的工程意义。.研究工作取得了以下重要结果：.完成了超宽带天线加载反射腔影响输入端驻波特性和辐射特性的理论分析；完成了超宽带天线加载表面形状影响输入端驻波特性和辐射特性的理论分析；完成了超宽带天线加载活塞影响输入端驻波特性和辐射特性的理论分析；完成了超宽带天线加载间距影响输入端驻波特性和辐射特性的理论分析。.提出了一种新的毫米波超宽带天线设计与优化方法，应用微波网络理论与技术调节和匹配超宽带天线的输入阻抗，消除了现有超宽带天线与同轴线之间产生的来回反射电磁波，实现了毫米波超宽带天线频带的进一步展宽。通过在喇叭辐射段与输入馈电段之间增加连续的过渡结构，并且在加载曲线上设置平滑的指数扩展部分，改善了毫米波频带低端的驻波比性能，扩展了微波与毫米波超宽带天线频带。这种优化方法使得超宽带天线的输入驻波特性可以灵活调节，根据观测波段所要求的喇叭内部特性阻抗，优化出最佳形状的过渡结构，最终实现了超宽带天线的输入直波导与输出喇叭段完全匹配，实现了太阳接收信号能量经喇叭段由过渡结构无损耗地全部传输进入直波导。.在国内首次实现了太阳射电系统的全自动试观测，自动完成天线的方位和俯仰系统校零，自动按照全功率辐射计定标方案进行天线定标，自动完成辐射温度与输出电压的换算，天线自动寻找太阳并进入跟踪状态，自动完成太阳射电辐射的天线温度参数反演，实现了整个观测系统自动依次进入天线校零、天线定标和自动跟踪观测三个状态的正常工作。