天文学教程上册：射电望远镜的结构和性能

因为射电辐射和光学辐射都是电磁辐射，射电望远镜的基本结构和工作原理与光学望远镜类似，但因工作波段不同而又有差别。射电望远镜可分为天线系统、接收系统和记录系统三部分（见图4-24）。天线相当于光学望远镜的物镜，包括反射器和拾取器，大的盘状反射器用于收集天体的射电辐射并聚集到拾取器，再经传输线送入接收机。接收机相当于光学望远镜的分析器和探测器，对微弱的射电波进行放大和检测，并转换成可供记录的信息，由记录设备处理，以图或表的形式显示。射电望远镜有类似于光学望远镜的机械装置和电控设备把天线对向天体并跟踪天体。

图4-24　射电望远镜的基本结构

任何一种天线、传输线和接收机都有其一定的工作频率范围，即只对整个射电波段中的很窄频带进行接收、传输和放大，相当于光学望远镜加了窄带滤光（波）器。每架射电望远镜都有其特定的工作波长或频率。

天线系统有三种类型：旋转的抛物面天线、固定的抛物面天线、组合天线系统。与光学望远镜一样，旋转的抛物面天线又有赤道式和地平式两种装置。固定的大抛物面天线附着于山谷，可减少加工难度和重力变形，造价低。美国阿雷西博天文台的Arecibo 305 m固定天线［见图4-25（a）］曾多年冠世界之首，如今逊位于我国的500 m口径球面射电望远镜（FAST）［见图4-25（b）］。组合天线系统是把多个较小的天线排成阵列而组成干涉仪，利用干涉原理得到一个巨大天线的效果。

图4-25　固定天线

（a）Arecibo 305 m固定天线；（b）我国的FAST 500 m固定天线

天体射电的基本量是射电流量密度（或简称流量）S和射电亮度（也称强度）B，两者的关系为(www.xing528.com)

式中，Ω为立体角。频率ν处、单位频宽的射电流量和亮度记为Sν和Bν。射电流量密度单位为央，记为Jy，1 Jy=10-26W／m2·Hz。射电亮度单位则为W／m2·Hz·sr。太阳射电常用太阳射电流量单位，记为sf..u，1sf..u=104Jy=10-22W／m2·Hz。射电天文也用射电源的亮温度Tb，它是射电亮度B对应的等效绝对黑体温度，由瑞利-金斯定律得到：

应指出，天体射电往往不是热辐射，而是“非热辐射”，因此亮温度未必是射电源的实际温度，只是射电亮度的一种表征。

射电望远镜有两个基本性能指标：灵敏度，指可探测的最小流量；分辨角，取决于天线接收功率“方向图”（见图4-26），它有“主瓣”“旁瓣”和“后瓣”。取主瓣半极大功率点的夹角2θ0为分辨角，对于简单天线，有

图4-26　天线的接收功率“方向图”

式中，λ和D为工作波长和天线直径。如λ=3 cm和D=2 m，2θ0=0.0153 rad≈0.8766°。由于射电望远镜的工作波长大，射电望远镜分辨角大，因而甚至大的单天线分辨本领也是不高的。