射电望远镜(FAST)馈源舱接收机磁屏蔽盒

射电望远镜(FAST)馈源舱接收机磁屏蔽盒 - 磁屏蔽

500米口径球面射电望远镜(FAST)——被誉为“中国天眼”——是目前世界上口径最大、最灵敏的单天线射电望远镜,其综合性能比美国305米的阿雷西博射电望远镜提升十倍。FAST的核心使命是观测宇宙中的中性氢、脉冲星、星际分子,乃至搜寻可能存在的星外文明。而这一切的起点,都指向FAST最核心的部件——馈源舱

馈源舱是FAST的“瞳孔”,一个直径13米、高6.5米、重达30吨的金属舱体,由6根400多米长的钢索悬挂于140-180米高空。舱内装载着超低温制冷的接收机、馈源喇叭等精密仪器,所有被500米反射面收集的宇宙电磁波信号,最终都要汇集到这里。

FAST配备了7套分立的接收机,覆盖70MHz-3000MHz的工作频率范围——包括L波段19波束接收机、超宽带接收机等。FAST接收的宇宙信号极其微弱。与此同时,馈源舱内安装了大量驱动设备、控制设备、摄像机、多波束转台、传感器等电子设备——这些设备自身产生的电磁辐射,一旦泄漏并经过反射面路径反射回馈源喇叭,将严重干扰天文观测

馈源舱接收机磁屏蔽盒正是为解决这一“自身干扰”问题而设计。它采用高磁导率坡莫合金(Co-NETIC® AA级/MuMETAL®) 精密加工成模块化屏蔽盒结构,对舱内每一台接收机及其前端电路实施分单元、独立化的磁屏蔽保护。磁屏蔽盒利用坡莫合金的磁分路原理——为干扰磁场提供一条低磁阻路径,使舱内电子设备产生的电磁辐射被“囚禁”在屏蔽盒内部,无法泄漏至外部空间。这是FAST馈源舱多层次、多组件分级屏蔽技术的核心组成部分


  • 满足全球最严苛的屏蔽指标:FAST馈源舱的电磁屏蔽要求远高于我国军标D级屏蔽室的指标要求。整体屏蔽效能需在70MHz-3GHz工作频率范围内达到≥160dB——相当于将电磁噪声衰减约1亿倍。我们的磁屏蔽盒作为分级屏蔽体系的关键一环,严格遵循这一标准设计与验证

  • 超高磁导率材料,极致衰减:采用Co-NETIC® AA级坡莫合金,初始磁导率实测≥300,000,是普通不锈钢(μ~1)的数十万倍,对舱内电子设备产生的宽频带电磁辐射具有极强吸收与衰减能力

  • 完全退火,开箱即用:Co-NETIC® AA以完全退火(Perfection Annealed) 状态供货,无需进一步退火处理,可直接安装使用

  • 分级屏蔽,模块化设计:采用多层次、多组件分级屏蔽技术,为FAST的7台不同频段接收机分别定制独立屏蔽盒,互不干扰、便于维护更换

  • 轻量化与高屏蔽效能的平衡:馈源舱总重仅30吨,且面临超宽带接收机轻量化的持续需求(安装重量需小于100kg。Co-NETIC® AA的高磁导率使其以更轻的重量实现同等屏蔽效能

  • 恶劣环境适应性:馈源舱常年悬挂于百米高空,工作环境恶劣。磁屏蔽盒设计充分考虑了温度变化、振动、湿度等环境因素,确保长期稳定可靠


屏蔽原理:坡莫合金磁屏蔽盒为电磁干扰提供一条低磁阻路径。当舱内电子设备产生的电磁辐射遇到坡莫合金屏蔽层时,由于屏蔽层的磁导率(μ≥80,000)远高于空气(μ₀=1),电磁能量优先选择通过屏蔽盒构成的低磁阻路径被“吸收”和“导走”,而非穿透屏蔽盒泄漏至舱外空间。

FAST的电磁兼容挑战:FAST由于极高的灵敏度,电磁干扰(EMI)问题从设计之初就被高度关注。馈源舱是FAST核心设备,其接收机灵敏度极高,且舱内电子设备众多。如果舱内设备的电磁辐射泄漏出来,打到反射面上再通过反射面的路径反射进馈源喇叭,就会严重干扰天文观测。因此,馈源舱的电磁兼容性需满足ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门) 对射电天文干扰保护限值的建议标准

分级屏蔽策略:FAST馈源舱屏蔽工程采用多层次、多组件分级屏蔽技术自适应屏蔽技术。接收机磁屏蔽盒作为最靠近信号链路的一级屏蔽,对每一台接收机及其前端电路实施独立屏蔽。在技术开发过程中,共完成验证试验15项,从安装工艺、产品特性及定型到方案论证等方面稳步推进

材料选型:在70MHz-3GHz的宽频带范围内,Co-NETIC® AA级坡莫合金可提供高初始磁导率和相应的高衰减特性。对于追求接近零电磁泄漏的FAST接收机屏蔽场景,Co-NETIC® AA是最优合金选择


指标项目参数
屏蔽材料Co-NETIC® AA级坡莫合金(美国原产)/ MuMETAL® / 1J85(国产等效)
材料成分~80%镍,~15%铁,<5%钼
初始磁导率(μ₀)Co-NETIC® AA ≥80,000(实测≥300,000
最大磁导率(μmax)可达600,000
矫顽力(Hc)2.0 A/m
饱和磁感(Bs)~0.75 T
屏蔽效能单级屏蔽配合舱体整体屏蔽,满足≥160dB(70MHz-3GHz)
工作频率范围70MHz - 3GHz(FAST全频段覆盖)
屏蔽结构模块化独立屏蔽盒,按接收机型号分单元定制
分级屏蔽多层次、多组件分级屏蔽 + 自适应屏蔽技术
验证试验共完成15项安装工艺、产品特性及方案论证试验
轻量化要求适配馈源舱30吨总重限制及超宽带接收机<100kg安装要求
加工状态完全退火(AA级) ,开箱即用
适用标准ITU-R射电天文干扰保护限值标准、FAST电磁兼容技术要求
适用场景FAST 19波束L波段接收机、超宽带接收机、7套分体接收机系统


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