射电天文接收机

指接收机可以察觉的输入信号的最小功率变化。这是射电天文接收机最重要的性能指标之一，用以表征接收机测量天体射电信号的灵敏程度。天体射电信号都具有随机噪声形式，射电信号在接收机输出端引起的变化，至少要大于(包括接收机本身噪声在内的)整个输出信号在其平均值附近起伏的均方根误差才能被察觉。为了能够确切测量天体射电信号，要求在接收机输出端的射电信号与接收机本身的噪声的比值，即信噪比，至少大于1，一般要求大于或等于5。但是，接收机输入端的噪声往往远大于天体射电信号，只有加以平滑后，才能使输出端的噪声起伏降低到这种程度。根据统计规律，对于随机噪声功率平均值的测量,在N个相邻频带上同时测量的平均值，比单一频带测量精确倍。同样,在N秒钟测量的平均值会比1秒钟测量精确倍。因此,当接收机的有效噪声频带宽度为△v，而积分时间常数为τ时,其输出噪声起伏为输入噪声的 。当采用调制式或相关式接收机时，增益起伏的影响如果可以不计，则接收机的最小可测信号将为(以噪声温度的单位表示):

，

式中TS为包括接收机输入端各种噪声在内的所谓系统噪声，其中也包括射电源的噪声信号,M为一个与调制方式等有关的常数。根据不同的接收机结构,M的数值分别如下:总功率型接收机为 1，方波调制的单通道接收机为2~2.22，方波调制的双通道接收机为1.41~1.56,直接相乘的相关接收机为1.41。

一般采用两次或三次变频，有以下特点。

①低的系统噪声温度:谱线接收机接收的射电源的亮温度是很低的，多数在1~10K范围内，所以要用高灵敏度的接收机接收。

②高度稳定的本机振荡器:终端的频谱仪测定的是中频频谱，它与高频频谱之间相差一个本机振荡频率。要提高谱线接收机测定频率的精度，不但要求终端的频谱仪具有高的频率分辨率，也要求本机振荡频率有足够的精度与稳定度(如10-7)。要达到这样高的指标，一般都采用微波锁相技术，而且参考信号由高精度的微波频率综合器提供。

③要求接收系统有宽而平坦的频率响应和稳定的增益。

④为了提高利用率，要求接收机有很宽的调谐带宽，在毫米波段，调谐带宽达几十京赫。

⑤采用波束转换和频率转换:转换是指让两种不同信号交替地通到接收机，进行频谱比较。其中一个信号是待测的，而另一个信号具有平坦的频谱。采用转换技术可以减弱接收机频响不平坦、增益起伏和寄生频谱的影响，从而提高检测谱线的能力。波束转换过程中，天线波束交替地指向"源"与一个具有均匀频谱的参考天区。频率转换过程中，本机振荡频率在两频率间跳动，使谱线信号与一个频谱平坦的频段进行比较。

(频谱仪) 射电望远镜中采用的频谱仪主要有下列四种。

①单通道可调式频谱仪(或称扫频式频谱仪):是早期使用的系统，采用一个中心频率可以移动的窄通带滤波器。随着滤波器中心频率的移动，输入信号中的各频率分量依次通过滤波器，这样便可以得到输入信号的功率谱。

②多通道式频谱仪:是一种经典的系统，目前在毫米波段的谱线接收机中用得较多。这一系统与前者不同之处是，采用了相互并联的n个带通滤波器，滤波器的带宽为△v，各滤波器中心频率的间隔也是△v。测出通过各滤波器的信号功率，便可得到覆盖范围为n△v的功率谱。△v是频率分辨率，它表示谱线接收机分辨频谱细节的能力;n是通道数;n△v为带宽。观测任务不同，所需的分辨率也不同。△v在几千赫到几兆赫范围。通道数n现在可达几百。当△v=1兆赫时，n△v达几百兆赫。

③自相关式频谱仪:在二十世纪六十年代初开始应用。这种系统分辨率高，改变分辨率也方便，故在分米波段和厘米波段得到广泛应用。在采用数字相关器的系统中，信号被取样、数量化与延迟，然后送到乘法器，求出自相关函数后，再用计算机进行傅里叶变换，从而得到信号的功率谱。由于受到运算速度的限制，这一系统带宽在几十兆赫之内。

④声光频谱仪:采用如图所示的装置。一个氦氖激光器发射单色光，通过波束展宽装置照到声光偏转器上。声光偏转器的主体是一块光学介质(如 TeO2晶体、熔石英、玻璃和水等)，在偏转器的一端贴上如铌酸锂(LiNbO3)之类的换能器，而另一端贴上吸收物质(如铅等)。接收机输出的中频信号加到换能器上，换能器将电信号变成机械振动，于是在光学介质中形成疏密波，并以行波方式传播。疏密波引起介质中各部分折射率的变化。光通过这部分介质时产生衍射，形成三个"布拉格效应"。声光频谱仪利用其中两个效应，a.光束偏转。b.光束亮度变化，在一定范围内偏转角与中频频偏成正比，其亮度与该频率上的中频功率也成正比。若在偏转器后的透镜焦平面上放一个光敏二极管阵(PDA)，测出每个二极管接收到的光的强度，便得到输入的中频信号的功率谱。这种频谱仪设备较简单，分辨率可达几十千赫，带宽可超过100兆赫。