摘要 - 近年来,用于被动遥感的频率已扩展到毫米和亚毫米波区域。由于波长相对较短,在天线尺寸限制下可以实现较窄的光束宽度。反过来,可以实现更好的空间分辨率,这对于地静止轨道的传感器尤为重要。在地球静止轨道上有几项关于毫米和亚毫米波有效载荷的任务建议,例如,欧洲国家提出的微波大气音(GOMAS)的地球静态观测站,地球同步微波(GEM)Microwave(GEM)Sounder/Imager观察系统,美国下一代官员, 目前正在进行地进行地静止的微波有效载荷以及毫米和亚毫米波大气的仿真数据的可行性研究。 许多措施评估了大气发声数据的效率,其中之一是信号的自由度(DFS)。 它与特定回归算法无关,因此能够对性能比较和通道参数优化进行客观度量。 在本文中,分析了一组毫米波(50 〜70 GHz,118 GHz,183 GHz)和亚毫米波(380 GHz,425 GHz)的DFS。 给出了随着带宽增加的DFS改进;结果表明,更广泛的通道带宽将改善未来地静止轨道毫米和亚毫米波辐射仪的效率和检索性能。目前正在进行地进行地静止的微波有效载荷以及毫米和亚毫米波大气的仿真数据的可行性研究。许多措施评估了大气发声数据的效率,其中之一是信号的自由度(DFS)。它与特定回归算法无关,因此能够对性能比较和通道参数优化进行客观度量。在本文中,分析了一组毫米波(50 〜70 GHz,118 GHz,183 GHz)和亚毫米波(380 GHz,425 GHz)的DFS。给出了随着带宽增加的DFS改进;结果表明,更广泛的通道带宽将改善未来地静止轨道毫米和亚毫米波辐射仪的效率和检索性能。
在日本,ALMA始于20世纪80年代初科学界自下而上的讨论:1983年提出了大型毫米波阵列(LMA)的设想。1987年,LMA的设想演变为大型毫米波和亚毫米波阵列(LMSA),并考虑了亚毫米波的观测。2001年,NAOJ、NSF和ESO签署决议,成立了ALMA。2004年,NAOJ正式加入ALMA建设,同年“阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)”得名。
高层大气中的冰云是气候模型中不确定性的主要来源。对对流层上部的冰粒子进行全球观测可以提供有关气溶胶污染对冰粒子大小影响的信息,而冰粒子大小会影响云的降水过程和反照率 [1-3]。亚毫米波辐射测量仪器可以填补大约 50 µm 至 1 mm 之间的云冰粒子大小信息的空白。例如,CloudSat 的 94 GHz 雷达可以观测直径大于 ~600 µm 的粒子,而 MODIS 红外辐射计可以观测小于 ~50 µm 的粒子 [2]。对流层水和云冰 (TWICE) 仪器试图从 6U CubeSat 平台对冰粒子大小和水蒸气剖面进行全球观测,使用 16 个亚毫米波辐射测量通道,范围
模块代码 模块标题 EC 1 2 3 4 AP3061 声学、弹性波和电磁波 6 AP3091 基本粒子 6 AP3113 量子光学 6 AP3122 高级光学成像 6 AP3132 高级数字图像处理 6 AP3152 光刻光学 6 AP3222 纳米技术 6 AP3242 激光器和光电探测器 3 AP3252 纳米级电子显微镜表征 3 AP3311 用于研究结构和动力学的中子、X 射线和正电子 6 AP3352 核科学与工程概论 6 AP3382 高级光子学 6 AP3391 几何光学 6 AP3401 带电粒子光学简介 6 AP3531 声学成像 6 AP3412 光学实验技术 3 AP3701 亚毫米波和太赫兹物理与应用 3 AE4896 空间仪器 4 EE4745 太赫兹超导天文仪器 5 ME46310 光机电一体化 4 SC42030 高分辨率成像控制 3 SC42065 自适应光学设计项目 3
1. 自适应和可重构天线 2. 复杂介质 3. 电磁在生物医学中的应用 4. 电磁在纳米技术中的应用 5. 电磁教育 6. 电磁测量 7. 器件和电路的电磁建模 8. 电磁封装 9. 材料的电磁特性 10. 电磁理论 11. EMC/EMI/EMP 12. 有限方法 13. 频率选择表面 14. 高功率电磁学 15. 积分方程和混合方法 16. 有意 EMI 17. 逆散射和遥感 18. 超材料和超表面 19. 微波天线、组件和器件 20. 光电子学和光子学 21. 相控阵和自适应阵列 22. 等离子体和等离子体波相互作用 23. 印刷天线和共形天线 24. 雷达截面和渐近技术 25. 雷达成像 26. 射电天文学(包括SKA) 27. 随机和非线性电磁学 28. 反射天线 29. 毫米波和亚毫米波技术
本期特刊简要概述了高分辨率星载射电天文学的现状。在射电天文学中,通过采用干涉测量法,特别是其“终极”体现——甚长基线干涉测量法 (VLBI),可以实现高角分辨率。本文发表的时机似乎非常恰当:2019 年将因与本期特刊主题相关的两个里程碑而载入射电天文学史。首先,作为第二个也是迄今为止最后一个专门的空间 VLBI 任务,由俄罗斯牵头的 RadioAstron(Kardashev 等,2013)在成功运行 7.5 年后完成了其在轨寿命。这项任务,连同它的两个前身,即 1986-1988 年的首次示范性轨道 VLBI 与 NASA 的跟踪和数据中继卫星系统 (OVLBI-TDRSS) (Levy 等人,1986) 以及首次专门的空间 VLBI 任务,即日本主导的 VSOP/HALCA (Hirabayashi 等人,1998),构成了 VLBI 系统基线超过地球直径的首批示例。RadioAstron 任务(本期特刊介绍了其部分结果)在其观测波长上提供了最高的角分辨率。本特刊中 Bayandina 等人、Bruni 等人、Edwards 等人、Gabuzda 等人、Jauncey 等人、Kovalev Yu.A. 等人、Kovalev YY 等人、Kravchenko 等人、Richards 等人、Shakhvorostova 等人、Shatskaya 等人、Zakhvatkin 等人和 Zensus 等人的论文回顾了 RadioAstro 的结果以及补充的地面研究和一些有关 RadioAstron 操作的主题。其次,2019 年标志着超大质量黑洞及其相对论“阴影”直接成像研究时代的开始。事件视界望远镜 (EHT) 合作组织 (2019) 进行的 230 GHz 全球地球甚长基线干涉测量观测取得了突破性成果。然而,进一步研究黑洞阴影的线性分辨率与事件视界相当,需要更清晰的视野。这可以通过在亚毫米波长处进行观测来实现,这比最近 EHT 在波长为
自诞生以来,立方体卫星就成为了太空网络和探索领域最令人兴奋的技术,因为与同类传统卫星相比,立方体卫星的成本和复杂性更低 [1]。这使得太空任务的设计和运行周期成倍加快,也增加了人们对太空领域高风险企业的激励 [2]。这些突破为私有化太空网络时代铺平了道路,例如 SpaceX Starlink 星座 [3]。要充分释放太空网络的潜力,需要更高的数据速率和高度紧凑的设备 [4]。从这个角度来看,太赫兹 (THz) 频段(从 0.1 THz 到 10 THz)是一种巨大的频谱资源,可用于开发可用于下一代立方体卫星的无线技术 [5]。 THz 波段技术非常适合立方体卫星,因为它具有可维持极高数据速率的大型连续带宽,以及 THz 频率的亚毫米波长,这自然会产生高度紧凑的设备 [6]。然而,THz 频率下非常高的路径损耗仍然是电磁 (EM) 频谱这一部分未被充分利用的关键原因。一方面,THz 频率会因与特定频率下的某些气体分子(主要是水蒸气)的共振峰而遭受吸收损耗 [7]。尽管如此,如 [8] 中详细讨论的那样。太空中没有大气介质,因此吸收损耗减少,使 THz 波段成为卫星间通信链路的理想选择。同时,由于低地球轨道 (LEO) 内的大气存在减少,可以通过适当选择避免这些吸收峰的设计频率来减轻上行链路和下行链路期间的吸收损耗。另一方面,THz 频率的波长非常小,导致
接收器温度和改进的孔径效率将使四个波段的谱线灵敏度提高 3 倍(观测速度提高 9 倍)。当查看线测量和连续灵敏度时,增益数字变得更加引人注目:配备边带分离混频器的 NOEMA 阵列总带宽为 32 GHz(双极化中为 2SB),将使连续灵敏度提高 5 倍(或观测速度提高 25 倍)。这显然是探测灵敏度的重大突破,例如,高红移的弱星系群远低于最近在毫米和亚毫米波长下进行的河外星系调查的源混淆极限。对于线测量和红移 CO 发射搜索将获得类似的增益。由于对扩展源的灵敏度与阵列合成光束的大小紧密相关,因此将 PdBI 的角分辨率加倍需要 3-4 倍的灵敏度才能最佳地满足科学要求。使用 6 个元件,只需在观察时间上进行昂贵的投资即可提供所需的灵敏度。基线长达 1600 米的 12 天线阵列提供了出色的测绘能力,合成光束面积缩小了 3 到 4 倍,动态范围大大改善(倍数 > 20-100)。NOEMA 仅具有两种阵列配置,还将提供更高的校准精度、更高的观察效率以及在扩展配置下每年超过 4 个月的连续天文操作。NOEMA 校正大气相位变化的能力对于在四个毫米波段实现高效、灵活的操作(空间分辨率低至 0.1”)具有重要意义。图2:NOEMA 的空间分辨率与当前和未来的(亚)毫米波阵列相比。NOEMA 旨在覆盖 70 – 370 GHz 范围。
太赫兹辐射介于红外和微波之间,最常见的频率范围是 0.1 THz 至 10 THz [1]。由于缺乏有效的、在室温下工作的、紧凑的、成本高效的光源和探测器,太赫兹是整个电磁辐射谱中研究最少的范围之一,直到 20 世纪 80 年代才开始被探索。自过去几十年以来,太赫兹辐射谱引起了研究人员的注意。该辐射范围的具体特征包括非电离、非侵入性、在水中的高吸收率和弥散性(水是生物组织的主要成分)。除了国防应用 [2、3] 和危险物质检测 [4-6] 之外,太赫兹辐射对医学诊断也非常有用 [7]。亚毫米波长最重要的特性是尚未发现其对人体组织有任何负面影响 [8-11]。在医学应用中,这种类型的辐射可用于检测乳腺癌和皮肤癌 [ 12 - 16 ]、研究引入血液循环的标记物,甚至用于分析人眼的角膜 [ 17 , 18 ]。在开发可在大量患者身上测试的设备时,太赫兹辐射的无创性非常重要,它比基于电离辐射的传统方法更具成本效益,诊断也更安全。水分子会强烈衰减太赫兹辐射,因此所研究的生物样本必须很薄或放在由水组成的材料表面。透射配置是可能的,但是它需要准备类似于组织病理学的生物样本,这在活体患者中是不可接受的。因此,反射配置是必要的,我们的研究重点将放在皮肤组织上。这项工作的主要目的是将先进的衍射光学元件 (DOE) 应用于太赫兹发射器和检测器装置。对比健康和癌变皮肤的光学特性可以区分危及生命的病变。由于太赫兹扫描的分辨率有限(波长相对较长),医生的检查无法替代,但这种设备在预防护理中非常有用。我们的目标是设计和制造薄型 DOE,这将使太赫兹皮肤扫描仪更加紧凑和实用。我们提出了一种基于利用的新颖方法,该方法是该领域的新方法