您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > PartII微波辐射计基本原理
bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)第二讲地基微波辐射计的基本原理bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)基本概念天线温度微波辐射计工作原理bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)辐亮度与天线rrttBAPtrttBAPI在内的发射功率为定义辐射强度•接收面元:•辐亮度B(Radiance):单位辐射源表面积、单位时间、向单位立体角所辐射的能量,单位为Wm-2sr-1.bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)接收面元:设想在距离R处,有一接收面,如下图左半,刚好卡在内2RArr2RArr或bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)接收面所接收到的功率ttrrPBAP2trrttrrtBAAPPBABARbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)天线接收功率的计算trdABFP,,4r天线接收到的功率为:,F为天线的方向性函数bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)天线的频率响应:频响函数f0maxff定义带宽:fmax21f时的频率范围,称为带宽,也叫半功率带宽。天线接收到的功率为:00/2r/24,,fffrffPfBFAddfdfdAFBfPrffff,,004r或者bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)天线温度与气象信号bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)天线温度nPkTfePkTfeT在电子线路中,温度为T的电阻,产生输入到系统的热噪声功率为。天线输出其后端接收机的功率,相当于一个温度为Te的电阻所产生的热噪声功率。所以,Te就称为“天线温度”。nPkTfePkTfbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)•天线温度:天线温度不是天线自身的物理温度,而是代表外来能量。44(,)(,)(,)BATFdTFdbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)辐射计系统:——天线+传输线+接收机天线:物理温度,有损耗即“有吸收就有热辐射”,功率透射系数。天线端口输出功率:fkTPPPllAout)1()('AkTfPlAlATTT)1('其中,bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)传输线:物理温度通常也是,信号损耗因子1。理想传输线L=1;接收机:现实接收机=无噪声接收机+等效热噪声源outinPPLpTbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)称为系统噪声功率,相当于在传输线的输入端口(就是天线的输出端口)输入的总功率。记接收机等效热噪声温度Tr,则在接收机输入端口处的功率可表示为:fkTfkTLPLPrPAout)11(1)(fkTLsys1其中,称为系统噪声温度bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)TypicalAntennaPowerPatternsbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)主瓣内,与方向无关,可用表示。(0,0)为天线指向。由天线温度表达式可知,•天线方向性函数dTTMBMA),(1),(00BT即,天线温度成为从天线所指方向射入天线的亮温度。这就是我们所要的信息,代表(0,0)方向上被测目标物的辐射状态(如物理温度,辐射物质含量等)。ATBTbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)地基微波辐射计的基本原理bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)微波辐射计被动地测量目标物在某个频率附近发射的热辐射功率。大气物理学院大气探测系地基微波辐射计系统框图接收机bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)辐射计本振频率,中频为,因此进入天线可以被测量的微波频率可以是微波辐射计的工作频率,或是单信道接收机:射频单元(天线到射放)只工作在或双信道接收机:射频单元需同时工作在这样,接收功率大但对射放要求高bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)具有随机热噪声的性质,要测量它在一定时间内的积分,才能取出稳定的振幅,作为“信号”功率,使得系统的增益称之为辐射计系统的增益。系统的灵敏度为辐射计系统的带宽,为积分时间。bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)全功率辐射计与Dicke辐射计1)全功率:天线连续接收外来热辐射(不是脉冲式的)。问题:系统增益若不稳定,则破坏了与的确定关系。bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)2)Dicke辐射计:脉冲式的接收外来辐射。全功率辐射计与Dicke辐射计Dicke开关交替地接通1、2两端,在已知参考负载温度TR的情况下,利用两个输出VOA和VOB来(1)解决增益不稳定性的影响。VOA=kGsTA,VOB=kGsTR,假设在一个开关周期内稳定,则TA=TR*VOA/VOB,则与增益是否稳定无关!(2)解决接收机内部噪声Tr和增益不稳定性的影响。VOA=kGs(TA+Tr)VOB=kGs(TR+Tr)假设在一个开关周期内稳定,则两信号之差D=k(TA-TR)与噪声Tr无关,可以从中获得被测TA。若能调整TR的值,使得两信号之差D=0,则得TA=TR,则与增益是否稳定无关!称此为平衡式Dicke辐射计。与增益是否稳定有关!bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)辐射计的定标•辐射计接收机所得功率P(或)与(即)成线性关系:sysPATBTBPaTb其中系数a、b为与辐射计系统性能和环境温度有关的系数。可通过辐射计系统定标来确定。bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)•(1)实验室方法\高低温负载法:把天线(或其传输线输入口)放在恒温槽内,则,观测P随T的变化,可得的关系。•(2)晴空外场法\自然定标法:把天线放在外场,取晴朗夜晚、静风,施放探空仪得T(Z)、(Z)。由辐射传输方程(后面介绍)可计算出在不同仰角时的值。改变天线仰角可得相应的读数,计算回归系数,即可得。baTPBbaTPBbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)•MeasureoutputvoltagesV1andV2fromtwoblackbodytargetsattemperaturesT1andT2112212121212)(TGVTGVOTTVVGTTGVVbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)Cautions:Needhighemissivitytarget(lowreflectivity)UniformtemperaturethroughouttargetArealargeenoughtocovermorethanmainbeambo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)LN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMSGPFIELDSITEbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)LN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMTWPNAURUFIELDSITEbo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)LiquidNitrogencalibrationofmicrowaveradiometersRadiosondeHumiditySoundingsandMicrowaveRadiometersduringNauru99,E.Westwater,B.Stankov,D.Cimini,Y.Han,J.Shaw,B.LeshtandC.Long,JAOT,2003.bo.qian@nuist.edu.cn,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)Radiomet
本文标题:PartII微波辐射计基本原理
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2534082 .html