在浩瀚星空的探索征程中，射电天文学犹如一把神奇的钥匙，打开了人类认知宇宙的新大门。近百年来，射电望远镜的发明与不断发展，让人类对宇宙的理解发生了翻天覆地的变化，从曾经的哲学思辨逐步迈向了实证科学的新阶段。如今，大口径射电望远镜正不断拓展着人类认知的边界，持续追寻着宇宙起源与边际的答案。而在射电望远镜这个庞大的“宇宙探索机器”中，接收机作为核心零部件之一，发挥着至关重要的作用。
位于中国科学院新疆天文台南山观测站的26米射电望远镜，外观形似一口巨大的“锅”，但这仅仅是它的部分构造，如同手机的摄像头只是手机的一部分，这口“大锅”主要负责汇聚电磁波。而真正将这些汇聚的电磁波传输到电脑终端，转化为科学家能够直接分析的信号，焦平面处放置的接收机功不可没。接收机一般由喇叭馈源、正交模耦合器、低噪声放大器、滤波器、混频器等众多器件组成。它的工作过程就像一场精心编排的信号处理“魔法秀”，先将原始的射电信号进行放大，接着进行滤波，去除干扰信号，再将其变频至中频信号，最后传输至数字终端记录，供科研人员进行后续处理。
为了更好地理解这个过程，我们可以将其类比为一场演唱会的声音录制。想象一下，你站在离演唱会舞台800米远的地方，想要用手机清晰地录制歌手的声音。首先，你需要一个高灵敏度的麦克风来增强歌声音量，这就如同接收机对射电信号的放大；然后，开启麦克风的“人声增强”功能，过滤掉风声、车鸣等干扰，这类似于接收机的滤波操作；接着，将原始歌声降至适合手机处理的音调，这便是接收机的变频过程；最后，将降调后的歌声保存、修复，生成高清音频，这和科研人员对记录信号的后处理工作如出一辙。
望远镜焦平面接收到的信号纷繁复杂，其中包含了卫星通信、移动通讯、广播电视等诸多干扰信号。然而，接收机就像一位技艺高超的“信号处理大师”，能够轻松应对这些复杂的信号，将它们一一拆解，从中取出有价值的“数据礼物”。自1993年底建成投入使用以来，南山26米射电望远镜凭借其强大的接收机，已经成功拆解了宇宙中各式各样的“信号包裹”。2011年，中国科学院新疆天文台微波接收机实验室自主研制的1.3厘米波段双极化制冷接收机，为该天文台在分子谱线、活动星系核和VLBI观测领域的研究提供了有力支撑，助力取得了多项重要成果。26米射电望远镜的建成使用，还使中国科学院新疆天文台成为我国脉冲星实测领域最早的观测基地，为中国脉冲星研究构建了重要的“数据库”。
射电望远镜系统的探测灵敏度，是衡量其性能的重要指标之一，它决定了人类能够“听”到多远距离的宇宙低语。而这一灵敏度不仅与反射面的口径有关，更与接收机密切相关。在射电天文领域，科研人员通常用噪声温度来等效表示接收机的灵敏度，数值越低，表明接收机的灵敏度越高，也就越能探测到更暗弱的信号。例如，位于智利阿塔卡马沙漠的ALMA望远镜，为了在毫米波/亚毫米波频段提高灵敏度，采用了液氮冷却的接收机，将接收机噪声温度控制在10K（1K约等于 -272.15℃）左右，与常温接收机（50K）相比，灵敏度提高了30%以上，这使得它能够探测到原行星盘等弱信号。
除了灵敏度，接收机的视场大小也是一个重要的性能参数。更广阔的视场意味着观测效率的大幅提升，能够让大面积巡天变得更加高效。目前，世界上著名的射电望远镜，根据其能实现的观测视场，可将接收机分为单波束接收机、多波束接收机和相控阵接收机三类。单波束接收机就像一位精准的狙击手，一次只能锁定一个方向的目标（一片天区），其优点是结构简单、成本低，但想要观察临近天区的新目标，必须调转望远镜的观测方向，在同时接收多个天区方向信号方面存在明显劣势。多波束接收机则能同时伸出多条“电子触手”（波束），监听邻近的多个天区，相当于多个单波束接收机的组合，大幅提升了观测效率。然而，多个馈源之间的物理间隔使得最终观测的多片天区并不连续，且波形固定、灵活性有限，同时由于体积限制，接收机装配波束数量存在上限，若同时接收波束过多，会给信号处理器带来巨大的处理压力。相控阵接收机通过上百个微型天线单元协同工作，利用波束形成算法，使合成的多个波束紧密相连，实现了邻近多片天区连续的视场覆盖，进一步提升了观测效率。它还能动态调整望远镜各个波束，实现反射面面型修正、抗干扰等功能，如同一位技艺超群的指挥家，精准掌控着由数百个天线组成的交响乐团。不过，目前技术上可实现的相控阵接收机主要应用在0.7 - 1.8GHz频段，在其他频段信号处理方面还存在一定局限性。
不同类型的接收机都有其独特的特性，在射电望远镜的观测中都发挥着举足轻重的作用。随着科技的不断进步，接收机的性能将得到进一步提升，以满足人类日益增长的观测需求，为人类探索宇宙的奥秘带来更多可能。
