[发明专利]一种单波束制冷接收机定标方法

说明书

本发明涉及一种单波束制冷接收机定标方法，该方法涉及的装置是由杜瓦、80K冷屏、馈源、正交模耦合器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、80K负载真空窗、馈源真空窗、80K负载、293K负载、第一80K负载反射镜、第二80K负载反射镜、第一293K负载反射镜、第二293K负载反射镜、第一传送轴、第二传送轴、第三传送轴组成，该方法在接收机80K冷屏和杜瓦表面分别设置一个80K负载和293K负载，通过三个传送轴将固定角度的反射镜移动至对应的负载及馈源真空窗口面处，分别实现80K负载和293K负载将各自的辐射反射至馈源内，以此完成接收机定标，定标完成后再利用传送轴将各个反射镜移开，继续观测。该方法可以在观测过程中对接收机进行快速定标，且避免了传统定标使用低温液氮所带来的安全隐患，使定标效率及安全性有了明显提升。

技术领域

本发明涉及一种在观测过程中对馈源整体制冷的单波束接收机进行精确、快速的定标方法，专门用于单波束制冷接收机的定标。

背景技术

射电天文是通过观测宇宙天体辐射过来的无线电波而进行天文研究的一门学科。射电天文起源于二十世纪三十年代，随着当时无线电技术的迅猛发展，美国工程师卡尔·央斯基在寻找无线电噪声源的试验中无意发现了来自银河系中心的射电辐射，对于历史悠久的天文学而言，这个发现引起了国际天文学界的轰动；第二次世界大战期间，军事雷达探测到来自太阳的无线电信号，使人们第一次认识到宇宙天体确实存在无线电辐射，宇宙天体就像发射可见光波一样发射无线电波。自此，射电天文作为一种崭新的手段迅速发展，正式为天文学开拓出新的园地。经过70多年的发展历程，射电天文已经发展成为天文学的重要分支，其观测对象遍布各个天体，从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。近代天文学的四大发现——类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射无一不奠基于射电天文学，显示了其强大的生命力，这些重要发现至今仍然是天文学领域的研究热点。

在射电天文观测中，天体辐射的射电信号首先通过射电望远镜反射汇聚至焦点处，再由焦点处的微波接收机进行放大、滤波等处理并传输至终端记录。当射电信号进入微波接收机时，接收机会将它自身产生的热噪声添加到信号中，这会降低接收信号的信噪比，从而难以观测到微弱的射电信号。接收机产生的热噪声常用等效噪声温度表示，为了能够接收到更多的射电源，接收机的等效噪声温度必须非常低，这意味着接收机产生的热噪声要尽可能的小。为了减少接收机的噪声，常用的方法就是对接收机低噪声放大器等器件制冷，降低其物理温度，用以提高灵敏度。一般就是将低噪声放大器、正交模耦合器等射频微波单元放置在一个真空制冷室(杜瓦)中，使其物理温度低至20K以下。由于观测波段不同，各波段接收机设计也各有不同。观测信号频率越高，该波段接收机的微波器件尺寸越小。如果将微波接收机最前级的馈源整体制冷，降低其物理温度，这将会减小接收机的噪声温度，提升其灵敏度。中国科学院新疆天文台K波段接收机就是采用馈源整体制冷技术。

接收机定标的目的是将接收机接收到的射电信号的振幅大小转换成天文意义上的流量密度。最经典的方式就是Y因子法，也就是使用两个不同温度的负载，将其交替放置在馈源口面处，通过记录两个负载的温度及接收机对两个不同温度负载的响应，计算出接收机自身等效的噪声温度Trx。与此同时，Y因子法也可以对第二级标准噪声源进行定标，得出噪声源的等效温度Tcal，之后便可以计算出整个观测系统等效的系统温度Tsys，然后再对待测射电源做对准或者偏开(ON/OFF)观测，将ON/OFF观测接收机的响应做相减，便可以计算出待测射电源的等效温度T_A，并最终由此计算出源的流量密度S_V。