宇宙背景辐射和自然界射频噪声

宇宙背景辐射是来自于宇宙空间背景的射频辐射，1964年美国贝尔公司的工程师彭齐亚斯和威尔逊，发现了波长7.35厘米噪声温度3K的各向同性的信号，特征和**温标2.725K的黑体辐射相同，即宇宙背景辐射，获1978年诺贝尔物理学奖。

射频(无线电频率)

射频是指频率在3kHz~300GHz范围的电磁波，微波、毫米波都属于射频范畴。

物体的热辐射与射频辐射的统一

大到宇宙天体，小至分子原子，都可能向周围空间发射能量，也就是辐射。电磁波是由电子等带电粒子运动所产生的，物质由原子构成，原子中包含运动的电子，因此所有的物质都可能发射电磁波。由于物质的温度代表分子原子运动的剧烈程度，所以温度越高，辐射出的电磁波幅度和频率越高，波长越短。辐射能量的特征，从天文角度一般采用温度T(K)和波长λ(m)来表述，从射频工程师的角度一般用功率P(W)和频率f(Hz)来定义。

温度单位K与℃的换算

K=℃+273.15

频率与波长换算

f = 3·10^8/λ

玻尔兹曼常数

k=1.380649×10^(−20) 𝑚𝑊/(𝐻𝑧∙𝐾)

功率与温度换算

P=kT

常温290K的功率密度

P(W/Hz) =290*1.380649*10^-20

P(dBm/Hz) = 10lg(P(W)) = -174

黑体2.725K的功率

P(W) =1.380649*10^-20*2.725

P(dBm/Hz) = 10lg(P(W)) = -194

射频工程师的疑惑

宇宙背景辐射约3K，什么样的测试设备才有足够的灵敏度测量？接收机信号输入端口、内部元器件和外接天线，温度远远高于3K (-270℃ ≈ -194dBm)，按道理接近290K （17℃ ≈ -174dBm），也就是说，常温下接收机灵敏度极限 -174dBm，那么-194dBm的信号如何测得？

射电望远镜：超高灵敏度射频接收测量系统

射电望远镜是接收和观测来自天体和宇宙空间射频电磁波的大型超高灵敏度的系统化设备，主要由天线、接收机和数据处理几部分构成。与光学望远镜完全不同，射电望远镜观测的原始数据以频谱的方式展现。其本质是高灵敏度射频频谱监测系统。

超高增益（通常>40dB）的高指向性天线，将目标信号聚焦放大，例如将上述-194dBm的信号放大到-154dBm，然后交给高灵敏度接收机进行分析处理。如下图

天线口径越大，增益越高，代表系统灵敏度越高。接收机前端低噪声放大器进一步放大噪声和信号，提高接收机灵敏度。