深空网低噪声系统

第1章 概论1
参考文献8
第2章 深空网所用的系统噪声概念9
2.1 概述9
2.2 噪声温度的概念12
2.2.1 热噪声12
2.2.2 系统工作噪声温度13
2.2.3 普朗克辐射定律噪声功率减小14
2.2.4 不同参考位置噪声温度的转换17
2.2.5 噪声温度和损耗分量19
2.2.6 接收机噪声温度和噪声系数19
2.3 天线19
2.3.1 天线噪声温度19
2.3.2 DSN天线21
2.3.3 天线外部噪声源23
2.4 低噪声放大器30
2.4.1 接收机等效噪声温度30
2.4.2 级联放大器的噪声温度30
2.5 接收系统32
2.5.1 接收系统的品质因数32
2.5.2 接收系统工作噪声温度32
2.6 测量方法47
2.6.1 Y因子噪声温度校准法47
2.6.2 衰减50
2.6.3 接收系统的非线性51
2.6.4 接收系统小型校准55
2.7 DSN中的辐射计55
2.7.1 引言55
2.7.2 总功率辐射计56
2.7.3 迪克辐射计58
2.7.4 加噪声辐射计58
2.7.5 辐射计稳定性62
2.8 现状和未来64
参考文献70
第3章 红宝石脉泽74
3.1 引言74
3.2 红宝石特性77
3.3 旋子谐振、外加磁场、红宝石定向、低温需求和激励78
3.4 旋子晶格弛豫时间、反转比、跃迁概率、填充系数和磁Q80
3.5 红宝石脉泽的噪声温度86
3.6 红宝石脉泽用作噪声温度标准91
3.7 防射频干扰94
3.8 早期的DSN腔体脉泽94
3.9 梳型行波脉泽97
3.10 反射波脉泽108
3.11 Ka频段返回腔体脉泽110
3.12 脉泽设计分析112
参考文献121
第4章 低温制冷系统126
4.1 简介126
4.2 使用低温冷却的优点128
4.3 开环制冷130
4.4 热传递134
4.5 装在天线上的制冷器的操作138
4.6 闭环氦制冷机139
4.7小结151
参考文献152
第5章 高电子迁移率晶体管低噪声放大器154
5.1 引言――半导体的电导率154
5.1.1 载流子和能带间隙154
5.1.2 载流子的迁移特性155
5.1.3 施主杂质和受主杂质157
5.1.4 异质结――HEMT与MESFET158
5.2 多简称器件(MAD)――HEMT简史159
5.2.1 用于深空网和射电天文的HEMT――旅行者飞抵海王星159
5.2.2 深空网的InP基HEMT低噪声放大器160
5.3 HEMT的生长技术161
5.3.1 分子束外延(MBE)161
5.3.2 金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)162
5.4 HEMT材料的演变――从GaAs到InAs163
5.4.1 AlGaAs/GaAs基低噪声HEMT器件的优化结构164
5.4.2 GaAs赝同晶HEMT器件――AlGaAs/InGaAs/GaAs基PHEMT165
5.4.3 InP上InAlAs/InGaAs HEMT器件167
5.4.4 GaAs基InAlAs/InGaAs HEMT器件――变形高迁移晶体管或MHEMT168
5.5 器件制造169
5.5.1 晶片的制备与清洁169
5.5.2 “混合”光刻照相170
5.6 HEMT器件的噪声模型174
5.6.1 带噪线性二端模型174
5.6.2 半经验小信号噪声模型175
5.7 低噪声放大器的开发179
5.7.1 器件特性表征――低温探针测试台179
5.7.2 器件特性表征――低温探针台校准181
5.7.3 器件特性测量及模型182
5.7.4 无源元件特性测量及模型185
5.8 低噪声放大器的建模和特性表征186
5.9 子系统测量190
5.10 小结192
参考文献193
第6章 微波频率上的大气衰减和噪声温度204
6.1 概述204
6.2 地表气象模型206
6.2.1 Tp(h)的计算206
6.2.2 α(h,f)的计算207
6.3 水汽辐射计数据212
6.3.1 水汽辐射计及其数据处理方法212
6.3.2 由31.4 GHz天空亮温度测量数据计算大气噪声温度212
6.3.3 基于WVR测量数据的DSN大气噪声温度统计215
6.4 天气预报218
6.5 结束语――未来发展方向220
6.5.1 当前状态220
6.5.2 Ka频段的近期发展221
6.5.3 天线组阵221
6.5.4 光通信222
6.5.5 天基中继转发站222
参考文献223
第7章 天线校准225
7.1 概述225
7.2 对校准系统的要求228
7.3 测量口面效率和指向精度的常规方法228
7.3.1 源尺度修正系数229
7.3.2 通量密度231
7.3.3 辐射源温度232
7.4 光栅扫描法233
7.4.1 系统噪声温度的波动236
7.4.2 OTF测绘研发系统的设计238
7.4.3 测试结果242
7.5 盲指向校准243
7.6 卡西尼？木星微波观察活动(Cassini JMOC)246
7.6.1 引言246
7.6.2 观测247
7.6.3 结果248
7.7 深空网实用天线校准和测量设备（ACME）251
7.7.1 ACME的主要功能251
7.7.2 子系统的设计和说明252
7.7.3 辐射计校准253
7.7.4 指向性能测量253
7.7.5 副反射器位置优化254
7.8 小结254
参考文献255
第8章 微波天线全息术259
8.1 引言259
8.2 全息系统仿真262
8.3 全息接收机信号分析269
8.4 数据处理的数学公式272
8.5 应用276
8.5.1 34m口径波束波导研发天线276
8.5.2 波束波导天线的重力特性278
8.5.3 深空网34m口径波束波导天线实用网281
8.5.4 副反射器位置修正283
8.6 小结284
参考文献284