深空网低噪声系统 _生活百科

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深空网低噪声系统【深空网低噪声系统】《深空网低噪声系统》是2013年出版的图书，作者是[美]MacgregorS.Reid 。
基本介绍书名：深空网低噪声系统
作者：[美]Macgregor S. Reid 主编
译者：李赞
ISBN：9787302316237
定价：65元
出版时间：2013-5-23
装帧：精装
版次：1
前言喷气推进实验室（JPL）是设在加利福尼亚理工学院帕萨迪纳的一个研究部。JPL的历史可追溯到20世纪30年代早期，当时毕业于加州理工学院古根海姆航空实验室的学生Frank Malina，就他的毕业论文嚮导师Theodore von Karman提出了一个设计、建造和测试火箭发动机的建议。建议被接纳后，Malina就开始着手研究工作。他很快挑选了两个助手，而且他们的合作研究获得了很大进展。实际上加州理工学院禁止他们进一步开展实验（与噪声过大有关），于是他们将实验设备搬到了约距加州理工学院校园12km的一个乾燥的河谷内，正好在帕萨迪纳市所辖範围外，即现在的La Caada市，也是目前JPL所在的位置。实验在整个20世纪30年代都进展得很顺利，直至第二次世界大战开始，Karman将该项研究扩建成了一个新的实验室，后来称为喷气推进实验室。JPL的成功实验使其在整个“二战”期间和以后都获得了美国陆军的资助。此时，美国正在研製弹道飞弹，JPL参与了无线电跟蹤和飞弹控制项目，而这一跟蹤系统就是目前用于跟蹤太空飞行器的全球深空网（DSN）的先驱。苏联在1957年发射了第一颗人造地球卫星。第二年，JPL併入新成立的国家航空航天局，自此，JPL及DSN就一直领导或支持着对太阳系每一颗行星和其他诸多天体的探测活动。当前JPL的目标之一是更深入地了解太阳系的起源和演化，进而了解宇宙中生命的起源和进化。这一目标将由那些到达行星、行星的卫星、小行星和彗星的机器人太空飞行器来承担。除此之外，JPL还支持探测宇宙边界的许多宇宙飞行器的星载观测，而且，这些探测活动所获得的数据还在稳步增长中。而DSN的目标是从太空飞行器获取遥测数据、向太空飞行器传送遥控指令、获取太空飞行器的位置和速度、进行甚长基线干涉观测、进行射电和天文研究、为射电科学试验测量无线电波的各种变化、蒐集科学数据、监视和控制测控网的性能。DESCANSO系列丛书的主编Joseph H.Yuen规定了DSN技术的範围和描述。本书是该系列丛书之一，阐述构成所有DSN地面站前端的低噪声微波系统。微波前端是确定接收链路乃至整个地面站灵敏度和性能的关键。接收系统的灵敏度和性能用G/T值来表示，这里G是天线增益，T是整个接收链路的总噪声温度，通常称为系统工作噪声温度Top 。为了提高地面站的接收能力，必须提高G/T值，它可以通过增大天线增益或减小Top来实现。过去，DSN既增大天线增益G，也减小系统工作噪声温度Top，但事实表明，在一定程度上减小Top比增大G会更加经济和有效。因为地面站的微波前端对于确定接收链路的灵敏度和性能至关重要，接收系统的设计者们有责任付出巨大努力来减小Top、标校和保持前端的低噪声。Top确定的越精确，就越能减小太空飞行器任务设计中允许的容差，而减小太空飞行器功率设计容差能够大大降低成本，对于同样的太空飞行器功率而言，就意味着增大科学数据的传送速率，或在这两者之间进行折衷。因此，提高接收链路的校準精度是极其重要的。精确的噪声温度校準对于保持地面站的低噪声性能也同样重要，同时，天线增益的测量精度也非常重要。本书还介绍了目前天线校準和其他一些新技术。在行星际距离上成功完成无线电通信很困难，也极富挑战性。在DSN系统中为达到所需的系统灵敏度，都需採用极低噪声的前端。本书描述了DSN中各种低噪声系统，包括它们的开发、校準和操作，以及这些系统是如何用于跟蹤和科学试验的。其中一章叙述前端的总系统噪声温度校準，其他章节详细阐述几种低噪声接收机前端，还有大气和天线增益的校準。本书适合于通信系统、射电和天文台、空间研究设施和干涉测量天文台的设计和操作者们阅读。本书给出了严密而详细的分析，为便于参考，还汇集了一些关键的公式。在系统噪声温度计算中一般不使用精确定义（比通常工业中使用的更精确），它们都基于IEEE标準和规範，而技术人员通常都不使用，其他书本也没有探究得如此详细。然而，所有的分析过程和公式都用来自现场的测量数据的实例充分说明。详细的说明使读者利用有限的知识就足以理解全文，但必要时，仍不缺乏严密的推导，虽然有些部分可能用到研究生程度的微积分知识，但具备高等代数和大学微积分知识的读者一般就能够理解本书中的内容。分析是通过示例和详细研究计画给出的，所以测量数据校準误差的均值和统计分析并不需要进行数学运算。Macgregor S.Reid，加利福尼亚州帕萨迪纳2008年2月目录第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92.1概述92.2噪声温度的概念122.2.1热噪声122.2.2系统工作噪声温度132.2.3普朗克辐射定律噪声功率减小142.2.4不同参考位置噪声温度的转换172.2.5噪声温度和损耗分量192.2.6接收机噪声温度和噪声係数192.3天线192.3.1天线噪声温度192.3.2DSN天线212.3.3天线外部噪声源232.4低噪声放大器302.4.1接收机等效噪声温度302.4.2级联放大器的噪声温度302.5接收系统322.5.1接收系统的品质因数322.5.2接收系统工作噪声温度322.6测量方法472.6.1Y因子噪声温度校準法472.6.2衰减502.6.3接收系统的非线性512.6.4接收系统小型校準552.7DSN中的辐射计552.7.1引言552.7.2总功率辐射计562.7.3迪克辐射计582.7.4加噪声辐射计582.7.5辐射计稳定性622.8现状和未来64参考文献70第3章红宝石脉泽743.1引言743.2红宝石特性773.3旋子谐振、外加磁场、红宝石定向、低温需求和激励783.4旋子晶格弛豫时间、反转比、跃迁机率、填充係数和磁Q803.5红宝石脉泽的噪声温度863.6红宝石脉泽用作噪声温度标準913.7防射频干扰943.8早期的DSN腔体脉泽943.9梳型行波脉泽973.10反射波脉泽1083.11Ka频段返回腔体脉泽1103.12脉泽设计分析112参考文献121第4章低温製冷系统1264.1简介1264.2使用低温冷却的优点1284.3开环製冷1304.4热传递134 4.5装在天线上的製冷器的操作1384.6闭环氦制冷机1394.7小结151参考文献152ⅩⅤⅠⅠⅩⅤⅠⅠⅠ第5章高电子迁移率电晶体低噪声放大器1545.1引言——半导体的电导率1545.1.1载流子和能带间隙1545.1.2载流子的迁移特性1555.1.3施主杂质和受主杂质1575.1.4异质结——HEMT与MESFET1585.2多简称器件(MAD)——HEMT简史1595.2.1用于深空网和射电天文的HEMT——旅行者飞抵海王星1595.2.2深空网的InP基HEMT低噪声放大器1605.3HEMT的生长技术1615.3.1分子束外延(MBE)1615.3.2金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)1625.4HEMT材料的演变——从GaAs到InAs1635.4.1AlGaAs/GaAs基低噪声HEMT器件的最佳化结构1645.4.2GaAs赝同晶HEMT器件——AlGaAs/InGaAs/GaAs基PHEMT1655.4.3InP上InAlAs/InGaAs HEMT器件1675.4.4GaAs基InAlAs/InGaAs HEMT器件——变形高迁移电晶体或MHEMT1685.5器件製造1695.5.1晶片的製备与清洁1695.5.2“混合”光刻照相1705.6HEMT器件的噪声模型1745.6.1带噪线性二端模型1745.6.2半经验小信号噪声模型1755.7低噪声放大器的开发1795.7.1器件特性表征——低温探针测试台1795.7.2器件特性表征——低温探针台校準1815.7.3器件特性测量及模型1825.7.4无源元件特性测量及模型1855.8低噪声放大器的建模和特性表征1865.9子系统测量1905.10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2046.1概述2046.2地表气象模型2066.2.1Tp(h)的计算2066.2.2α(h,f)的计算2076.3水汽辐射计数据2126.3.1水汽辐射计及其数据处理方法2126.3.2由31.4GHz天空亮温度测量数据计算大气噪声温度2126.3.3基于WVR测量数据的DSN大气噪声温度统计2156.4天气预报2186.5结束语——未来发展方向2206.5.1当前状态2206.5.2Ka频段的近期发展2216.5.3天线组阵2216.5.4光通信2226.5.5天基中继转发站222参考文献223第7章天线校準2257.1概述225 7.2对校準系统的要求2287.3测量口面效率和指向精度的常规方法2287.3.1源尺度修正係数2297.3.2通量密度2317.3.3辐射源温度2327.4光栅扫描法2337.4.1系统噪声温度的波动2367.4.2OTF测绘研发系统的设计2387.4.3测试结果2427.5盲指向校準2437.6卡西尼木星微波观察活动(Cassini JMOC)2467.6.1引言2467.6.2观测2477.6.3结果2487.7深空网实用天线校準和测量设备（ACME）2517.7.1ACME的主要功能2517.7.2子系统的设计和说明2527.7.3辐射计校準2537.7.4指向性能测量2537.7.5副反射器位置最佳化2547.8小结254参考文献255第8章微波天线全息术2598.1引言2598.2全息系统仿真2628.3全息接收机信号分析2698.4数据处理的数学公式2728.5套用2768.5.134m口径波束波导研发天线2768.5.2波束波导天线的重力特性2788.5.3深空网34m口径波束波导天线实用网2818.5.4副反射器位置修正2838.6小结284参考文献284ⅩⅠⅤ