專利名稱：陣列成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射電天文望遠(yuǎn)鏡，具體涉及陣列成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太赫茲超導(dǎo)探測(cè)器是目前廣泛應(yīng)用于射電天文接收機(jī)中的高靈敏度探測(cè)器。為了實(shí)現(xiàn)與射電天文望遠(yuǎn)鏡主天線的高效信號(hào)耦合，精確表征超導(dǎo)探測(cè)器的遠(yuǎn)場(chǎng)波束特性顯得尤為重要。頻率低于I. 5 THz時(shí)，波導(dǎo)型超導(dǎo)探測(cè)器集成了波導(dǎo)喇叭作為接收天線，具有很好的波束特性。但是隨著頻率的升高，波導(dǎo)的尺寸變得越來越小(與工作波長接近)，加工制作在技術(shù)上存在較大困難，同時(shí)成本很高。另外金屬表面趨膚深度(skin cbpth)隨著頻率的升高而減小，也就是說高頻電流越來越向波導(dǎo)表面集中，金屬波導(dǎo)的表面粗糙度導(dǎo)致波導(dǎo)損耗隨著頻率而急劇增加。同時(shí)波導(dǎo)喇叭及其相應(yīng)的連接波導(dǎo)通常采用機(jī)械加工制作， 不適合大規(guī)模陣列應(yīng)用。另外一種信號(hào)耦合形式-準(zhǔn)光學(xué)型超導(dǎo)探測(cè)器-硅透鏡與平面天線組成的混合天線，通過平面工藝將探測(cè)器與平面天線一次制作完成，再與硅透鏡集成。因其工藝簡單，造價(jià)低，安裝方便，易于大規(guī)模集成等特點(diǎn)，并且在高頻時(shí)損耗比波導(dǎo)型探測(cè)器小得多，而逐漸被應(yīng)用于太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡。隨著現(xiàn)代射電天文的發(fā)展，尤其是大規(guī)模巡天觀測(cè)的要求，多波束接收機(jī)組成的探測(cè)器陣列其效率與像元數(shù)成正比，能夠極大地縮短觀測(cè)時(shí)間，開始被大規(guī)模采用。比如應(yīng)用于James Clerk Maxwell Telescope (JCMT)望遠(yuǎn)鏡的SCUBA2構(gòu)建高達(dá)1000個(gè)像兀的高靈敏度超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊沿結(jié)探測(cè)器(superconducting transition edge sensor, TES)陣列。 而應(yīng)用于 Heinrich Hertz
Submillimeter Telescope (HHT)望遠(yuǎn)鏡的外差混頻器陣列Supercam集成了 64個(gè)超導(dǎo)隧道結(jié)(Superconductor-Insulator-Superconductor，SIS)混頻器。安裝于青海 13.7 米毫米波望遠(yuǎn)鏡上的超導(dǎo)成像頻譜儀，是我國第一臺(tái)3x3邊帶分離型混頻器陣列，觀測(cè)效率提高了近20倍。為了保證各像元之間的精確定位，所有像元安裝到同一個(gè)金屬基座上，放置于望遠(yuǎn)鏡的焦平面上，這樣的結(jié)構(gòu)保證了探測(cè)器陣列的相對(duì)位置和良好冷卻。通過在硅透鏡表面鍍上厚度為四分之一波長的防反射層(η= V (nSi)=1.85)，消除硅透鏡表面的反射，相應(yīng)降低光學(xué)損耗，從而提高探測(cè)器的靈敏度。然而金屬基座(多數(shù)為無氧銅)表面，尤其是表面鍍金后，對(duì)太赫茲信號(hào)的反射率接近1，嚴(yán)重影響探測(cè)器陣列各像元的波束特性，以及像元之間的交叉干擾(cross-talk)，因此消除探測(cè)器陣列各像元之間的金屬表面反射具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有太赫茲探測(cè)器陣列遠(yuǎn)場(chǎng)波束特性測(cè)量技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種陣列成像系統(tǒng)，該陣列成像系統(tǒng)可以克服探測(cè)器陣列像元之間的金屬表面反射對(duì)探測(cè)器陣列遠(yuǎn)場(chǎng)波束特性的影響(特別是靠近主瓣的旁瓣和像元之間的交叉干擾)，得到接近理論結(jié)果的波束特性。完成上述發(fā)明的技術(shù)方案是陣列成像系統(tǒng)，包括基座和設(shè)置在基座上的由若干硅透鏡組成的硅透鏡陣列，在硅透鏡正面的表面鍍有厚度為四分之一波長的防反射層，在每個(gè)硅透鏡背面中心分別設(shè)有一個(gè)太赫茲探測(cè)器，形成太赫茲探測(cè)器陣列，在所述基座的正面，所述若干硅透鏡之間的金屬表面覆蓋有太赫茲吸波材料層。以上所述的太赫茲吸波材料層可以采用Emerson & Cuming公司的吸波材料,如 Eccosorb BSR，它是一種薄、柔韌、高損耗、不導(dǎo)電的硅樹脂橡膠片，厚度從O. 25 mm到2. 54 mm，可用刀子或剪刀輕易切割，并適合復(fù)合曲面。該種材料為本發(fā)明推薦使用。以上所述的太赫茲吸波材料層還可以是采用SiC及Stycast制作的太赫茲福射吸收表面層，所述的太赫茲吸波材料層為采用Stycast及SiC制作的太赫茲福射吸收表面層， 該表面層包括黑色的第一 Stycast環(huán)氧樹脂層，在第一 Stycast環(huán)氧樹脂層上設(shè)有SiC顆粒層，在SiC顆粒層上設(shè)有第二 Stycast環(huán)氧樹脂層。即第一和第二 Stycast環(huán)氧樹脂層將SiC顆粒層粘貼在金屬表面。所述SiC顆粒層的SiC顆粒直徑優(yōu)選為O. I mm左右。本發(fā)明通過在基座的金屬表面設(shè)置太赫茲吸波材料層，能夠很好地消除太赫茲探測(cè)器陣列各像元之間金屬表面反射對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)波束特性的影響，太赫茲吸波材料在金屬表面的涂敷快捷方便。這些太赫茲吸波材料能夠在高靈敏度探測(cè)器所要求的4K (零下270度)及更低溫區(qū)工作，經(jīng)過多次冷熱循環(huán)保持特性不變。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I)通過太赫茲吸波材料消除探測(cè)器陣列像元之間的金屬表面反射。2)本發(fā)明的陣列成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確表征待測(cè)探測(cè)器陣列像元的遠(yuǎn)場(chǎng)波束特性，尤其是靠近主瓣的低旁瓣。3)本發(fā)明的陣列成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確表征探測(cè)器陣列各像元之間的交叉干擾(cross-talk)。本發(fā)明之前，很多人只注意到了盡量消除發(fā)射源與接收機(jī)之間的反射，以及硅透鏡表面的反射。對(duì)于單像元接收機(jī)，能夠得到較為理想的結(jié)果。但是對(duì)于大規(guī)模探測(cè)器陣列(如10(Γ1000像元)，探測(cè)器陣列具有較大的金屬表面，往往發(fā)現(xiàn)測(cè)量的波束特性存在較高的旁瓣，有時(shí)旁瓣與主瓣合并形成肩臺(tái)形，甚至融合成一體隱匿起來的同時(shí)展寬主瓣。在此種情況下，很難準(zhǔn)確表征太赫茲探測(cè)器的波束特性。而本發(fā)明在消除了上述發(fā)射源與接收機(jī)之間的反射之后，還通過太赫茲吸波材料消除了探測(cè)器陣列各像元之間金屬表面的反射，防止直射波與反射波形成干涉駐波，使得整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)近似為無反射的自由空間，保證測(cè)量得到的波束特性真實(shí)反映太赫茲探測(cè)器陣列的波束特性，為研究太赫茲探測(cè)器陣列與望遠(yuǎn)鏡主天線之間的信號(hào)耦合奠定了基礎(chǔ)。因此本方法解決了前面無法完全消除反射的問題，找到了合適的簡單方法消除探測(cè)器陣列波束特性測(cè)量中的表面反射，準(zhǔn)確表征了太赫茲探測(cè)器陣列的波束特性，尤其是探測(cè)器陣列各像元之間的交叉干擾(cross-talk)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例陣列成像系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例陣列成像系統(tǒng)背面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I，參照?qǐng)DI和圖2，陣列成像系統(tǒng)I，包括基座2和設(shè)置在基座2上的由25 個(gè)硅透鏡3組成的5X5硅透鏡陣列4 (圖I的虛線框內(nèi))，在硅透鏡3正面的表面鍍有厚度為四分之一波長的防反射層，在每個(gè)硅透鏡3背面中心分別設(shè)有一個(gè)太赫茲探測(cè)器5，形成太赫茲探測(cè)器陣列，在基座2的正表面,若干娃透鏡3之間的金屬表面覆蓋有太赫茲吸波材料層6。太赫茲吸波材料層6的制作方法為
1)清洗探測(cè)器陣列的基座2正表面；
2)用小刀或剪刀將太赫茲吸波材料切成探測(cè)器陣列金屬表面的形狀；
3)用壓敏粘合劑(PSA)將太赫茲吸波材料粘貼到基座正表面、各硅透鏡3之間的金屬表面上，保證既完全覆蓋金屬表面，又不阻擋太赫茲信號(hào)的傳播。以上所述的太赫茲吸波材料采用的是
Emerson & Cuming公司的Eccosorb BSR,為薄、柔韌、高損耗、不導(dǎo)電的娃樹脂橡膠片， 厚度 2. 54 mm η實(shí)施例2
本例與實(shí)施例I基本相同，但太赫茲吸波材料層6所使用的材料為采用Stycast及 SiC制作的太赫茲輻射吸收表面層，該表面層包括黑色的第一 Stycast環(huán)氧樹脂層，在第一 Stycast環(huán)氧樹脂層上設(shè)有SiC顆粒層,在SiC顆粒層上設(shè)有第二 Stycast環(huán)氧樹脂層。即第一和第二 Stycast環(huán)氧樹脂層將SiC顆粒層粘貼在金屬表面。太赫茲吸波材料層6的制作方法為
1)清洗基座金屬表面，并用砂紙使表面粗糙；
2)在表面涂黑色的第一Stycast環(huán)氧樹脂層；
3)在其表面撒一層SiC顆粒，直徑為O.I mm左右；
4)最后再涂一層黑色的第二Stycast環(huán)氧樹脂層使SiC顆粒固定??；
5)等待24小時(shí)使其固化。太赫茲探測(cè)器陣列金屬表面反射消除方法用太赫茲吸收材料覆蓋探測(cè)器陣列各像元之間的金屬表面。本發(fā)明能夠消除探測(cè)器陣列表面的反射及多重反射；能夠精確表征太赫茲探測(cè)器陣列的波束特性，尤其是靠近主瓣的低旁瓣；能夠精確表征探測(cè)器陣列各波束之間的交叉干擾(cross-talk)。
權(quán)利要求
1.陣列成像系統(tǒng)，包括基座和設(shè)置在基座上的由若干硅透鏡組成的硅透鏡陣列，在硅透鏡正面的表面鍍有厚度為四分之一波長的防反射層，在每個(gè)硅透鏡背面中心分別設(shè)有一個(gè)太赫茲探測(cè)器，形成太赫茲探測(cè)器陣列，其特征是，在所述基座的正表面，所述若干硅透鏡之間的金屬表面覆蓋有太赫茲吸波材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陣列成像系統(tǒng)，其特征是，所述的太赫茲吸波材料層采用 Eccosorb BSR,厚度為 O. 25 mm 至Ij 2. 54 mm 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陣列成像系統(tǒng)，其特征是，所述的太赫茲吸波材料層為采用 Stycast及SiC制作的太赫茲福射吸收表面層,該表面層包括黑色的第一 Stycast環(huán)氧樹脂層，在第一 Stycast環(huán)氧樹脂層上設(shè)有SiC顆粒層,在SiC顆粒層上設(shè)有第二 Stycast環(huán)氧樹脂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陣列成像系統(tǒng)，其特征是，所述的太赫茲吸波材料層通過壓敏粘合劑粘貼到基座正表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列成像系統(tǒng)，其特征是，所述SiC顆粒層的SiC顆粒直徑優(yōu)選為O. I mm左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及陣列成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基座和設(shè)置在基座上的由若干硅透鏡組成的硅透鏡陣列，在硅透鏡正面的表面鍍有厚度為四分之一波長的防反射層，在每個(gè)硅透鏡背面中心分別設(shè)有一個(gè)太赫茲探測(cè)器，形成太赫茲探測(cè)器陣列，在所述基座的正表面，所述若干硅透鏡之間的金屬表面覆蓋有太赫茲吸波材料層。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK102593609SQ20121002801
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者史生才, 張文, 繆巍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)