课题基金 / 基金详情

MMIC毫米波焦平面阵列接收机关键技术研究

批准号:
12073064
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
李斌
学科分类:
射电天文技术和方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李斌

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
下一代W波段焦平面阵列接收机的规模已经达到100像元,配置后将成比例提升望远镜观测效率,兼顾大口径天线的高灵敏度和大视场,加速数据获取并促进科学产出。以MMIC放大器为核心的有源集成化阵列单元在灵敏度方面已经接近传统SIS超导混频器方案,并且有潜力突破百像元阵列的冷量限制和本振分配限制,相关技术也是国际天文机构研究的热点和难点。本项目针对MMIC毫米波焦平面阵列接收机的关键技术开展研究,并试制2件阵列单元样机,主要指标和特点:1)频率覆盖W波段全带宽70-116GHz,双线极化;2)采用有源OMT技术,减少法兰、改善驻波并缩小外形尺寸,接收机噪声温度优于60K;3)实现馈源和有源OMT在内的阵列单元一体化设计,径向尺寸小于31mm,改善外沿像元方向图和效率,满足即插即用的阵列式集成方式;4)开展基于10K制冷机的100像元阵列冷量分析和杜瓦设计。
英文摘要
The next generation of W-band Focal Plane Array (WFPA) receivers has reached the scale of 100 pixels, and scales up the observation efficiency of radio telescopes. The WFPA is compatible with high sensitivity and large field of view (FOV) of large-aperture telescopes simultaneously, that will accelerate the acquisition of observation data and promote radio astronomy sciences. The sensitivity of the active array unit with MMIC cryogenic low noise amplifiers integrated is very close to the traditional SIS receiver structure, and also has the potential to break through the technical limits of cold power provide by 4K cold head and Local Oscillator distribution in the case of the array with hundreds of pixels. In this proposal, the key technologies of MMIC Millimeter-wave FPA receiver will be studied, and two prototypes of array unit will be built. The main features and characteristics includes: 1) 70-116 GHz frequency coverage which called full bandwidth of W-band, and dual linear polarizations per pixel. 2) The Active OMT technology will cancel the UG387 flanges between OMT and LNAs which will improve the standing wave and reduce the overall size. The lower than 60K receiver noise temperature is expected; 3) A array unit including feed horn and Active OMT integrated with LNAs, will be fabricated and assembled to one piece. The radial size of whole unit is less than 31mm, which will improve the radiation pattern and aperture efficiency of the edge pixels. The plug-and-play integration mode will be adopted; 4) A cryostat of the WFPA with 100 pixels will be designed, and cooling capacity analysis based on 10K refrigerator will be carried out.
W波段是研究银河系及河外星系恒星形成机制的重要观测波段,下一代W波段焦平面阵列接收机的规模已经达到100像元,配置后将成比例提升望远镜观测效率,兼顾大口径天线高灵敏度特性的同时实现大视场,加速数据获取并促进科学产出。本项目采用以MMIC放大器为核心的有源集成化阵列单元,在灵敏度方面实现接近传统SIS超导混频器方案,并且突破了百像元阵列的冷量限制和本振分配限制。主要研究内容和成果包括:1)实现阵列单元样机,频率覆盖W波段全带宽70-116GHz。按照天马望远镜65米天线光路设计的波纹喇叭馈源,优化确定-12dB边沿照射电平,口面内径仅为24mm,全频带方向图光滑无畸变,采用电铸工艺进行加工。使用改进型Boifot结构设计了并加工一款OMT,精度达到5微米,W波段全频带覆盖,输出端口设计有小尺度矩形转换波导,将双线极化矩形波导输出的方向调整为一致,便于后级波导形式的MMIC致冷低噪声放大器连接。2)使用德国IAF 50纳米mHMET工艺设计低噪声放大器芯片,尺寸2mm*1mm,5级级联结构,完成了裸片常温片上测试,包括不同供电偏置下的芯片噪声和增益测量,研制WR10波导接口的放大器屏蔽盒体,包括67-116GHz频带的GSG形式波导探针,常温片上测量结果显示在75-110GHz频带内增益大于23dB,噪声系数约为1.5dB,功耗约80毫瓦。3)完成了100像元阵列接收机前端设计,实现馈源和有源OMT在内的阵列单元一体化设计,径向尺寸小于31mm, .准光学低损耗真空微波窗口包含校准窗口、真空窗口和红外滤波窗口,窗口直径50mm,窗口厚度4mm,为高纯度特氟龙材料加载环形匹配结构,红外窗口厚度2.5mm,使用多层低损耗薄膜叠加而成,红外滤波比率达到78%,完成了基于10K制冷机的100像元阵列冷量分析和杜瓦设计。本项目在国际主流指标约束下,完成了兼顾高性能、小型化、集成化、低功耗和可拓展性的100阵元W波段超外差接收机前端设计和关键部件研究,为超大规模射电天文接收系统试制和应用提供技术储备。
6.5-45.5GHz超宽带致冷接收机的关键技术研究
  • 批准号:
    11473060
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    94.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李斌
  • 依托单位:
厘米波段致冷接收机的关键技术研究
  • 批准号:
    11078003
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    170.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    李斌
  • 依托单位:
超低温器件参数提取的关键技术研究
  • 批准号:
    10903024
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    李斌
  • 依托单位:
国内基金
海外基金