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展。天文學對於提高民族素質、培養創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。已開發國家及一些開發中國家的大學、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極化網路一體化設計
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訊號,設計目標為:左、右旋SMA同軸輸出口回波損耗大於20dB,耦合器的耦合度為(-30依2)dB,圓極化軸比小於0.5dB。整體結構示意圖如圖1所示,主體結構採用的是技術成熟的方波導隔板式極化器,耦合器採用的是雙十字孔定向耦合器,波導同軸轉換器則採用探針加調諧柱的饋電結構。本設計採用一體化結構將耦合器、極化器、波導同軸轉換器整合到一個腔體內,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
波導同軸轉換器採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[4]。此外,根據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埠駐波效能並增加匹配頻寬。
1.2定向耦合器設計
耦合器在微波系統中主要用於功率監測、系統標定、測定插入衰減等。經過比較與分析最終採用的是具有結構緊湊、方向性高、頻頻寬、過渡衰減幾乎為恆定等優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圓極化波與線極化波的相互轉換[6鄄11]。如圖3所示,方形埠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。TE01模式平行於隔板,根據脊效應理論,隔板可以等效成脊波導,TE01的傳輸常數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模通過隔板後的相移差為90毅,從而實現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、易加工等優點因而被大量地應用在各波段無線電天文低溫接收機極化網路中,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埠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引數曲線出現毛刺等現象從而破壞整個頻段內的電磁特性[8鄄9],通過適當選擇公共埠方形波導的尺寸可以有效避免這一現象。隔板階梯尺寸在設計時應先根據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值太大,否則會給模擬帶來過大的負擔,此外偏離實際數值太大也會造成模擬資料選取時難以區別正確方向導致最後選取的尺寸與實際尺寸相差較遠從而無法得到最優結果。本設計採用電磁模擬軟體對隔板式極化器隔板進行電磁模擬,在理論計算的基礎上對隔板長度、寬度、高度進行優化設計,經過大量的模擬與計算得到了較為理想的'結果。
1.4整體設計與優化
總體設計結構的電磁模擬模型如圖4所示。整體效能調整: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儘量為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於1mm,在經過模擬優化之後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,可以通過調節十字孔的大小使得耦合度在-30dB左右,通過調節雙十字孔的相對位置改變耦合的定向性。埠駐波的影響因素很多,主要可以通過調節探針的探入深度、饋電高度來調節,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)電磁模擬模型側視(b)電磁模擬模型正檢視4電磁模擬模型效能,此外還通過在饋電口附近新增調諧柱來增加匹配頻寬。當波導同軸轉換器、極化器和耦合器均達到設計要求後再進行整體優化與調整,如埠駐波,在整體結構中,不僅僅只與探針的引數有關,隔板引數的改變對其也是有影響的,所以整體結構中每一個引數的調節都要讓它儘量符合所有效能的要求[12]。
2模擬與測試結果
2.1隔板模擬結果
通過使用電磁模擬軟體對整體設計進行了電磁特性模擬與效能優化,其結果表明極化器的電磁特性會隨著隔板階梯數量的增加而獲得改善,當隔板數量增加到5階時便會獲得足夠好的電磁特性,這時繼續增加階梯獲得的效果趨於不明顯,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同軸介面組成。
3結論
本文通過對X波段無線電天文低溫接收機極化網路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、降低了採購成本。又由於極化網路為無源結構,很難出現故障,因而該設計也大大降低了接收機的維護複雜度。測試結果表明該設計完全可以滿足X波段無線電天文接收機在未來深空探測任務中的應用。