太阳低频射电频谱仪研制

地基低频太阳射电观测，对研究日冕物质抛射（CME）、耀斑等剧烈太阳活动、灾害性空间天气的监测具有不可替代的作用。.本项工作将针对两个关键技术：高时间高频率分辨率数字谱分析技术和高增益双圆极化振子天线阵列技术，开展技术和系统集成预研究。目的是研制15-700 MHz的低频太阳射电望远镜，以填补我国在24周峰年太阳低频射电动态频谱观测上的空白。拟采用10米网状抛物面天线及对数周期天线阵列系统作为射频前端，分别覆盖70-700和15-75 MHz两个频段。后端采用FFT全数字频谱分析技术，达到100kHz级的频率分辨率和毫秒级时间分辨率，同时实现射电爆发数据的高精度定标。为日冕磁场、电流片、激波加速电子/粒子的观测研究提供最精细的观测资料，为灾害性空间天气的预警、预报提供实测依据。

项目组利用高速ADC和FPGA技术，研制成功了全数字频谱分析仪，其频率分辨率达到200 KHz，比我国上一个太阳活动峰年所使用的频谱仪的频率分辨率提高一个量级。.项目组研制了11米口径米波太阳射电望远镜，覆盖70—700MHz 频段，填补了国内在米波段的太阳监测空白，为日冕磁场、电流片、激波加速电子/粒子的观测研究提供最精细的观测资料，将对射电II型爆发、日冕激波和空间天气学研究及灾害性空间天气的预警、预报起到积极作用。.新研制的频谱仪还替代了云南天文台的分米波自相关频谱仪，二台频谱仪先后投入常规观测，取得大量观测资料。国际太阳射电天文权威专家对米波频谱仪的观测性能予以很高评价,认为其灵敏度高于日本和澳大利亚的类似设备，并希望我们的数据进入国际太阳射电监测网—“radio-monitoring”公开发布。.在十米波振子天线设计方面，项目组采用传输线理论和圆图理论分析了馈管间距、馈电点位置及馈管长度对天线性能尤其是驻波比方面的影响，并通过大量的仿真和实验验证了理论分析的结论，找到了当驻波比最优时馈管的结构规律。实验结果验证了优化方法的有效性，大大改善了对数周期天线的驻波比性能。.项目组根据对振子天线小型化的目标要求，设计了加辐条的三角偶极天线模型并进行了仿真分析，将对数周期天线与三角偶极天线组合建模，分析了其性能指标。为降低偶极天线的谐振频率和输入阻抗，通过加辐条的方法，将对数周期天线低频段振子用三角偶极天线来代替，测试结果表明新设计的对数周期天线，在较低工作频段性能有所下降，但在尺寸小型化方面有了很大的改善。针对阻抗匹配中设计传输线变压器这一关键环节，在设计目标的基础上对传输线变压器进行建模仿真，并调整其结构最终使得天线性能达到最佳状态..宽带天线设计方法改进后，天线的驻波比性能达到最优状态，驻波比在f=15MHz-120MHz的整个工作频段，降至2以下。新方法的优化结果比传统设计法的天线性能有了明显的改善。宽带天线方向图的仿真结果表明，天线方向图均完全满足工程应用的技术指标需要。. 随着我们对天线阵列的研究理解进一步加深，更考虑到振子天线即使优化后仍具有较大尺寸，难以进行机械驱动跟踪太阳。我们采取了数字波束合成的技术路线，研制了十米波段双振子对称正交倒V宽带天线，制作了4单元阵列，完成了相应低频接收机设计和样机制作，为数字采样和数字波束打下良好基础。