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实验室研制首套毫米波(39.5-40GHz)太阳射电双元干涉仪
2023-08-15 10:34  

在学校攀登计划创新团队计划、国家自然基金重大科研仪器研制项目等支持下,空间电磁探测技术实验室(LEAD)近日研制成功国际首台(套)工作在39.5-40GHz的毫米波太阳射电两元干涉仪。该仪器是根据实验室首席科学家陈耀教授提出的科学目标和研制规划,由实验室主任、机电与信息工程学院严发宝教授带领团队成员攻克多项关键技术而完成。相应主要学术论文以“A Two-element Interferometer for Millimeter-wave Solar Flare Observations”为题在国际top期刊Astrophysical Journal Supplement Series (IF:8.7)在线发表(https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/acd9af ),严发宝教授为该论文的通讯作者,博士生于永林为第一作者。

地球大气的湍动、云层变化、水与氧气分子等对太阳微波辐射信号有着直接影响,使太阳射电信号经地球大气到达天线时,含有受大气吸收和湍动影响的“抖动”分量,产生噪声干扰,限制了毫米波太阳爆发信号探测的灵敏度,对于小耀斑事件的探测影响尤为严重。为减弱大气引入的太阳辐射信号噪声,有效提升耀斑射电信号测量的抗扰能力和灵敏度,实现在40GHz频段对太阳耀斑的有效监测,团队提出并研制成功39.5-40GHz毫米波太阳射电两元干涉仪。

该仪器通过安装在同一个平面支架上、基线距离230倍波长的两支天线接收太阳辐射信号,天线为50厘米口径、圆极化卡塞格伦式。仪器以归零干涉的方式抵消宁静太阳的辐射,可有效降低宁静太阳辐射对应扰动信号,进而实现对耀斑辐射的高灵敏监测。系统性能参数如下:观测频段为39.5-40GHz,频率分辨率为153kHz,时间分辨率为0.1ms,模拟前端噪声系数≤2.1dB(170K)。

39.5-40GHz两元干涉仪实物图


干涉系统指向太阳时的动态频谱及指向冷空与太阳的输出对比


天空云多、云层厚的天气下观测40GHz太阳信号时单天线与干涉系统输出对比


空间电磁探测技术实验室(LEAD)自2018年初由空间科学研究院陈耀教授、机电与信息工程学院严发宝教授联合成立,围绕微波探测与智能信息处理关键技术突破,积极对接国家战略和地方需求,获得了国家自然基金重大科研仪器研制项目、基金委重大项目课题、国家重大科技基础设施——子午工程II期、装备预研等项目资助,有效推动了跨学院的多学科汇聚交叉创新与融合发展。

有关该仪器的主要学术论文如下:

YongLin Yu (于永林), Shuo Xu (许硕), Lei Zhang (张磊), ZiQian Shang (尚自乾), ChengLong Qiao (乔成龙), ShuQi Li (李舒琪), Zhao Wu (武昭), YanRui Su (苏艳蕊), HongQiang Song (宋红强), Yao Chen (陈耀), and FaBao Yan (严发宝)*. Two-element interferometer for millimeter-wave solar flare observations, The Astrophysical Journal Supplement Series, 267:14 (2023), DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4365/acd9af


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