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每次在单位接待游客,都要小心被手机「误伤」,心好累


我来帮 @刘博洋 补充一些。

游客的无线电子设备对 FAST 是有一定影响的,影响的具体程度可大可小,要看 FAST 正在使用的频段,和实际的项目。

影响程度小的时候,频段不同,各走各路,相安无事。影响程度大的时候,举个栗子。

传说中困扰了澳大利亚天文学家 17 年的一串奇特的“宇宙”信号,就来源于那口南半球最大的、直径 64m 射电望远镜附近工作人员的微波炉。。。

下图就是那无辜的射电望远镜 Parkes。。。

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首先,无论是 Parkes,还是 FAST,都是射电望远镜,其主要的媒介和普通的光学望远镜不同,使用不可见的光的一段,电磁波中的微波来当眼睛,来搜集来自宇宙中的微波信号。

射电望远镜在原理上可以简化成大家比较熟悉的——锅

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额。。。画面好像不太对。。。

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这些锅是用来接收通信卫星的电视信号的,同理,FAST 是用来接收宇宙中各种电磁信号的。

注意,是“用于”。。。

也就是说,他们也不想接收无用的不相关的信号。不过呢,宇宙中有一种叫直立猿的物种,已经在 100 多年前开始掌握发射微波信号的本领,并将微波引入直立猿的生活中(马可尼,电报,1896 年),并最终带进了千家万户中,成为该星球唯一能自主发射各种功率微波的物种。。。

比如说,周边的手机信号。。。

然而在信号界混,有两条不成文的、“互相矛盾”的潜规则。第一条是“大路朝天,各走一边”;第二条是“拳头就是真理”。是不是很矛盾?

其实不然,对于“大路朝天,各走一边”而言,由于电磁波频谱十分宽广,从长波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线到γ射线,空间中有丰富的、频谱相距很远的各种电磁波,对应的应用场合也不尽相同。因此大可不必关灯才能打手机这样的。

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而对于 FAST 和我们常见的无线设备,频段高度重合,高度重合带来的就是影响。由于 FAST 只接收信号而不发射信号,因此 FAST 不会影响我们用手机、相机等电子设备,不过反之则不然,FAST 的使用频段是 70MHz~3GHz,二期还将会扩展到 5GHz,而这么宽的频段并不一定同时使用。根据设计,FAST 的频段划分如下,表中第二列为 FAST 的频段分布:

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不同的频段有不同的功能,其中,FAST 的 5 大主要功能为:中性氢 HI、脉冲星 Pulsar、甚长基线网 VLBI、分子谱线和地外生命 SETI。

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而 FAST 的频段正处于常用的微波频段内,这些频段十分拥挤和复杂,下图中和 FAST 高度重叠的频段在第 4 条 VHF 甚高频和第 5 条 UHF 特高频:

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在我们常见的无线设备中,VHF 频段里面有:FM 电台,87MHz~108MHz(就是汽车上大家经常听到的“调频 XX.X 兆赫”);FM 对讲机在 130~470MHz 之间有几个区间;卫星电视中的 VHF 频段,48.5MHz~72.5MHz,76MHz~84MHz,167MHz~223MHz;而 UHF 频段就像被一群猫蹂躏过的一团毛线一样:

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大家比较常见的有:FM 对讲机,351~358MHz,358~361MHz,361~368MHz,372~379MHz,379~382MHz,382~389MHz,403~420MHz,450~470MHz;卫星电视中的 UHF 频段,470MHz~566MHz,606MHz~806MHz;卫星导航信号,如 GPS,1575.42MHz,1227.60MHz,1381.05MHz,1379.913MHz,1176.45MHz;手机 2G 信号 GSM,CDMA;手机 3G 信号 WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA;手机 4G 信号;Wifi、微波炉、蓝牙等短距离低功率设备:2.4~2.4835GHz;

……

如此重合的频率,意味着 FAST 将不可避免的同时接收到这一频段的宇宙信号和。。。“宇宙”信号。。。

这时候就会遵循“拳头就是真理”的原则了,谁强谁有理,如果频段只是接近而不是重合,那么微波电路中可以使用滤波器来消除无用信号,

不过呢,由于宇宙中产生的这些信号离 FAST 过于遥远,因此这些真正需要的信号的功率是很低的。。。很弱的。。。

因此,FAST 面临所有接收机都面临的两难问题:先滤波还是先放大?

先滤波会滤除没有交叠的带外无用信号,不过系统的噪声系数会上升,灵敏度变差,先放大会引入带外的无用信号,可能会导致后面饱和。。

我们把这么个纠结的问题留给 FAST 的射频工程师们吧,为了研究这些信号,FAST 的接收机能够这些信号进行 70~90dB 的放大,相当于将信号放大几千万倍到几十亿倍。

这样带来的麻烦有两种:

第一,我们认为的,足够低的手机或者 Wifi 信号,甚至手机信号都不够好的时候,都很容易被 FAST 看见。。。

第二,虽然这些信号功率足够小,可是再加上 FAST 放大信号的能力的话,那么可能还没等 FAST 看清宇宙信号,FAST 的接收机饱和了。。。

这些是 FAST 分辨宇宙信号灵敏度高的副产品。。。

FAST 说。。。我把性能做好了也不行?怪我咯?

每次在单位接待游客,都要小心被手机「误伤」,心好累

游客带来的干扰,包括微波炉带来的干扰,产生的另一个问题就是不确定因素太多,比如 FAST 一定能收到 GPS 信号,不过由于 GPS 信号是确定的频点,且长时间存在,因此这个干扰很容易被排除,而游客带来的更多是不确定的信号,这些不确定的信号很难追根溯源进行排查,因此这样的信号来源是宇宙还是“宇宙”有些说不清楚。

不过 FAST 可以定期,尤其是国庆假期这种游人如织的时候,进行游客电磁环境模型的建立和学习,来降低游客带来的干扰,这种方式其一需要时间,其二很难定量的获取大量准确的数据(比如准确的位置、人数、使用设备、使用方式等)。当然了,遇到影响很大的观测项目,可以暂停开放和关闭附近通信基站。

还有,暂时别用微波炉热饭哦~

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Ref:

1.Project FAST

2.FAST Receiver

3.FAST Science

4.中国无线频谱资源分配详细图解 – 中国无线电管理

5.Microwave oven blamed for radio-telescope signals