一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜

1.本发明属于射电天文望远镜技术领域，具体涉及一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜。


背景技术：

2.银河系中性氢原子的1420.4mhz的谱线的辐射是上世纪五十年代初通过射电天文观测手段首次被发现。银河系中性氢谱线观测是对银河系的动力学做研究的重要手段之一。
3.用于发现银河系中性氢的射电望远镜主要由一个喇叭天线和后续的低噪声接收机组成。喇叭天线的分辨率不高，仅能够进行角分辨率较低的观测。更高分辨率的银河系中性氢的系统的观测工作需要使用较大口径的射电望远镜，如大口径的反射面射电望远镜，如荷兰25米射电望远镜等。
4.上述用于银河系中性氢谱线观测的射电望远镜尺寸大小不一，往往安装于一个固定的地点，不方便移动。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜。本发明可以较低成本进行银河系中性氢谱线观测，进行相关的科学普及和教育推广。
6.本发明的技术方案为：
7.一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，包括喇叭天线、接收机电路和谱线数据处理单元；其中，
8.所述喇叭天线包括框架、可折叠喇叭和波导同轴转换单元；所述框架一端用于连接固定所述可折叠喇叭打开状态时的上端喇叭开口，所述框架另一端用于连接固定波导同轴转换单元；所述可折叠喇叭的下端开口与所述波导同轴转换单元的波导开口相连；
9.所述喇叭天线，用于将所述上端喇叭开口接收的入射电磁波汇聚到所述下端开口；
10.所述波导同轴转换单元，用于将输入的电磁波转换为沿同轴线输出的信号并输入到所述接收机电路；
11.所述接收机电路，用于对输入信号进行处理后输入到所述谱线数据处理单元进行频谱处理。
12.进一步的，所述可折叠喇叭的内表面为导电表面。
13.进一步的，所述可折叠喇叭的材料为玻纤铝箔布。
14.进一步的，所述框架为可拆卸组装的长方体结构。
15.进一步的，所述接收机电路包括依次连接的低噪声放大器、滤波器和射频放大器；其中，所述低噪音放大器用于对输入信号进行低噪声放大，所述滤波器用于滤除观测波段
之外的强干扰信号，所述射频放大器用于对信号进行放大。
16.进一步的，所述谱线数据处理单元，用于对信号做频谱分析，得到信号功率随频率的变化情况。
17.本发明的优点如下：
18.本发明的银河系中性氢射电望远镜具有可折叠、便携的主要特点，并可以对银道面中性氢进行有效观测，可以用来对银河系的动力学做初步的分析。
19.上述中性氢射电望远镜，由于具有可折叠、便携及低成本的特点，可用于大学、中学的选修课及课外活动的科技制作的选题，并对天文学及物理学的普及有积极意义。
附图说明
20.图1为安装在框架内部的喇叭天线。
21.图2为喇叭天线折叠后的示意图。
22.图3为波导同轴转换部分结构示意图。
23.图4为望远镜信号流程示意图。
24.图5为观测得到的银道面中性氢谱线观测结果。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
26.本发明提出的射电望远镜主要由可折叠、便携的喇叭天线，接收机电路和谱线数据处理单元组成。其中可折叠、便携的喇叭天线为本发明的主要内容。
27.可折叠、便携的喇叭天线由框架、可折叠的喇叭和波导同轴转换部分组成。
28.喇叭天线的框架由角钢制作，框架为长方体结构，其上部的正方形边长约为85厘米。框架制作的材料为角钢、三角片、螺丝和螺母，框架可以方便、快速地组装和拆卸，具备便携的特点。
29.可折叠的喇叭由防水布或玻纤铝箔布通过裁剪和缝合制作，使用防水布时须在喇叭内壁粘上铝胶带构成导电表面。可折叠的喇叭安装在框架内部，通过螺丝和捆绑固定(如图1所示)。由于可折叠的喇叭使用的是防水布，可以方便地拆装和折叠(如图2所示)，以方便携带。
30.波导同轴转换采用单面覆铜电路板制作。通过微波仿真计算，确定各部分尺寸，其结构如图3所示，波导同轴转换部分，由单面覆铜电路板和n型同轴接头及一段铜线制作。
31.望远镜的组成和信号流程如图4所示。喇叭下端开口与波导同轴转换的波导开口相连。波导同轴转换的同轴输出信号经低噪声放大器、滤波器和射频放大器放大后，送到频谱仪进行频谱处理。喇叭的作用是将喇叭上端开口处的入射电磁波汇聚到喇叭下端开口；波导同轴转换的作用是将从波导开口输入的电磁波转换为沿同轴线输出的信号；低噪音放大器对信号进行低噪声放大；滤波器的作用是滤除观测波段之外的强干扰信号；射频放大器的作用是对信号进一步放大；频谱仪的作用是对信号做频谱分析，得到信号功率随频率的变化情况。
32.将喇叭天线、接收机电路组装完成，进行了银道面中性氢谱线观测，接收信号的频
谱分析在试验中使用用频谱仪进行。将喇叭天线指向银道面，得到相应位置的中性氢谱线观测结果(见图5)。
33.尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。


技术特征：
1.一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，包括喇叭天线、接收机电路和谱线数据处理单元；其中，所述喇叭天线包括框架、可折叠喇叭和波导同轴转换单元；所述框架一端用于连接固定所述可折叠喇叭打开状态时的上端喇叭开口，所述框架另一端用于连接固定所述波导同轴转换单元；所述可折叠喇叭的下端开口与所述波导同轴转换单元的波导开口相连；所述喇叭天线，用于将所述上端喇叭开口接收的入射电磁波汇聚到所述下端开口；所述波导同轴转换单元，用于将输入的电磁波转换为沿同轴线输出的信号并输入到所述接收机电路；所述接收机电路，用于对输入信号进行处理后输入到所述谱线数据处理单元进行频谱处理。2.根据权利要求1所述的可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，所述可折叠喇叭的内表面为导电表面。3.根据权利要求2所述的可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，所述可折叠喇叭的材料为玻纤铝箔布。4.根据权利要求1所述的可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，所述框架为可拆卸组装的长方体结构。5.根据权利要求1至4任一项所述的可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，所述接收机电路包括依次连接的低噪声放大器、滤波器和射频放大器；其中，所述低噪音放大器用于对输入信号进行低噪声放大，所述滤波器用于滤除观测波段之外的强干扰信号，所述射频放大器用于对信号进行放大。6.根据权利要求1至4任一项所述的可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，所述谱线数据处理单元，用于对信号做频谱分析，得到信号功率随频率的变化情况。

技术总结
本发明公开了一种可折叠、便携的银道面中性氢射电望远镜，其特征在于，包括喇叭天线、接收机电路和谱线数据处理单元；其中，所述喇叭天线包括框架、可折叠喇叭和波导同轴转换单元；所述框架一端用于连接固定所述可折叠喇叭打开状态时的上端喇叭开口，所述框架另一端用于连接固定波导同轴转换单元；所述可折叠喇叭的下端开口与所述波导同轴转换单元的波导开口相连；所述喇叭天线，用于将所述上端喇叭开口接收的入射电磁波汇聚到所述下端开口；所述波导同轴转换单元，用于将输入的电磁波转换为沿同轴线输出的信号经所述接收机电路输入到所述谱线数据处理单元进行频谱处理。本发明具有可折叠、便携及低成本的特点，可提高对天文学及物理学的普及。学及物理学的普及。学及物理学的普及。


技术研发人员：王君 金乘进 朱岩 高龙 叶文 冯寅初 刘彬 柴晓明 彭勃
受保护的技术使用者：中国科学院国家天文台
技术研发日：2022.02.15
技术公布日：2022/6/10