2023年12月15日下午14:00，北京大学电子学院前沿论坛第59期讲座于线下成功举办。本次讲座邀请了西安交通大学信息与通信工程学院教授刘海文主讲，分享了主题为“大口径射电望远镜相位阵馈源关键技术研究”的精彩讲座。本次报告由电子学院杜朝海研究员主持，60余名师生参与了本次活动。

在讲座中，刘海文教授以幽默风趣的方式介绍和分享了射电望远镜的起源以及发展历程，展示了团队目前研究成果以及未来发展愿景。刘教授在报告中首先介绍了射电望远镜的发展和应用背景。在移动通信、雷达和深空领域，射电望远镜以其独特的观测能力正引领着相关科学领域的发展。这种望远镜具有全天候可观测特性，使其在天文学研究中备受瞩目，特别是在光学望远镜易受云雾干扰的情况下，射电望远镜的出现不仅大大提升了观测精度，也提高了观测宇宙的深度。1931年被誉为射电天文学元年，科学家们发现了天体发射的无线电波，从而开启了射电天文学的探索之旅。在射电天文学的发展历程中，综合孔径望远镜阵列技术的提出以及对周期信号非周期现象的深入研究成为了诺贝尔级别的突破发现。与此同时，射电天文技术的发展还揭示了宇宙中许多神秘现象，如脉冲星的发现。与光学望远镜相比，射电望远镜在观测高能射线和深远宇宙方面有着独特的优势，使得宇宙的观测变得更加全面。近50年来，射电天文学取得了15个诺贝尔物理学奖，其中7项与射电天文学紧密相关，为揭示宇宙奥秘贡献了重要的科学成果。

在射电望远镜的制造中，国内外都在竞相研发先进技术。中国射电望远镜以其大口径提升探测距离，而欧美射电望远镜则通过提升馈源和阵列技术提高探测效率。巨大的阵列实验、多波束成像以及海量数据挖掘是射电望远镜领域的新趋势。目前面向射电天文新发现和宇宙探索前沿的科学发现分为三部分：实验领衔的可重构矩形阵列观测方式，技术为主的高灵敏馈源接收终端技术以及智能化海量数据的挖掘。与此同时，面向高灵敏度相位阵馈源接收终端同样面临一系列挑战，包含了馈源芯片噪声优化、滤波天线设计、馈源集成工艺提升等等，还有一系列问题值得深入研究。

其次，刘教授详细介绍了相位阵馈源的主要研究内容，包含了极低损耗滤波天线、极低噪声信号放大、异质异构的互联封装等问题。在严峻的国际竞争形势之下，刘教授和他的团队致力于实现国产芯片设计和制造。团队实现了国产化InP极低噪声信号放大器芯片的自主研发。在C波段提出100nm GaAs基于pHEMT工艺的极低噪声信号放大器芯片，性能已达到国内领先水平。团队还采用灰狼算法用于辅助芯片的建模和仿真验证，极大的提高了建模效率、结构精度，同时还加速优化模拟的速度。除此之外，刘教授还展示了微波毫米波低温测试平台搭建情况，实现芯片研制及实验验证完整流程。

针对复杂电磁环境下的滤波天线阵列，目前世界上多采用小型化多频带超导滤波器或是轻量化、低损耗的滤波天线实现极低损耗馈电。团队于国际上首次研制出8阶双通带超导滤波器，分别在1.9GHz和2.6GHz实现通带功能。滤波器插损仅为0.18dB，带外噪声抑制可以实现80dB，矩形系数小于1.13。同时团队首次实现了6阶单通带和4阶双通带差分超导滤波器，用于解决数字接收终端中差分滤波器件研制难题。刘教授还展示了基于超材料结构的极窄带超导滤波器，具有极窄带、低插损、宽阻带和小型化等诸多优点。刘教授和团队还针对现有天线的实验问题提出了基于3D打印工艺的高性能阵列天线，可以避免常规工艺带来的误差，同时器件实现良好性能，在4-12GHz实现18-22dB增益，器件尺寸小。

针对低损耗互联和封装集成问题，团队提出创建多模式缺陷地槽线波导理论和方法，实现高密度，低损耗的三维电路布线布局。系统中还引入基于3D打印的超导接收机，进一步提高系统精度，降低加工引入的误差，解决加工和装配的关系。

近来，团队与多个国家级平台进行交流合作，实现高灵敏度接收终端的研发。另外，为避免太阳风暴带来的影响，团队正在研制基于超材料平板天线实现太阳射电望远镜，在卫星导航、空间通信等领域有重要意义。

最后，在互动环节刘教授与在场师生展开了深入讨论，并对同学们提出的问题进行了详尽解答。刘教授针对基于3D打印实现超导接收机和天线阵列设计和加工中涉及的表面粗糙度处理问题进行了细致而深入的讲解。此外，刘教授还分享了如何解决电磁仿真软件和计算软件之间的联动难题。讲座结束后，电子学院夏明耀教授为刘海文教授颁发了北京大学电子学院前沿论坛纪念牌并合影留念。