面向全球 21 厘米观测的天线性能优化及缩比副本验证

全天平均宇宙学 21 厘米信号可以增进我们对从黑暗时代到再电离时代结束的早期宇宙演化的理解。尽管 EDGES 实验报告了该信号的吸收剖面，但对这些结果的合理性一直存在担忧，这促使了独立的验证实验。其中一项倡议是 IGM 自旋温度测绘仪（MIST），计划部署在全球不同的偏远地点。其关键特征之一是力求通过对其不同仪器子系统（特别是其天线）进行详细建模和表征，来全面补偿系统不确定性。在这里，我们提出了一种新颖的优化方案，可用于设计应用于 MIST 的天线，以改善带宽、回波损耗和波束色散。这一新流程将粒子群优化（PSO）算法与商用电磁仿真软件（HFSS）相结合。我们改进了两种天线模型的性能：一种是与 EDGES 实验中使用的类似的矩形刀片天线，另一种是梯形领结天线。尽管在应用我们的优化方法后两种天线的性能都有所改善，我们发现领结模型在整个感兴趣频段内实现了更低的反射损耗和波束色散，从而优于刀片天线。为了进一步验证优化过程，我们还构建并表征了两种天线类型的 1:20 缩比模型，结果显示与我们的模拟具有极好的一致性。