2018天文學論文

　　天文學是自然科學六大基礎學科之一，它推動了人類社會的進步和科技的發(fā)展。天文學對于提高民族素質、培養(yǎng)創(chuàng)新精神及科學的思維方法，建立正確的世界觀、宇宙觀方面有著不可替代的作用。普及天文知識，對破除迷信、反對偽科學也具有重要的科學意義。發(fā)達國家及一些發(fā)展中國家的大學、中學都普遍開設了天文學課程。以下是2018天文學論文，歡迎閱讀。

　　1極化網(wǎng)絡一體化設計

　　本文采用極化器-耦合器-波導同軸轉換整體結構的設計方案,工作頻率為X波段的8~9GHz,可以同時接收左右旋信號,設計目標為:左、右旋SMA同軸輸出口回波損耗大于20dB,耦合器的耦合度為(-30依2)dB,圓極化軸比小于0.5dB。整體結構示意圖如圖1所示,主體結構采用的是技術成熟的方波導隔板式極化器,耦合器采用的是雙十字孔定向耦合器,波導同軸轉換器則采用探針加調諧柱的饋電結構。本設計采用一體化結構將耦合器、極化器、波導同軸轉換器集成到一個腔體內,從而達到減小體積、降低損耗的目的。

　　1.1波導同軸轉換器設計

　　波導同軸轉換器采用探針加調諧柱的方式進行饋電,為了改善波導與同軸線間的匹配特性和整個設計的駐波特性,可以通過改變探針探入腔體的長度、探針在腔體上的相對位置、探針末端外加小圓柱體等方式進行調節(jié)[4]。此外,根據(jù)設計目標本設計還通過額外增加一個調諧柱的方式來改善端口駐波性能并增加匹配帶寬。

　　1.2定向耦合器設計

　　耦合器在微波系統(tǒng)中主要用于功率監(jiān)測、系統(tǒng)標定、測定插入衰減等。經過比較與分析最終采用的是具有結構緊湊、方向性高、頻帶寬、過渡衰減幾乎為恒定等優(yōu)點的斜十字孔型定向耦合結構[5],其結構如圖2所示。這種耦合結構的另一優(yōu)點是耦合結構中的副波導與主波導可以相互垂直,有效降低了整體設計的高度。

　　1.3極化器設計

　　圓極化波可以看成是由兩個相位相差90毅等幅正交的電場分量所構成。隔板式極化器是通過在波導中插入一片具有多階臺階的金屬隔板來實現(xiàn)圓極化波與線極化波的相互轉換[6鄄11]。如圖3所示,方形端口處的圓極化波可以分解成兩個等幅正交的TE10與TE01模式,其中TE10模式與極化器隔板相互垂直,其在通過隔板時隔板對它只起均分作用而不改變它的傳輸常數(shù)。TE01模式平行于隔板,根據(jù)脊效應理論,隔板可以等效成脊波導,TE01的傳輸常數(shù)與隔板上階梯的高度與寬度相關,通過改變隔板的形狀就可以使TE10模與TE01模通過隔板后的相移差為90毅,從而實現(xiàn)圓極化波與線極化波之間的相互轉換[7]。隔板式圓極化器具有結構緊湊、體積小、易加工等優(yōu)點因而被大量地應用在各波段射電天文低溫接收機極化網(wǎng)絡中,尤其是X、K、Ka、Q、W波段等應用十分廣泛。隔板式圓極化器公共端口的尺寸選擇時需要注意保證波導的高次截止模不要落在目標頻段內,否則會造成目標頻段內S參數(shù)曲線出現(xiàn)毛刺等現(xiàn)象從而破壞整個頻段內的電磁特性[8鄄9],通過適當選擇公共端口方形波導的尺寸可以有效避免這一現(xiàn)象。隔板階梯尺寸在設計時應先根據(jù)隔板式圓極化器的理論確定一個大概值[10],這個大概值不可偏離實際理想數(shù)值太大,否則會給仿真帶來過大的負擔,此外偏離實際數(shù)值太大也會造成仿真數(shù)據(jù)選取時難以區(qū)別正確方向導致最后選取的尺寸與實際尺寸相差較遠從而無法得到最優(yōu)結果。本設計采用電磁仿真軟件對隔板式極化器隔板進行電磁仿真,在理論計算的基礎上對隔板長度、寬度、高度進行優(yōu)化設計,經過大量的仿真與計算得到了較為理想的結果。

　　1.4整體設計與優(yōu)化

　　總體設計結構的電磁仿真模型如圖4所示。整體性能調整:極化特性,極化特性的好壞主要與隔板各階梯的尺寸大小有關,通過調節(jié)各階梯的寬度與高度可以使經過隔板的兩種模式波的相位差盡量為90毅。而分配到隔板左右兩側的能量主要與隔板的厚度有關,為方便加工隔板厚度一般大于1mm,在經過仿真優(yōu)化之后本設計的隔板厚度定為2mm。耦合度的強弱主要與孔徑面積、開孔形狀等因素相關,可以通過調節(jié)十字孔的大小使得耦合度在-30dB左右,通過調節(jié)雙十字孔的相對位置改變耦合的定向性。端口駐波的影響因素很多,主要可以通過調節(jié)探針的探入深度、饋電高度來調節(jié),本設計還在探針末端額外加了一段直徑更大的柱體以改善駐波(a)電磁仿真模型側視(b)電磁仿真模型正視圖4電磁仿真模型性能,此外還通過在饋電口附近添加調諧柱來增加匹配帶寬。當波導同軸轉換器、極化器和耦合器均達到設計要求后再進行整體優(yōu)化與調整,如端口駐波,在整體結構中,不僅僅只與探針的參數(shù)有關,隔板參數(shù)的改變對其也是有影響的,所以整體結構中每一個參數(shù)的調節(jié)都要讓它盡量符合所有性能的要求[12]。

　　2仿真與測試結果

　　2.1隔板仿真結果

　　通過使用電磁仿真軟件對整體設計進行了電磁特性仿真與性能優(yōu)化,其結果表明極化器的電磁特性會隨著隔板階梯數(shù)量的增加而獲得改善,當隔板數(shù)量增加到5階時便會獲得足夠好的電磁特性,這時繼續(xù)增加階梯獲得的效果趨于不明顯,所以本設計隔板最終確定使用5階階梯。圖5是隔板的結構示意圖,表1給出了隔板與波長的相關尺寸,姿為8.5GHz波長,隔板厚度為2mm。

　　2.2測試結果

　　實物整體尺寸大小為100mm伊70mm伊60mm,重量為:0.45kg。主體由方形殼體、隔板、耦合器蓋板、SMA同軸接口組成。

　　3結論

　　本文通過對X波段射電天文低溫接收機極化網(wǎng)絡的深入研究與分析設計出了包含極化器、耦合器、波導同軸轉換器在內的一體化結構,該新型結構設計不僅減小了饋源系統(tǒng)的體積,還有效降低了接收機的插入損耗與噪聲溫度,同時還簡化了接收機總體設計、降低了采購成本。又由于極化網(wǎng)絡為無源結構,很難出現(xiàn)故障,因而該設計也大大降低了接收機的維護復雜度。測試結果表明該設計完全可以滿足X波段射電天文接收機在未來深空探測任務中的應用。

【天文學論文】相關文章：

現(xiàn)代天文學論文05-25

天文學小論文10-31

天文學概論相關論文07-23

天文學相關論文1000字09-29

中國古代的天文學成就論文05-26

關于教育論文的論文10-05

工程風險論文發(fā)表論文06-28

LED論文新能源論文10-19

高層建筑論文發(fā)表論文08-02

畢業(yè)論文提綱 --科技論文09-07