射電天文接收機。將射電望遠鏡天線接收到的天體射電信號經調製、放大、變頻、檢波、濾波、定標等處理後轉變為易於記錄的形式的設備。 radio astronomical receiver
基本介紹
- 中文名：射電天文接收機
- 外文名：radio astronomical receiver
- 性質：接收機
- 原理：接收的信號經過適當的處理
簡介,主要指標,分類,工作原理,發展趨勢,
簡介
把射電望遠鏡天線接收的天體射電信號經過適當的處理，轉變成適於記錄形式的設備。對於射電信號的處理，一般包括：調製、放大、變頻、檢波、濾波、定標等，根據不同的觀測目的，可以採用其中的一部或全部。有些用於特殊目的的接收機還分別有各自的結構特點。經過接收機處理的射電信號，傳送到射電望遠鏡終端設備顯示並記錄下來。早期的射電望遠鏡，終端設備很簡單，例如電壓表、電流表或自動記錄儀，通常也都包括在接收機內。隨著射電天文觀測技術的發展，觀測要求的提高，射電望遠鏡的終端設備功能逐步擴大，種類日益繁多。不同類型的射電望遠鏡分別採用了電子計算機、微處理機、磁帶錄像機、聲光調製器、電視或電影攝影機等多種技術，在射電天文方法中已經形成一個與接收機同等重要的技術領域。
主要指標
接收機是射電望遠鏡的重要組成部分,其性能好壞對整個射電望遠鏡有重大影響。一般射電天文接收機的性能好壞用以下指標來衡量。①靈敏度：指接收機可以察覺的信號的最小功率變化（見射電天文接收機靈敏度）。②穩定度：指一段時間內(通常取一小時)接收機增益和頻寬的相對變化,變化愈小,表示接收機的穩定度愈高。一般每小時要求優於0.01。③可靠性：在長時期工作中，接收機能夠正常工作的時間所占的比例，稱為可靠性。一般要求大於95%。④其他指標：不同種類的射電接收機，還有其本身特定的技術指標，例如頻頻寬度、頻率回響特性、動態範圍、定標精度、頻率解析度、時間解析度、頻率穩定度、相位穩定度以及寄生偏振特性等等。
分類
射電天文接收機種類繁多，目前常用的分類方法大體有三種。一種是按照波段分類，可劃分為米波、微波、毫米波和亞毫米波接收機;一種是按照所採用的無線電技術特點分類，可劃分為射頻調諧式和超外差式接收機，二者又可各劃分為直接放大式、調製式、伺服補償式和相關式接收機等；還有一種是按照觀測用途分類，可劃分為射電輻射計、射電偏振計、射電頻譜儀（見太陽射電動態頻譜儀）、譜線接收機（見射電天文譜線接收機）、射電干涉儀接收機、綜合孔徑接收機（見綜合孔徑射電望遠鏡）和脈衝星射電接收機等。在按用途分類的接收機中，用於太陽射電和宇宙射電觀測的接收機又各有其特點。
工作原理
最基本的一種射電天文接收機──簡單超外差式射電接收機的原理如圖。來自天線饋源的以觀測頻率vS為中心、頻寬為△v的射頻射電信號,在混頻器中與頻率為vL的本振信號相混頻，變成頻率較低的中頻信號vI。vI等於vS與vL二者之差,一般取幾十到幾百兆赫（也有取較高或較低的）。中頻信號和原來的射頻信號具有相同的頻譜形狀和強度信息，它在中頻放大器中被放大。在多數射電天文接收機中，主要的放大作用是由中頻放大器承擔的，接收機的頻頻寬度通常也是由中頻放大器的頻寬決定的。然後中頻信號通過檢波器（通常是平方律檢波器），檢出中頻波形的包絡。檢波器的輸出與加在它上面的電壓振幅的平方成正比，因此，檢波器的輸出與加在接收機輸入端的信號功率成正比。最後，檢波器的輸出被積分，或者經過一個低通濾波器濾除高頻成分，其輸出信號送到記錄設備中記錄下來。圖中還給出了通過接收機每一級的射電信號波形和頻譜的變化過程。圖中τ為記錄儀器的時間常數。
發展趨勢
當前射電天文接收機的主要發展趨勢,第一是提高靈敏度；第二是擴展波段；第三是研製各種專門用途的接收機。提高靈敏度的關鍵是降低接收機本身的噪聲。1931～1932年央斯基第一個用來發現銀河系射電的接收機的靈敏度和現在的相比是很低的。1946年迪克發明了調製式射電天文接收機，靈敏度有了顯著提高。五十至六十年代，在射電天文接收機中相繼採用了一系列低噪聲放大器，包括行波管放大器、參量放大器、量子放大器等，使接收機的靈敏度有了大幅度的提高。現在，在分米和厘米波段使用的行波量子放大器，已使接收機的本機噪聲降低到10～20K的量級。七十年代,製成了在毫米波段工作的致冷混頻式接收機，使毫米波接收機的本機噪聲也有顯著降低。射電天文接收機在工作波段方面的發展，大致經歷了米波──微波──毫米波幾個時期,目前正在向亞毫米波段擴展。四十至五十年代製成了射電輻射計、太陽射電頻譜儀、氫譜線接收機、射電偏振計等專門用途的射電天文接收機，以及主要用於相關干涉儀的相關接收機；六十至七十年代製成了甚長基線干涉儀接收機，包括數十甚至數百個相關器以及對相位自動監測校準的綜合孔徑專用接收機、脈衝星射電接收機和分子譜線接收機等。
