射电辐射计

[外文]：radiometer

测量天体无线电波段辐射的接收设备。一般来说，能测量物体辐射能强度的接收设备，都称为辐射计，而天文学上应用的射电辐射计，则是专门测量天体无线电波段的辐射的。虽然天体的射电有各种不同的特征，需要有各种专门的设备来测量（例如，测天体连续谱的与测谱线辐射的不同；测稳定源的与测速变源的不同；不同波段的测量技术也不同等等），但它们都必须包括天线、接收机、记录显示处理系统、校正噪声源等部分(图1)。

射电辐射计的一项重要性能指标是灵敏度。天体射电有噪声，而又非常微弱，往往较接收设备的噪声弱得多，因而射电辐射计必须具有从强大的附加噪声背景中发现和测量变化十分微小的天体射电噪声的能力。射电天文学中的噪声功率以等效噪声温度来描述。噪声背景包括:接收机本身的噪声TN;来自非观测目标的宇宙噪声TS；从地面及周围环境进入天线的噪声TG;大气辐射噪声TM;天线本身的热噪声Tc等。以表示上述各项的总和：

=TN+TG+TS+Tc+TM。以

代表因待测射电源引起的天线温度，由于噪声的随机性质及接收机增益G的不稳定性△G，因而测总辐射的射电辐射计的小可测变化△T（即灵敏度）为：

。

常数M取1，△v为有效噪声频带宽度，τ 为输出积分时间常数，一般比大得多，这使增益起伏△G项起重大的作用。因而，为了提高辐射计的灵敏度，对接收机的稳定性提出了很高的要求。

在射电天文学及其他领域中广泛应用的迪克型调制辐射计（图2）能有效地消除增益不稳定对灵敏度的影响。基本原理是在接收机的输入端加一调制开关，以每秒几十次到几百次的调制频率vM把待测信号与固定的参考信号T轮流接入， 使在高频信号上加频率为的调幅信号，经混频、放大，频率为的同步检波后，得到与 (-)成正比的输出。频率小于vM的起伏都将被抑制。调制辐射计的灵敏度为：

。

式中M取 1.41～2.22，由于·△G项的消失，△T将下降。如果调节参考信号，使之等于，则可完全消除△G 项的影响，此即为平衡调制辐射计。降低 ，加大频宽△v 和时间常数τ，都是提高灵敏度的可行办法。但加大△v·τ ，会受待测源本身的特征（如谱线接收和变化过程的测量）及外界干扰的限制。降低，可采用低噪声前置放大器（低温参量放大器、量子放大器及短毫米波段的低温混频器等）以降低TN；设计制作性能好的、如旁瓣和后瓣都很小的天线，以降低TG、Tc和TS；将前置放大器尽量靠近天线的馈源，以降低Tc；采用合理、精心设计的观测程序，以减少TM 及TS的影响等。随着射电天文观测对象进入更微弱的领域，扩充观测频段，进一步降低是一项需要不断努力的艰巨任务。此外，用作辐射测量的接收机，必须有足够的线性范围，才能用已知的噪声标准准确地测出待测源的强度，并且在待测源的强度有很大的变化时仍能正确测定。辐射计还应具有一定的抵抗外界各种干扰的能力。

作为射电辐射计一个组成部分的校正噪声源，是对收到的辐射进行定标的工具。校正噪声源可以分为两种：一种是作为基准的热噪声源，它的输出可以依其他物理参数（如温度）进行计算；另一种是必须被校正的二级标准噪声源，它虽然不能独立给出输出功率，但具有经济、简便、输出稳定、可重复使用的性能。噪声二极管、气体放电噪声管都属于第二种。

参考书目

《微波噪声译文集》，科学出版社，北京，1975。

L.Woltjer，Annual　Review　of　Astronomy　and Astrophysics，Vol.2，pp.401～432，Annual　Reviews Inc.， PaloAlto， Calif.， 1964.