4-VLBI技术(1,2,3).ppt

*/86 VLBI系统组成： VLBI系统主要由 天线 接收机 记录终端 氢原子钟 相关处理机 等部分组成。VLBI技术的发展始终是以改进系统性能、提高观测精度为主要目标的，并为之付出了巨大的努力。 三、VLBI系统组成 */86 1、天线系统 天线是射电望远镜的一个重要组成部分。用于甚长基线干涉测量的一般都是旋转抛物面，它主要由抛物面反射面、馈源和天线支架组成。 */86 1）天线面 （1）抛物面反射天线: 其作用是接收被观测射电源所反射出的射电信号，并将其聚集到抛物面的焦点上，并被馈源所吸收。 电器设备比较简单，是目前使用最广的一种天线面。 反射面可以在很宽的波长范围内工作，并可以同时在不同波长上进行观测，这对于射电频谱仪是尤为宝贵的。 1、天线系统 */86 （1）抛物面反射天线（续） 一个好的抛物面反射面必须满足以下三个条件： 在使用天线时，不论什么情况下，抛物面都不应当过分偏离理想形状。 在所需的波长的偏振角范围内，抛物面应当反射所有投射到它上面的无线电波。 抛物面应当尽可能轻，并造成最小风阻。 一架牢固的，结构良好的天线重量和造价大致上随着它口径的立方而增加，因此这种型式的大口径天线通常是整个VLBI系统中最昂贵的部件。 1）、天线面 */86 （1）抛物面反射天线（续） 观测量延迟和延迟率的观测精度与系统的信噪比成正比，信噪比与天线口径成正比，提高VLBI观测精度的一个方法是增大天线口径。 由于积分时间和数据记录带宽的限制，要得到高的信噪比，通常要求有大口径的天线面。 因为不同波段的射电辐射包含着各自不同的信息， 希望能有多波段工作能力。 为了有效消除电离层所产生的附加延迟对观测量的影响，对VLBI大地测量观测或天体测量，要求具有相差较远的双波段同时观测的能力。 1）、天线面 */86 （1）抛物面反射天线（续） 用于VLBI大地测量的两个观测波段为X和S波段，它们的波长分别为3.6cm和13cm。 为保证天线效率、降低系统等效噪声温度，对天线面的表面精度要求很高。若观测波长为λ ，则要求天线面的平整度要求高于 λ/20。对用于大地测量的天线而言，其平整度要求好于1.8mm。 1）、天线面 */86 1、天线系统 2）馈源 馈源也称为波导或照明天线，其作用是选择观测波段，并将天线面收集到的电磁波转换成高频电流能量，传输给接收机。 观测波段的选择是通过对馈源设计形状的改变来实现的。在变换观测波段时，首先安装对应波段的馈源系统。 */86 2)馈源（续） 馈源安装的两种形式： 主焦馈源 即主焦天线系统，它把馈源放在旋转抛物面的焦点处 卡焦馈源 即卡塞格林系统，用一个双曲面作为第二反射面，安装在抛物面的焦点处，将它所收集到的射电波再反射到双曲面对应的焦点上，这一焦点称为第二焦点，馈源即安放在第二焦点上。 */86 2)馈源（续） 为同时进行双波段观测，通常要设计一种特殊的同轴馈源。 VLBI观测量采用的就是X/S波段同轴馈源和卡焦天线系统。 馈源研制质量的好坏和性能是影响天线效率和天线噪声温度的一个主要因素。 */86 1、天线面(续) 3)天线支架 天线支架主要用于支撑天线面并驱动它的运转，实现天线对被观测射电源的精密跟踪。 按照支架结构和驱动方式，VLBI天线可分为 赤道式 地平式 */86 3）天线支架（续） （1）赤道式支架： 优点：是天线驱动原理简单，实现装置方便。在跟踪过程中，赤纬轴并不需转动，只要极轴以均匀的速度旋转即可。 缺点：结构不稳定，主要用于小型天线的设计中。 */86 （2）地平式支架: 地平式天线通过不断改变其在地平坐标系中的指向来跟踪被测射电源的。 射电源是绕着极轴作匀速周日视运动的，它在地平坐标系中的方位和高度变化是不均匀的。因此，观测时，天线的垂直轴和水平轴要不断地转动，而且速度也要不断变化。 地平式天线在跟踪驱动的原理和实现上要比赤道式复杂，但它结构稳定，对大型天线的机械制造也比较方便。 所以目前大型VLBI天线一般都采用地平式。我国位于上海和乌鲁木齐的两座口径纬25m的VLBI天线也都是地平式。 */86 3）天线支架（续） 天线的指向驱动是由司服系统来控制的。 由于接收的信号很弱，加之天线口径大、方向性强，所以对天线指向的要求很高。 指向精度取决于观测前的天线指向检测和校准精度，以及司服系统的指向控制精度。 */86 2、接收机 VLBI系统中的接收机实质上就是一架低噪声、高灵敏度的超外差接收机。 组成部分： 低噪声前置放大器 混频器 中频放大器 本振系统 作用： 它的作用是将由天线馈源输出的高频信号放大、混频后变为中频，并输送给记录终端。 */86 2、接收机 1）高频放大器 高频放大器输入端与馈源输出端连接，用于接收和放大经馈源导入的、很微弱的