仰望星空，近百年來射電天文學的發展及射電望遠鏡的發明使用，重構了人類對宇宙的理解，延伸了人類的“宇宙之眼”，使深空探索從哲學思辨邁向實證科學。而今，大口徑射電望遠鏡仍在拓展人類認知邊疆，持續追問着宇宙的起源與邊際。

接收機，作爲射電望遠鏡核心零部件之一，在射電望遠鏡發揮其非凡作用的過程中扮演着舉足輕重的角色。它像一位精通多國語言的翻譯官，在電磁波的汪洋大海中，精準打撈所我們需的信號，再翻譯成能看懂的文字、聽到的聲音。接收機的這種“信號翻譯”的能力，不僅能服務於日常生活，也是探索宇宙的關鍵所在。今天，就讓我們一起來了解射電望遠鏡中的接收機吧！

南山26米射電望遠鏡接收機：高能破解宇宙“密語”

中國科學院新疆天文臺南山觀測站的26米射電望遠鏡，其外形似大鍋，但如果你認爲這就是它的全部構造，那就大錯特錯了。“大鍋”只是望遠鏡的一部分，相當於手機的攝像頭，僅負責匯聚電磁波；但要把匯聚起來的電磁波進一步傳輸到電腦終端，變成科學家可以直接分析的信號，便離不開焦平面處放置的接收機。

南山26米射電望遠鏡

（圖片來源：中國科學院新疆天文臺）

接收機一般由喇叭饋源、正交模耦合器、低噪聲放大器、濾波器、混頻器等器件組成，目的是將原始的射電信號放大、濾波及變頻至中頻信號後，傳輸至數字終端記錄，再由科研人員進行後處理。

這一過程可類比爲：站在離演唱會舞臺800米遠的位置，用手機清晰地錄製歌手的聲音。首先需要用高靈敏度的麥克風增強歌聲音量（放大），然後開啓麥克風“人聲增強”功能，過濾掉風聲、車鳴等干擾（濾波），再將原始歌聲降至適合手機處理的音調（變頻），最後將降調後的歌聲保存、修復，生成高清音頻（後處理）。

望遠鏡焦平面接收到的信號紛繁複雜，包含衛星通信、移動通訊、廣播電視等諸多幹擾信號，但對於接收機來說，它能將這些信號處理得遊刃有餘——高能拆解宇宙衆多“信號包裹”，取出其中有價值的“數據禮物”。

自1993年底建成投入使用以來，南山26米射電望遠鏡已經分類拆解了宇宙中各式各樣的“信號包裹”，而要真正讀懂這些跨越光年的宇宙信號，接收機是關鍵之一。作爲南山望遠鏡的專屬“信號解碼中心”，中國科學院新疆天文臺微波接收機實驗室於2011年自主研製的1.3釐米波段雙極化製冷接收機，爲中國科學院新疆天文臺在分子譜線、活動星系核和VLBI觀測領域的研究提供了有力支撐，助力取得多項重要突破及成果。此外，26米射電望遠鏡的建成使用，使得中國科學院新疆天文臺成爲我國脈衝星實測領域最早的觀測基地，爲中國脈衝星研究打造了重要“數據庫”。

正交模耦合器

新疆天文臺南山觀測站26米射電望遠鏡配備的1.3cm波段（22-24.2GHz）製冷接收機

（圖片來源：中國科學院新疆天文臺）

接收機技術：射電望遠鏡探測靈敏度的決定因素之一

射電望遠鏡系統的探測靈敏度不僅與反射面的口徑有關，還與接收機密切相關。靈敏度，即射電望遠鏡可觀測信號強弱的能力，它決定了人類能“聽”到多遠的宇宙低語。接收機是電子版的“狗鼻子”，靈敏度堪比警犬，能在嘈雜紛亂的電磁環境裏，嗅出藏得最深的那顆目標天體“肉骨頭”。

在射電天文領域，科研人員通常用噪聲溫度來等效表示接收機的靈敏度，其數值直接反映了接收系統自身的噪聲量級，數值越低表明接收機靈敏度就越高，越能探測到更闇弱的信號。

位於智利阿塔卡馬沙漠的ALMA望遠鏡，爲了在毫米波/亞毫米波頻段提高其靈敏度，採用液氮冷卻的接收機，使得接收機噪聲溫度控制在10K（1K約等於-272.15℃）左右，以抵消高天空背景噪聲的影響，與常溫接收機（50K）對比，其靈敏度提高了30%以上，這也是其能探測到原行星盤等弱信號的關鍵因素之一。

接收機家族大比拼：三種“信號捕手”的江湖絕技

除靈敏度外，接收機還有另一個重要的性能參數——視場大小。更廣闊的望遠鏡視場意味着觀測效率的大幅提升，使得大面積巡天更加有效。現階段世界上著名射電望遠鏡，以能實現的觀測視場爲劃分標準，可將接收機分爲單波束接收機、多波束接收機和相控陣接收機三類。它們各自都有哪些核心能力呢？別急，下面爲大家一一揭曉。

單波束接收機：像狙擊手瞄準目標，一次只能鎖定一個方向的目標（一片天區）。其優點是結構簡單、成本低；但受限於其狹小的覆蓋面，想要觀察臨近天區新目標，必須調轉望遠鏡的觀測方向，在同時接收多個天區方向信號方面優勢不明顯；
多波束接收機：能同時伸出N條“電子觸手”（波束），監聽鄰近的多個天區。其優點是等效於多個單波束接收機合而爲一，大幅提升了觀測效率。但多個饋源之間的物理間隔使得最終觀測的多片天區並不連續，且波形固定、靈活性有限。此外，由於體積限制，接收機裝配波束數量存在上限，若同時接收波束太多，會使得信號處理器的處理壓力劇增；
相控陣接收機：通過上百個微型天線單元協同工作，利用波束形成算法，使得合成的多個波束緊密相連，以實現鄰近多片天區連續的視場覆蓋，進一步提升觀測效率；同時，可以動態調整望遠鏡各個波束，以實現反射面面型修正、抗干擾等功能。

它如同一位技藝超羣的指揮家，精準掌控着由數百個天線組成的交響樂團。每個天線都是一個樂手，既能整齊劃一地演奏（聚焦觀測），捕捉脈衝星等深邃宇宙的獨奏；也能各司其職地即興合奏（寬視場巡天），搜尋快速射電暴等轉瞬即逝的宇宙強音。

不過，相控陣接收機雖展現出強大的技術優勢，但仍有一定侷限性——目前技術上可以實現的相控陣接收機應用在0.7-1.8GHz頻段，難以實現對其他頻段信號的有效處理。

總之，不同類型的接收機有着獨有的特性，均在射電望遠鏡的觀測中發揮着舉足輕重的作用。隨着科技的不斷髮展，接收機的性能將得到進一步提高，以滿足人類日益增長的觀測需求。