[實用新型]一種低頻射電天線

有效

• 申請號: 201820482119.0
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN208608362U
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 陳林杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: H01Q21/29
• 分類號: H01Q21/29;H01Q21/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 崔亞松

一種低頻射電天線，所述低頻射電天線包括：對稱陣子天線、低噪聲放大器和接收器，對稱陣子天線與所述低噪聲放大器的輸入端相連，所述接收器通過信號線與所述低噪聲放大器的輸出端相連，所述對稱陣子天線固定在拋物面天線相對的兩個饋源支撐臂上，所述低噪聲放大器固定在拋物面天線饋源的前端控制箱的背后，所述拋物面天線為高頻天線。本實用新型可以最大程度地簡化低頻天線的支撐問題，可以實現單天線的主波束總是指向觀測方向，并且能夠擴大射電巡天的范圍，同時還將最大程度上避免方向性校準的問題，能夠明顯地改善天線的方向圖，提高天線的性能。

技術領域

本實用新型屬于射電天文學領域，具體涉及一種低頻射電天線。

背景技術

自從Karl Jansky在1932年完成20.5MHz的首次射電觀測以來，射電天文學已逐漸變為一門主要的科學學科。盡管誕生于低頻頻段，但基于更高分辨率和更好靈敏度的要求，再加上地球電離層的電磁透明性，射電天文學很快轉向了更高的頻率。在過去的半個世紀，每一次新的頻譜窗口的打開都為天文學帶來了新的革命，隨之產生了許多意料之外的重大發現，包括20世紀50和60年代在低頻射電波段發現的類星體和脈沖星， 60年代在微波波段發現了宇宙微波背景輻射，80和90年代使用在X射線和中微子進行天文研究等，這也為通過觀測整個電磁頻譜內的輻射來全面理解宇宙射電源新的物理過程提供了可能。甚低頻頻段(＜30MHz)，作為最后幾個未被觀測的頻譜窗口之一，潛在的科學發現使它成為目前射電天文學研究的熱點。

然而，在低于30MHz的頻段，大量人為的強射電干擾嚴重限制了人們對宇宙射電輻射的觀測，而地球電離層的反射和吸收作用更使得基于地基射電望遠鏡對低于10MHz的宇宙射電輻射進行觀測幾乎不可能。為了實現對這一頻段的射電觀測，空間射電望遠鏡成為了理想的選擇。但是，空間望遠鏡往往系統比較復雜，技術難度很大，成本也比較高。

新的太陽研究表明，太陽活動在當前的11年周期內處于一個極小期，并將在2020年左右達到谷底，屆時受太陽活動的影響地球電離層的截止頻率會降低到幾MHz甚至更低，這就使得利用地基射電望遠鏡對10MHz 以下的宇宙信號進行觀測成為可能。為此，基于內蒙古明安圖觀測站的射電頻譜日像儀，一個小型甚低頻射電陣列被提了出來以實現在地面上的甚低頻射電觀測。這一陣列工作于1～50MHz，采用數字多波束和綜合孔徑的方式進行射電成像，將有可能首次獲得10MHz以下頻率連續的高分辨率射電巡天和成像觀測。為了充分利用觀測站現有的資源，以較低的成本完成這一陣列的建設，其中的一個關鍵是天線的設計。

在低頻射電天文領域，新一代的地基射電望遠鏡陣列大都采用陣子天線，或是陣子天線的變形，例如荷蘭的低頻陣(LOFAR)，工作頻率為10～ 240MHz；美國的長波陣(LWA)，工作頻率為10～88MHz；以及澳大利亞的Murchison寬視場陣(MWA)，工作頻率為80～300MHz。這些天線的共同點就是視場大，結構簡單。

上述陣列采用的陣子天線是固定不動的，由于視場大，天線的增益在不同的觀測方向是不同的，這將導致整個陣列的綜合波束在各個方向的增益和相位差異性很大，因此需要進行波束的方向性校準。為此，需要利用天空中的低頻射電源，對視場范圍內的各個方向(隨頻率升高而快速增多) 的增益進行精確的測量，加上地球電離層的影響，這在低頻頻段是很困難的。對于一個小型的低頻陣，由于系統的靈敏度不高，這一方案實施起來將更加困難，甚至難以實現。

另外，對于上述低頻天線，主要是采用了兩種形式的天線結構，一種是柔性結構的天線(LOFAR)，用細的導線作為陣子天線。為了保持天線的穩定，需要額外設計固定裝置將其固定在地面上。另一種是剛性結構 (LWA)的天線，用剛性的材料制作天線，為了保持天線的形狀，天線的結構要足夠的強壯，這就必然增加了天線的重量及成本。由于沒有額外的支撐結構，天線的抗風能力并不強。

實用新型內容

針對上述低頻射電陣列天線的缺點，本實用新型提出了一種低頻射電天線與高頻拋物面天線共用的設計，解決了低頻天線的方向性校準難題，同時也解決了天線的固定及支撐問題。