用于干涉射电望远镜的低成本低损耗超宽带紧凑馈源

我们为采用“大-$N$、小-$D$”设计的干涉射电望远镜开发、建造并测试了一种新型馈源设计。此类阵列需要低成本、低复杂度的馈源以在合理的时间与预算内量产，同时要求馈源紧凑以最小化对天线的遮挡，并具备超宽工作频带以满足当前与未来的多数科学目标。本文提出的馈源通过采用超大背短路器修改了指数渐变槽天线（Vivaldi）与四脊喇叭天线设计，这是一种维持小尺寸且适用于更深碟形天线（$f/D\leq 0.25$）的新方法。它由激光切割铝与印刷电路板制成，因此廉价（大规模生产时每馈源 $\lesssim$ 75 美元）且建造快速；其频率比为 5:1，尺寸约为其最长工作波长的三分之一。我们给出了设计决策中的科学与工程约束、开发与优化过程以及仿真性能。该馈源设计的一个版本已为加拿大氢强度测绘实验与射电源瞬变探测仪（CHORD）原型优化并建造。在 CHORD 极深碟形天线（$f/D=0.21$）上仿真并配合 CHORD 定制第一级放大器时，从碟面到数字化器的完整接收系统在天上的系统温度 $T_\mathrm{sys}$ 在 0.3-1.5 GHz 频段大部分保持低于 30 K，并维持孔径效率 $\eta_\mathrm{A}$ 在 0.4 至 0.6 之间。整个接收链在环境温度运行。该馈源设计为对 CHORD 碟面轻微欠照射，以最小化阵列单元间耦合与溢出。