[发明专利]一种双波束制冷接收机校准方法

说明书

本发明涉及一种双波束制冷接收机校准方法，该方法涉及的装置是由杜瓦、冷屏、第一波束馈源、第二波束馈源、第一真空窗、第二真空窗、第三真空窗、冷负载、第一反射镜、第二反射镜、旋转盘、常温负载、第一无遮挡窗口、第二无遮挡窗口组成，在制冷接收机冷屏外侧中间位置放置一个冷负载，在旋转盘边缘位置放置一个常温负载，通过顺时针旋转旋转盘将常温负载分别覆盖至两个波束馈源口面处，也可将冷负载的辐射分别经反射镜二次反射至两个波束馈源处，从而分别实现了冷热负载对两个波束的标定。标定完成后，继续旋转旋转盘使得两个波束馈源口面分别处于无遮挡状态，控制射电望远镜使第一波束馈源对准射电源，第二波束馈源即为偏开状态，从而完成校准，使校准及观测效率有了大幅提升。

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双波束接收机进行冷热负载标定的校准方法，专门用于双波束制冷接收机的强度校准。

背景技术

射电天文学是通过接收电磁波来研究宇宙天体的一门学科。为此，射电望远镜应运而生，其主要功能是将接收到的微弱的电磁波信号汇聚至馈源处，再经接收机放大、滤波、变频等环节后送入数字终端并进行处理，以满足不同的科学观测需求。

为了能够快速有效的进行射电天文观测，观测工具的需求也在不断提升。众所周知，视场和接收面积是射电望远镜最重要的两个指标：更大的视场意味着可以提高大面积巡天观测效率；而更大的接收面积则意味着具备更高的灵敏度，这也就是说，观测所用的射电望远镜口径越大，探测微弱信号的能力越强。但现有的射电望远镜其口径都已固定，为提高灵敏度，最直接的办法就是降低整个接收系统的噪声温度。

接收机作为整个射电望远镜系统的核心接收设备，一般多采用制冷其内部低噪声放大器等器件用以减小噪声温度。由于接收机的微波器件与其波长成正比，在长厘米波段，接收机最前级的馈源网络尺寸通常非常巨大，想将其全部制冷非常困难，故一般采取制冷正交模耦合器、滤波器及低噪声放大器等物理尺寸较小的前级器件，而将馈源网络置于常温环境下。但在短厘米波段甚至更高频的毫米波段，由于微波器件尺寸相应变小，为降低接收机的噪声温度，则一般采取馈源至低噪声放大器所有前级器件整体制冷的方式。

接收机强度校准的目的就是通过建立一个温度标尺，将接收到的微波信号的强度大小转换为天文意义上的流量密度。首先，使用两个不同温度的、宽带的辐射源至接收机最前级的馈源口面，使其辐射注入到接收机内部，记录辐射源的温度及接收机的强度响应，以此将接收机自身的强度响应等效的转换为一个温度值；然后，将射电望远镜对向冷空(没有射电源的方向)并记录接收机对应的强度响应，便可以得到整个射电望远镜系统等效的系统温度；其次，通过控制射电望远镜，令接收机波束做对准或者偏开射电源的操作，记录二者强度响应的差值，便可以得到射电源的等效温度；最终，再结合射电望远镜的天线孔径及效率，便可得到该射电源的流量密度，从而完成最终的强度校准。在四个校准步骤中，第一步和第三步操作起来相对繁琐。

第一步骤中的冷热负载法的标定，也就是前文所说的将接收机自身的强度响应等效的转换为温度值，该步骤不方便在于冷热负载的操作，只能在观测前将射电望远镜及接收机波束正对向天空，由工作人员手动完成。特别是冷负载普遍采用将黑体负载放置于盛满液氮的泡沫器皿中，使黑体负载的温度和液氮保持一致，将冷负载手动放置于接收机馈源口面处，此时记录数据，之后再同样操作常温负载，整个冷热负载法的标定过程无法在操作过程中进行。针对该不便利性，常规厘米波段会在接收机馈源后级设计一个定向耦合器，用以注入一个标准噪声，其目的是先用冷热负载法对该标准噪声进行标定，由于该标准噪声在观测过程中可以远程控制随时开关，以此用来在观测中对射电源进行二次标定；该方法解决了冷热负载法不易在观测中随时进行的问题，但由于在低噪声放大器前级加入了定向耦合器，附带使得整个系统的噪声温度变大；另外，在毫米波段，由于微波器件小型化设计，也使得这种噪声注入的方式无法实现。