一種基于寬帶檢波芯片在射電天文保護(hù)頻段的太陽射電總功率輻射計(jì)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬射電天文太陽功率輻射計(jì)系統(tǒng)技術(shù)，其工作于射電天文保護(hù)頻段，對(duì)這些頻段信號(hào)進(jìn)行濾波、選通、放大、檢波、分析項(xiàng)技術(shù)用于太陽射電多頻段的總流量觀測(cè)，通過多頻段流量變化可以在太陽物理研究，空間天氣預(yù)警等領(lǐng)域發(fā)揮作用。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽是距離地球最近的恒星，在傳遞給地球光和熱的同時(shí)，其活動(dòng)也在各個(gè)方面影響著人類的生產(chǎn)、生活以及人類依存度越來越高的技術(shù)體系。
[0003]太陽爆發(fā)是發(fā)生在太陽大氣一日冕中劇烈的能量釋放過程，主要形式是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射(CME)，本質(zhì)上是磁場(chǎng)和磁場(chǎng)、磁場(chǎng)和等離子體之間相互作用的結(jié)果。這樣的劇烈爆發(fā)過程，可能對(duì)地球周圍的空間環(huán)境(Space Weather)造成劇烈擾動(dòng)，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的正常運(yùn)行帶來災(zāi)害性影響。由此可見，日冕作為連接太陽和日地空間的紐帶和太陽劇烈爆發(fā)活動(dòng)的發(fā)源地、CME作為災(zāi)害性空間天氣的驅(qū)動(dòng)源，都具有極其特殊的重要地位。
[0004]對(duì)日冕的觀測(cè)研究，仍是目前太陽物理研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)，如著名太陽物理研究學(xué)者Aschwanden提出的“十大太陽物理研究難題”里，至少有一半和日冕有關(guān)。日冕觀測(cè)研究的核心問題，是對(duì)日冕磁場(chǎng)的測(cè)量和對(duì)日冕物質(zhì)拋射(CME)的監(jiān)測(cè)。
[0005]從觀測(cè)的角度考慮，除光學(xué)觀測(cè)太陽爆發(fā)事件外，用射電方法是相當(dāng)重要的觀測(cè)手段，尤其對(duì)CME事件的觀測(cè)研究是其它方法無法替代的。
[0006]從理論上考慮，CME的一個(gè)關(guān)鍵問題是了解它在日面上的源區(qū)，以便能監(jiān)測(cè)CME的初始形成和噴發(fā)的整個(gè)過程。但是在低日冕(1.0?1.5倍太陽半徑)范圍內(nèi)，白光日冕儀是不能觀測(cè)的，而用米波射電頻譜儀則可以。因?yàn)樘柮撞↖1、IV型爆發(fā)與CME和耀斑等劇烈太陽活動(dòng)以及相對(duì)應(yīng)的日地物理效應(yīng)有密切關(guān)系，因此射電方法是研究CME的重要手段之
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[0007]但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，射電天文設(shè)備逐步由數(shù)字化終端取代了原有的模擬終端。這樣大大提升射電天文觀測(cè)的效率，射電窗口以上幾乎整個(gè)無線電頻段都納入了射電天文觀測(cè)范疇。但隨著全社會(huì)信息化的飛速發(fā)展，越來越多的無線電頻段被使用，因此，無線電干擾(Rad1 Frequency Interference，RFI)越來越成為嚴(yán)重困擾射電天文觀測(cè)的因素，甚至對(duì)射電天文觀測(cè)帶來致命影響。
[0008]二十世紀(jì)五十年代初，在國際電信聯(lián)盟下屬的國際無線電咨詢委員會(huì)里，成立了專門的研究組，研究討論對(duì)射電天文頻率的分配與防止干擾的問題，建議提供專門的射電天文頻段，并給予有效的保護(hù)。1959年世界無線電行政大會(huì)通過將射電天文作為一項(xiàng)電信業(yè)務(wù)，分配給它幾個(gè)頻段。以后，在1963年和1971年的世界空間無線電行政大會(huì)上，又分別增加了一些射電天文頻段。與此同時(shí)，各國電信主管部門也開始注意射電天文的頻率分配與保護(hù)問題。各國在國內(nèi)各種電信業(yè)務(wù)間進(jìn)行協(xié)調(diào)，防止對(duì)射電天文業(yè)務(wù)產(chǎn)生有害干擾，解決了一些局部地區(qū)性的干擾問題，促進(jìn)了射電天文事業(yè)的發(fā)展。
[0009]到目前為止，國際組織分配給射電天文業(yè)務(wù)的頻段，除少數(shù)專用頻段外，都在一定的條件下與其他業(yè)務(wù)共用。這些頻段大多分布在短分米波、厘米波、毫米波以及波長更短的頻段。例如，對(duì)最著名的中性氫21厘米譜線(1420.406MHz)分配了 1400?1427MHz的射電天文專用頻段，這一頻段同時(shí)也供連續(xù)譜類型的觀測(cè)使用(這種類型的射電天文觀測(cè)與譜線觀測(cè)不同，它不需要準(zhǔn)確的頻率，但需要較寬的頻帶)；在羥基OH譜線1665.40 I和1667.358MHz附近，提供了 1660?1670MHz的頻段;在氨譜線23.694和23.723GHz附近，則劃給23.6?24GHz的頻段。此外，在米波段和長分米波段也都分配給一些頻段，主要進(jìn)行連續(xù)譜類型的觀測(cè)，如37.75?38.25MHz和406?410MHz頻段等。
[0010]為此，采用在射電天文保護(hù)頻段內(nèi)對(duì)太陽射電信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，可以有效的規(guī)避無線電環(huán)境，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]—種基于寬帶檢波芯片在射電天文保護(hù)頻段的太陽射電總功率輻射計(jì)系統(tǒng)，主要適用于多點(diǎn)頻太陽射電流量精密觀測(cè)，同時(shí)通過觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)空間天氣事件進(jìn)行有效推測(cè)。
[0012]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0013]—種基于寬帶檢波芯片在射電天文保護(hù)頻段的太陽射電總功率輻射計(jì)系統(tǒng)，其工作于射電天文保護(hù)頻段，對(duì)這些頻段信號(hào)進(jìn)行濾波、選通、放大、檢波、分析;本發(fā)明特征在于:由定標(biāo)模塊及其控制單元與射頻信號(hào)檢波單元連接構(gòu)成;其中:
[0014]定標(biāo)模塊及其控制單元采用噪聲源一一50歐姆匹配負(fù)載一一太陽射電源一一冷空輪換控制觀測(cè)模式，即噪聲源經(jīng)由偶合器與天線信號(hào)通過50歐姆匹配負(fù)載的微波開關(guān)與放大器I連接，放大器I通過4功分器與射頻信號(hào)檢波單元連接；
[0015]射頻信號(hào)檢波單元采用隔離器、濾波器、放大器2、檢波器、數(shù)據(jù)采集電路依序連接;數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接。
[0016]本發(fā)明射頻信號(hào)檢波器采用帶通濾波器與天線輸出端相連選通射電天文保護(hù)頻段，帶通濾波器輸入和輸出端與兩級(jí)射頻放大器輸出和輸入端相連，第二級(jí)放大器的輸出端與寬帶檢波芯片的輸入端相連，寬帶檢波芯片的輸出端與電腦控制下的數(shù)據(jù)采集器相連，鏈路中射頻放大器增益根據(jù)檢波器的檢測(cè)性能確定，將射頻信號(hào)功率放大至檢波器可檢測(cè)最小電平以上，同時(shí)兼顧太陽射電爆發(fā)的動(dòng)態(tài)范圍約30_40dB;檢波器的檢波芯片應(yīng)采用大于6GHz的寬輸入帶寬，大動(dòng)態(tài)范圍至少在55dB以上的寬帶、高動(dòng)態(tài)范圍檢波芯片，以兼顧多個(gè)射電天文保護(hù)頻段和強(qiáng)太陽射電爆發(fā)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0017]本發(fā)明射頻信號(hào)檢波單元設(shè)為至少一組并聯(lián)，每一組的檢波器均與數(shù)據(jù)采集器連接。
[0018]本發(fā)明具體實(shí)施方案如下:
[0019]1.采用帶通濾波器與天線輸出端相連，并選通射電天文保護(hù)頻段，這樣的優(yōu)勢(shì)在于:采用了受國際電聯(lián)保護(hù)的無線電頻段能夠很好的規(guī)避無線電干擾對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；
[0020]2.帶通濾波器輸出與兩級(jí)射頻放大器輸入端相連，將射頻信號(hào)功率放大至檢波器可檢測(cè)最小電平以上，保證檢波芯片能夠正常檢測(cè)電壓，同時(shí)兼顧太陽射電爆發(fā)30_50dB的動(dòng)態(tài)范圍；
[0021]3.檢波芯片采用目前最先進(jìn)的寬帶輸入、大動(dòng)態(tài)范圍檢波芯片，如:ADI公司生產(chǎn)的ADL5906是真均方根響應(yīng)功率檢波器，工作頻率范圍為1MHz至1GHz，覆蓋了十米波——厘米波波段大部分射電天文保護(hù)頻段，可接受的輸入信號(hào)范圍為_65dBm至+8dBm，具有70dB以上測(cè)量范圍，覆蓋了幾乎所有的太陽射電爆發(fā)的信號(hào)動(dòng)態(tài)情況；
[0022]4.在定標(biāo)方面，采用定標(biāo)模塊及其控制單元采用噪聲源一一50歐姆匹