射電天文譜線接收機

射電天文譜線接收機,射電天文中用於接收來自射電天體的原子和分子譜線信號,並測定譜線的頻率、輪廓、線寬和亮溫度等參數的一種特殊的接收設備。

射電天文譜線接收機

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:前端設備──超外差式接收機;終端設備──頻譜儀。前者將來自天線的微弱信號變換成較強的中頻信號,後者用於分析此中頻信號的功率譜。
前端設備 一般採用兩次或三次變頻,有以下特點。
①低的系統噪聲溫度: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一個本機振盪頻率。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,而且參考信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回響和穩定的增益。④為了提高利用率,要求接收機有很寬的調諧頻寬,在毫米波段,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信號交替地通到接收機,進行頻譜比較。其中一個信號是待測的,而另一個信號具有平坦的頻譜。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”與一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,使譜線信號與一個頻譜平坦的頻段進行比較。
終端設備(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,採用一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,輸入信號中的各頻率分量依次通過濾波器,這樣便可以得到輸入信號的功率譜。②多通道式頻譜儀:是一種經典的系統,目前在毫米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,採用了相互並聯的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信號功率,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套用。這種系統解析度高,改變解析度也方便,故在分米波段和厘米波段得到廣泛套用。在採用數字相關器的系統中,信號被取樣、數量化與延遲,然後送到乘法器,求出自相關函式後,再用計算機進行傅立葉變換,從而得到信號的功率譜。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:採用如圖所示的裝置。一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)。接收機輸出的中頻信號加到換能器上,換能器將電信號變成機械振動,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一個光敏二極體陣(PDA),測出每個二極體接收到的光的強度,便得到輸入的中頻信號的功率譜。這種頻譜儀設備較簡單,解析度可達幾十千赫,頻寬可超過100兆赫。

配圖

相關連線

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們