全球 21cm 实验 LEDA 的天线波束表征及其对信号模型参数重建的影响

宇宙黎明，即早期宇宙中恒星形成的开端，原则上可通过中性氢的 21cm 跃迁来研究，为此预测到一个天空平均吸收信号，红移至 MHz 频率，预计为 {\it O}(10-100)\,mK。探测需要将 21cm 信号与因银河系结构产生的明亮色散前景辐射分离，并表征其如何耦合到仪器响应中。在本工作中，我们通过模拟对用于探测暗时代的大孔径实验（LEDA）的天线增益方向图进行表征，评估所用天线地平面几何形状及实测土壤性质的影响。然后我们研究波束方向图不确定性对高斯吸收特征重建的影响。假设方向图已知并校正仪器的色散性，前景可用对数多项式建模，且 21cm 信号可被高精度识别。然而，土壤性质的不确定性导致色散性发生 \textperthousand\ 量级的变化，可使信号恢复产生偏差。偏差在幅度上可达两倍，在频率位置上可达百分之几。这些效应似乎不能由更大的地平面缓解，相反，具有更大地平面的增益方向图表现出更复杂的频率结构，显著损害参数重建。我们的结果与其他天线设计研究一致，强调了色散响应的重要性，并建议在全局信号实验中假设对数多项式前景模型时须谨慎。