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面向LCT望远镜的345GHz亚毫米波边带分离接收机研制及其关键技术研究

批准号:
12073018
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
刘锋
依托单位:
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:
刘锋

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
亚毫米波涵盖了超过一半的宇宙空间光子、星际分子及冷暗天体的辐射特征,因此在射电天文领域具有独特的研究价值。再加上天文探测所具有的高噪声、弱信号、被动探测等特点,亚毫米波天文探测技术已成为现代物理学最前沿和最具有挑战性的研究领域之一。本项目基于我们主导LCT亚毫米波望远镜运行、维护和升级的机会,就降低亚毫米波望远镜系统噪声温度,进一步提升望远镜探测灵敏度的目标进行研究。和双边带SIS接收机相比,边带分离型SIS接收机将上下边带分离,能减小一半的大气噪声温度,从而大大降低望远镜的系统噪声温度。项目中,我们将重点进行345GHz亚毫米波边带分离接收机的设计,研究噪声温度、镜像抑制比和稳定性等核心指标和关键技术问题,分析接收机各子系统噪声来源、确定边带分离技术的制约因素,解决开发高性能亚毫米波边带分离接收机中的关键技术问题。研究为未来LCT望远镜双边带接收机的全面升级提供技术支撑与可行性验证。
英文摘要
Sub-millimeter (Sub-mm) EM radiation has quite unique research values in radio astronomical observation in that more than one half space radiation from cosmos, interstellar molecules, and cold dark celestial bodies has such ‘fingerprint’characteristics. The technologies of sub-mm detection in astrophysics have been one of the most exciting cutting edge fields in modern physics nowadays thanks to high noisy, faint and passive signal features. Based on the opportunities of dominating the LCT operation, maintenance and technology upgrade, the project aims on how to decrease the system noise temperature and further to improve the detection capabilities of LCT telescope. Compared to the dual side-band (DSB) SIS receivers, the atmosphere noise temperature of side-band separation (2SB) receivers is only a half, resulting in a drastic decrease in the system noise temperature. The study focuses on the crucial indices and key technologies including the noise temperature, the image rejection ratio and the stability of 2SB receivers. This helps the physical understanding on the noise origin of the sub-systems and the exploration of the bottle-neck factor of 2SB technologies, enabling the development of high-performance 345 GHz sub-mm 2SB receivers instead of the old DSB receivers. We believe the project provides vital technological references and supports on the exploration of the overall upgrade on 230, 460, and 650 GHz DSB receivers in LCT in the near future.
本项目基于由我们主导的LCT望远镜平台,通过将现有双边带亚毫米波接收机升级为边带分离超导接收机,大幅降低望远镜系统噪声温度,实现LCT亚毫米波望远镜探测能力的进一步提升。在边带分离亚毫米波接收机研制中,我们在继承LCT望远镜现有亚毫米波器件技术基础上,进行345GHz边带分离接收机设计与理论分析,并基于研究结果完成接收机研制,接收机射频带宽约70GHz,中频带宽4GHz,噪声温度约80K。项目通过对接收机各子系统的噪声来源进行研究,发现射频噪声是主要的噪声来源,提高本振信号源纯度以及探测器前端光学效率可以显著降低接收机整体的噪声。通过对边带分离技术的制约因素分析发现,混频器电压偏置点及本振功率对系统噪声温度和稳定性有很大的影响,精准的相位转换以及适宜的信号强度是提升接收机边带镜像抑制比和探测灵敏度的关键。此外,项目还进行了10-18GHz边带分离接收机系统的噪声系数、镜像抑制比等关键技术研究。项目的完成为LCT望远镜其他波段如230,460,650GHz双边带接收机的全面升级提供技术参考;同时项目的研究成果可以推动国家亚毫米波探测相关关键技术的快速发展,为我国南极战略工程和我国亚毫米波段的研发进行人才储备。
面向多任务的LCT亚毫米波接收机关键技术
  • 批准号:
    12141303
  • 项目类别:
    专项项目
  • 资助金额:
    240.00万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘锋
  • 依托单位:
基于石墨烯场效应管的太赫兹天文探测器研究
  • 批准号:
    U1531109
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    47.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘锋
  • 依托单位:
生物体“超负角色散”现象及结构色研究
  • 批准号:
    11104187
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    刘锋
  • 依托单位:
国内基金
海外基金