基于斩波轮技术的7毫米接收机强度校准研究

The development project of 7 mm band cryogenic receiver in Nanshan 25 meter radio telescope of Xinjiang Astronomical Observatory had been begun, the intensity calibration of 7 mm receiver is following. In the current, the 7mm band receiver intensity calibration scheme has injected noise in GBT, and chopper wheel calibration in ALMA. At present, two temperature load of chopper wheel calibration is considered to be the highest calibration accuracy, the accuracy can achieve 1%. This project wants to do some research of key technology for 7 mm band cryogenic receiver calibration of Xinjiang Astronomical Observatory, intends to use two temperature load of chopper wheel calibration scheme, and this technique could also be the advanced research for the QiTai 110m single panel of large radio telescope on technique of millimeter wave calibration.

新疆天文台南山25米射电望远镜的7毫米波段制冷接收机研制项目已经启动，对7毫米接收机强度校准的需求随之而来。现今7mm波段接收机强度校准方案，有GBT的噪声注入方式，也有ALMA的斩波轮校准方式。而如今被认为是校准精度最高、能实现1%校准精度的是双温度负载斩波轮校准方式。本项目提出为新疆天文台7mm制冷接收机校准开展关键技术研究，拟采用双温度负载的斩波轮校准方案，该技术也可为以后新疆天文台奇台110米大型单面板射电望远镜的毫米波校准作技术预研。

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备，强度校准就是将其接收到射电源的响应等效转换为天文意义上的流量密度。本项目主要针对新疆天文台南山25米射电望远镜7毫米波段制冷接收机强度校准需求，开展基于斩波轮技术的7毫米波段强度校准方法研究与实践。在研究初期，调研世界范围内毫米波段接收机强度校准方案，进行可行性分析。使用FEKO电磁仿真软件在7毫米波段建立光壁馈源喇叭及双反射面结构模型，在40GHz下开展物理光学仿真，仿真得出二次反射结构馈源辐射效率较低，由此得出斩波轮校准方式更为适合。之后，组建Ku波段接收机，在其上开展90°仰角下斩波轮噪声校准测试，通过与经典的低温常温负载法进行比对，最大测试误差约为5.7%；组建K波段接收机，搭建0-90°俯仰可调斩波轮校准平台，开展不同仰角下K波段斩波轮校准测试，并与低温常温负载法结果进行比对，得出在30、90°仰角下最大测试误差为7.5%和8.4%，而5°仰角由于过低引入了地面噪声，使得误差上升至20-30%而无法使用；在K波段斩波轮校准平台基础上，搭建K波段常温高温负载法校准平台，采用常温负载和150℃高温负载进行校准，经过与K波段接收机理论噪声温度值进行比对，测试误差在10%以内，测试精度约为8.75%；利用K波段斩波轮校准平台，开展K波段大气不透明度测试方法研究。自主设计并加工7毫米超宽带小张角赋形波纹喇叭和十字转节型正交模耦合器，结合后级放大、滤波及混频商用器件搭建7毫米波段接收机，之后计划整合常温高温负载法校准平台，开展7毫米波段相关校准研究，争取将7毫米波段校准平台测试精度提升至3%以内。