【业余射电天文 射电理论篇1】射电望远镜链路介绍
本帖最后由 menshengjiedati 于 2022-3-27 13:12 编辑点击返回目录
下面以小型射电望远镜为例，做一个极为简单的描述，忽略了很多细节部分，仅是为了让读者熟悉大概的链路。
关于最终的实体链路图可见于同轴线和转接头中的最终链路部分。
我也在每个器件介绍的文章里提供了一些淘宝或者闲鱼卖家，不过仅供参考。
接收天体信号的过程
一开始的电磁波来自于地球之外的天体，透过地球的大气层，来到我们所在之地。用力抖动绳子，绳子会波浪般地振动，这被称为机械波。电磁波也是波的一种，会像绳子一样抖动，边抖动边向前传播。
电波在天上到处震荡传播，为了捕获这些电波，我们必须用一种东西来接收它。让我们来思考一下，金属中有大量自由的电子，震荡的电波经过金属时会带动其中的电子震荡，从而产生电流，这些电流也是震荡的，震荡的频率和电波震荡的频率相当，震荡强度反应出了电波的强度，显然用金属来接收电波是一个不错的思路。
实际上大家也是用金属来接收电波的，我们可以使用收音机上的金属杆来接收电波，如图1.1所示。这个铁杆就叫做天线，所谓天线，即接收天上电波之金属线，不过各种形状用来接收电波的金属也成为天线。https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%94%B6%E9%9F%B3%E6%9C%BA.jpg图1.1：正在接收103.9MHz电磁波的收音机
观察图1.1可发现，上面的读数为103.9MHz，即我们正在接收以这个频率震荡的电磁波。这是常见调频广播的频率，即从电视台经常会发射这个频率附近的电磁波过来，我们用收音机上的金属杆来接收电波，使其变为震荡的电流，接着这些电流流入收音机内部的电路板中，电路板上电流放大器将该电流进行放大，以使得这些电流更加容易被识别。最后这些电流中蕴含的一些信息则被电路板上的一些器件解密出来，于是我们便通过收音机听到了一些歌曲或者节目。从如上角度来分析，如果地球之外有外星人，向地球在103.9MHz发射了很强的电波，我们用收音机应该就能收听到。如果有一个天体，在103.9MHz不断发射很强的电波，我们便能听到天体的声音，这便是来自宇宙的电台。
对于射电望远镜接收天体的原理，也如同收音机接收调频广播一样。图1.2为小型射电望远镜的链路图。天线的功能如前所述，就是为了接收来自天体的电波，将电波转化为电流。一般而言，天线只对某个频率或者频段比较敏感，而对其他频率不甚感冒。https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE.png图1.2：小型射电望远镜链路图，其中放大器和滤波器可以集成为放大滤波模块
电流是以电波的频率进行震荡的，如果天体的电波是103.9MHz，那么我们想要得到的便是以103.9MHz这个频率震荡的电流，虽然天线只对你想要的频率敏感，但并不彻底，你仍然不可避免接收到其他一些乱七八糟频率的电磁波，于是便有以乱七八糟频率震荡的电流。
天体信号很是微弱，所以我们需要用低噪放大器将电流强度进行放大，这些放大器将只对以你想要频率震荡的电流进行放大，使它在乱七八糟的电流中得以显眼。滤波器则是滤除你不想要的频率的电流，而仅仅通过你想要频率的电流。
至此天体的信号理应在乱七八糟的信号中鹤立鸡群了，不过目前位置电流仍然是一种物体实体的存在，我们需要用接收机对电流进行采样，使其变成一串二进制，能够为电脑所理解。接收机把一连串二进制数据塞进电脑后，我们便可以在电脑上用频率软件对信号进行处理了。
值得注意的是，日常用的交流电频率是50Hz，也就是一秒震荡50下，可以用随处可见的那种电线传播。如果接收1420MHz的氢谱线电磁波，它的一秒震荡1420000000次，由天线感应的电流也是一秒震荡1420000000次。如果用普通的电线传输，损耗是很大的，所以你会完全收不到信号，必须用同轴线等特殊的线传输对高频电流进行传播，如图1.3。https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E5%90%8C%E8%BD%B4%E7%BA%BF.png图1.3：传输高频电流的同轴线
接下来则是一些分别的介绍
天线一种能收发电磁波的物体，一般为金属。来自天体的电磁波使得金属中的自由电子振动，从而产电流信号。
低噪放大器和滤波器
两者都是为了尽可能让所测信号在底噪中突出显示，即提高信噪比；放大滤波模块的实物图如下https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%94%BE%E5%A4%A7%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8.png图2.放大滤波器
低噪放大器在引入尽可能少噪声的情况下，对信号进行放大；https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8.png图3.低噪放大器的作用
滤波器可以过滤掉非观测频率的电磁信号https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8.png图4.滤波器的作用
两者的性能均可由矢量网格分析仪来测量，例如用NanoVNA测量放大器增益
接收机和处理软件
接收机可以使连续的模拟信号转变为离散的数字信号，同时接收机也 具有其他方式的信号处理功能。https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%8E%A5%E6%94%B6%E6%9C%BA.png图5.airspy接收机
https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E6%8E%A5%E6%94%B6%E6%9C%BA%E4%BD%9C%E7%94%A8.png图6.接收机模数转化的作用
处理软件可以对输入信号进行傅里叶变换，显示出频谱，也有其他一些作用。https://bi6mht.gitee.io/radioastronomy/%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E6%9E%81%E7%AE%80%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%9B%BE/Pictures/%E9%A2%91%E8%B0%B1.png图7.软件 sdrsharp 显示出频谱
奇怪的知识又增加了，先收藏，慢慢学习。大佬辛苦！
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