上海65m射电望远镜Ka波段极化器设计与仿真

"这篇文档是关于65米射电望远镜在上海天文台的应用，特别是其K波段极化器的设计。文章详细讨论了宽带极化器的构造，包括差分移相器和正交模转换器的设计与仿真，以及它们在整体极化器中的集成效果。设计目标是满足65米射电望远镜K波段（30-34GHz）的性能指标，要求具备良好的双圆极化输出和高隔离度。极化器采用方形波纹波导结构，并在正交模耦合器设计中引入对称结构，这种创新设计在毫米波段之前未被广泛应用。" 本文的核心知识点如下： 1. **射电望远镜极化器**：极化器是射电望远镜接收系统的关键组件，用于将天线接收的电磁波分解为正交分量，并能将正交分量合成，为后续电路提供理想的输入。它的性能直接影响接收系统的整体效能。 2. **K波段**：K波段是指频率在26.5-40GHz或30-34GHz的电磁波频段，对于射电天文学有重要应用。文中提到的K波段极化器设计工作在30-34GHz，相对带宽为13%，要求接收机噪声低至30K，并具有双圆极化输出和25dB以上的隔离度。 3. **差分移相器**：这是一种能够在不同路径上引入相位差的器件，常用于极化器中实现正交信号的生成。在宽带设计中，差分移相器能够保证在整个频率范围内保持稳定的相位差。 4. **正交模转换器**：正交模转换器（Orthogonal Mode Transducer, OMT）的作用是将单模波导中的两种正交极化模式分离或合成。在K波段设计中，采用对称结构的OMT是为了优化宽带特性和提高性能。 5. **波纹波导**：这是一种在高频段常用的结构，尤其适合宽带应用。方形波纹波导设计可以有效处理K波段的电磁波，同时提供所需的极化分离。 6. **仿真技术**：文中提到了使用HFSS（High Frequency Structure Simulator）进行仿真，这是一种广泛使用的电磁场仿真软件，用于预测和优化微波和射频组件的性能。 7. **馈源与低噪声放大器**：馈源负责收集天线接收的信号，而极化器则位于馈源和低噪声放大器之间，其作用是净化信号，降低噪声，确保进入后续电路的信号质量。 8. **设计挑战**：在不同频段，极化器的设计需考虑尺寸、带宽和其他因素。对于K波段，方形波纹波导和对称结构OMT是创新选择，解决了尺寸和宽带性能之间的矛盾。 9. **接收系统性能**：极化器性能的优劣直接影响接收系统的噪声系数、隔离度等关键指标，因此对其深入研究和优化设计至关重要。 这篇文档详细介绍了65米射电望远镜K波段极化器的创新设计和实现方法，展示了在射电天文学领域的先进技术应用。