射電天文譜線接收機和終端系統

射電天文中用於接收來自射電天體的原子和分子譜線訊號，並測定譜線的頻率、輪廓、線寬和亮溫度等引數的一種特殊的接收裝置。譜線接收機不同於連續譜接收機,它具有很高的頻率解析度,可以測出射電源亮溫度隨頻率變化的精細結構。

譜線接收機由兩部分組成：前端裝置──超外差式接收機；終端裝置──頻譜儀。前者將來自天線的微弱訊號變換成較強的中頻訊號，後者用於分析此中頻訊號的功率譜。

前端裝置一般採用兩次或三次變頻，有以下特點。

①低的系統雜訊溫度：譜線接收機接收的射電源的亮溫度是很低的,多數在1～10k範圍內,所以要用高靈敏度的接收機接收。

②高度穩定的本機振盪器：終端的頻譜儀測定的是中頻頻譜，它與高頻頻譜之間相差乙個本機振盪頻率。要提高譜線接收機測定頻率的精度，不但要求終端的頻譜儀具有高的頻率解析度，也要求本機振盪頻率有足夠的精度與穩定度（如10-7）。要達到這樣高的指標，一般都採用微波鎖相技術，而且參考訊號由高精度的微波頻率綜合器提供。

③要求接收系統有寬而平坦的頻率響應和穩定的增益。

④為了提高利用率，要求接收機有很寬的調諧頻寬，在公釐波段，調諧頻寬達幾十京赫。⑤採用波束轉換和頻率轉換：轉換是指讓兩種不同訊號交替地通到接收機，進行頻譜比較。其中乙個訊號是待測的，而另乙個訊號具有平坦的頻譜。採用轉換技術可以減弱接收機頻響不平坦、增益起伏和寄生頻譜的影響，從而提高檢測譜線的能力。波束轉換過程中，天線波束交替地指向「源」與乙個具有均勻頻譜的參考天區。頻率轉換過程中，本機振盪頻率在兩頻率間跳動，使譜線訊號與乙個頻譜平坦的頻段進行比較。

終端裝置（頻譜儀）射電望遠鏡中採用的頻譜儀主要有下列四種。

①單通道可調式頻譜儀（或稱掃頻式頻譜儀）：是早期使用的系統，採用乙個中心頻率可以移動的窄通帶濾波器。隨著濾波器中心頻率的移動，輸入訊號中的各頻率分量依次通過濾波器，這樣便可以得到輸入訊號的功率譜。

②多通道式頻譜儀：是一種經典的系統，目前在公釐波段的譜線接收機中用得較多。這一系統與前者不同之處是,採用了相互併聯的n個帶通濾波器，濾波器的頻寬為△v,各濾波器中心頻率的間隔也是△v。測出通過各濾波器的訊號功率,便可得到覆蓋範圍為n△v的功率譜。△v是頻率解析度,它表示譜線接收機分辨頻譜細節的能力；n是通道數;n△v為頻寬。觀測任務不同,所需的解析度也不同。△v在幾千赫到幾兆赫範圍。通道數n現在可達幾百。當△v=1兆赫時，n△v達幾百兆赫。

③自相關式頻譜儀：在二十世紀六十年代初開始應用。這種系統解析度高，改變解析度也方便，故在分公尺波段和厘公尺波段得到廣泛應用。在採用數字相關器的系統中，訊號被取樣、數量化與延遲，然後送到乘法器，求出自相關函式後，再用計算機進行傅利葉變換,從而得到訊號的功率譜。由於受到運算速度的限制，這一系統頻寬在幾十兆赫之內。

④聲光頻譜儀：乙個氦氖雷射器發射單色光，通過波束展寬裝置照到聲光偏轉器上。聲光偏轉器的主體是一塊光學介質(如 teo2晶體、熔石英、玻璃和水等)，在偏轉器的一端貼上如鈮酸鋰（linbo3）之類的換能器，而另一端貼上吸收物質（如鉛等）。接收機輸出的中頻訊號加到換能器上，換能器將電訊號變成機械振動，於是在光學介質中形成疏密波，並以行波方式傳播。疏密波引起介質中各部分折射率的變化。光通過這部分介質時產生衍射，形成三個「布拉格效應」。聲光頻譜儀利用其中兩個效應，a.光束偏轉。b.光束亮度變化，在一定範圍內偏轉角與中頻頻偏成正比，其亮度與該頻率上的中頻功率也成正比。若在偏轉器後的透鏡焦平面上放乙個光敏二極體陣(pda),測出每個二極體接收到的光的強度，便得到輸入的中頻訊號的功率譜。這種頻譜儀裝置較簡單，解析度可達幾十千赫，頻寬可超過100兆赫。

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