电子回旋辐射的微波测量系统
微波辐射计技术手册
地基多频段微波辐射计技术手册（HSMR）长春市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目录1 技术概况 (1)2 接收机的原理与设计 (4)3.1 技术要求和试验方法 (6)3.2 接收机通道的测试 (7)3.2.1噪声系数（A） (7)3.2.2 接收机线性度测量（A） (7)3.2.3 接收机灵敏度测量（A） (8)3.2.4 接收机中频带宽测试（A） (9)3.2.5 接收机工作频率测试 (9)3.2.6系统抽样进行环境试验 (10)3.3 设备检验 (10)3.3.1 常规检验 (10)3.3.2 交收检验 (10)4 标志、保管和运输 (10)5 软件技术条件 (11)5.1 软件平台 (11)5.2 软件功能 (11)6 微波辐射计电缆连接标识 (12)7 系统电磁兼容 (13)8 系统的可靠性设计 (13)9 系统接地要求 (14)10 探测环境条件要求 (14)10.1探测环境条件的要求 (14)10.2探测场地的要求 (15)10.3工作室要求及设备安置 (15)1 技术概况微波辐射计是宽频带、高增益、高灵敏度的被动微波遥感仪器，能够在很强的背景噪声中提取微弱的信号变化量。
通过接收被测目标自身的微波辐射获取相应的物理特性，经过有效的数据反演进行定量分析。
本套产品的微波辐射计主要包括7个频率的仪器，在微波频率划分上分别是L、S、C、X、Ku、K和Ka，具体设计对应频率为1.4GHz，2.65GHz，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz。
其中1.4GHz和2.65GHz为双极化天线，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz为喇叭天线，可以旋转机身转换极化测量，以求对岩石加载过程中微波多个频率点有深入细致的了解。
单极化接收各波段微波辐射计的原理框图如图1所示。
图1 微波辐射计接收通道原理框图双极化微波辐射计利用双极化接收天线同时接收目标的微波辐射信息，由线性极化分离器分别获取水平极化和垂直极化信息，经两路接收通道进行处理。
回旋波微波整流器实验测量及分析
基 金项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（０７０３ ６４ １３ ） 作 者简 介 ：陈绳 乾 （９ １） 男 ，福 建 籍 ， 士 生 ， 要 从 事 微 波 整 流 和非 传 统 微 波 器件 方 面 的研 究 ； １８． ， 硕 主 王 秩 雄 （９２） 男 ，浙 江 籍 ，教授 ，博 士 ，主 要从 事 微 波 输 电 、 传 统 微 波 器件 及微 波 电 子学 方 面 的 研 究 。 １６一 ， 非
２ 回旋 波 整 流 器 的 结构 原 理
回旋 波整 流器 的结 构如 图 １ 示 。电子枪 产 生 所 电子束 ， 入微 波 谐 振 腔 。微 波从 输 入耦 合 接 头 进 注 入 ， 腔 内激励 起 所 需 要 的 工作 模 式 。 在腔 内时 变 在 电磁 场 的作用 下 ， 电子 束 回旋 波 和 同 步波 被 激 快 励 。 当外 加磁 场 与腔 内微 波 场 发生 共 振 时 ， 电子 束 波 的振 幅越来 越 大 ， 入 微 波 能 量 被 电 子束 强 烈 吸 输
收 稿 日期 ：２ ０ — １１ ０７１－ ４
收， 转变 为 电子束 的横 向动 能 。转 换 区紧 接 着微 波 腔， 这里 外加 轴 向磁 场 改 变 大 小 和方 向 。 电子 飞 出 谐 振腔 后 ， 转 换 区反 向磁 场 的作 用下 ， 在 发生快 速 回 旋 波 与 同步 波 之间 的 能 量交 换 ， 回旋 波 的振 幅 越 来 越小 ， 同步 波 的振 幅越来 越大 ， 回旋 电子束 波被 转 快 变为 同样极 化 状 态 的 同步 电子 束 波 。在 收 集 筒处 ， 同步 波被 吸收 ， 的动 能转变 为 电子 的电势 能 ， 波 沉积
大 量 的实验 测量 。
第6章 微波辐射测量
4) 波束效率与波束宽度
天线辐射方向图立体角为： 主波束立体角为：
M
P Fn ( , )d
4
( , )d F F ( , ) max
4
dP S r dA r 2 S r
dA F , d r2
主波束
Fn ( , )d
电子信息工程学院
电子信息工程学院
微波遥感分类
微波无源遥感
探测信息
微波遥感分类
微波有源遥感
探测信息
微波频段范围从300MHz到300GHz。 微 主要是对地物所辐射微波进行探测。
微波频段范围从300MHz到300GHz。主要是 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测。
2).点源和面源
点源：辐射源对观测点（接收天线相位中心）所张的立体角小 接收天线 波束 体角 发射天线 于接收天线的主波束立体角。（发射天线）
3). 谱辐射量和谱功率
物质的热辐射不仅与温度有关，还与辐射波的频率有关。 物质在某绝对温度下，可辐射各种不同频率的电磁辐射，微波遥
（来自于张祖荫，微波辐射测量 技术及应用，1995）
ˆE ˆE E
H
1
ˆ E) (r
1 ˆ ˆE ) (E
功率密度：
S
2 1 1 2 ˆ ( E E ) Re( E H ) r 2 2
S
2 1 2 ( E E ) 2
•
点源辐射场表 式 点源辐射场表达式： （远场条件）
6) 弗里斯传递公式
2. 无源微波辐射测量基础
1). 辐射测量术语简介
功率密度和输入功率的关系 功率密度和输入功率的关系：
等离子体物理学中等离子体诊断方法评估
等离子体物理学中等离子体诊断方法评估引言：等离子体是一种电离气体，其具有高度激发态和离解态的能量，被广泛应用于等离子体技术和研究领域，如核聚变、等离子体加工和燃烧等。
由于等离子体的复杂性和难以直接观测的特点，诊断方法在等离子体物理学中起着关键作用。
本文将评估几种常用的等离子体诊断方法，包括电子温度和密度测量、粒子分布函数和不均匀性分析、等离子体成分分析和等离子体形状测量。
一、电子温度和密度测量1. 平衡态和非平衡态等离子体在等离子体物理学中，电子温度和密度是最基本和重要的参数之一。
电子温度通常使用谱线比法、电子回旋共振法和电子随机共振发射法进行测量，而电子密度则可以通过介电函数、微波干涉法和反射法进行估计。
2. 诊断方法评估谱线比法是最常用的电子温度测量方法之一，它基于等离子体中特定谱线的强度比而确定电子温度。
然而，谱线强度的测量和校正通常受到谱线弥散、测量误差和光谱仪器响应的影响。
因此，在使用谱线比法时，需要考虑这些因素对测量结果的影响，并进行准确的系统校正。
对于电子密度的测量，介电函数是一种常用的方法。
它通过测量等离子体中电磁波的传播速度和相位来推导等离子体的介电常数，进而计算出电子密度。
然而，该方法对于非均匀等离子体和复杂等离子体形状的测量存在一定的限制。
因此，需考虑适用性和局限性，并结合其他方法进行综合评估。
二、粒子分布函数和不均匀性分析1. 分布函数及其对等离子体性质的影响等离子体的分布函数描述了等离子体中粒子在不同位置和速度的数目分布。
通过分析等离子体中的粒子分布函数，可以获得关于等离子体的密度分布、温度分布和运动特性等信息，进而评估等离子体的不均匀性。
2. 诊断方法评估粒子分布函数的测量方法主要包括电子能量谱法、粒子密度曲线法和粒子能量谱法。
这些方法可以通过测量粒子的速度或能量分布来研究等离子体的分布函数。
然而，由于等离子体粒子数量多、速度/能量范围广，测量结果容易受到测量器件的限制和仪器响应的影响。
电磁场与微波技术毕业论文题目
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PartII微波辐射计基本原理
传输线：物理温度通常也是 Tp ，信号损耗
Pin 因子L Pout
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
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
全功率辐射计与Dicke辐射计
2)Dicke辐射计:
脉冲式的接收外来辐射。
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， （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) 利用两个输出VOA和VOB来 VOB=kGs (TR+Tr) （1）解决增益不稳定性的影响。 假设在一个开关周期内稳定，则 两信号之差 VOA=kGsTA， VOB=kGsTR， 与增益是否稳定有关! D= k(TA-TR) 假设在一个开关周期内稳定，则 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* VOA /VOB， TA =TR ，则与增益是否稳定无关！ 则与增益是否稳定无关！ 称此为平衡式Dicke辐射计。
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
• 天线方向性函数
1 F ( , ) 0 , 当在很小的主瓣立体角 M内
不在 M内
主瓣内，TB ( , ) 与方向无关，可用 TB ( 0 ,0 ) 表示。
Ar r R
2
或
r
Ar
R
2
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
RTMS工作原理、功能及应用
RTMS工作原理RTMS（Remote Traffic Microwave Sensor远程交通微波雷达检测器）是一种用于监测交通状况的再现式雷达装置。
它可以测量微波投影区域内目标的距离，通过距离来实现对多车道的静止车辆和行驶车辆的检测。
RTMS在微波束的发射方向上以2米（7英尺）为一层面分层面探测物体，RTMS微波束的发射角为40度，方位角为15度。
安装好以后，它向公路投影形成一个可以分为32个层面的椭圆形波束，这个椭圆的宽度取决于选择的工作方式，并因检测器安装角度和安装距离的不同稍有变化。
RTMS 微波束及其投影RTMS 有两种安装设置和多种工作模式。
侧向安装时, 设备安装在路旁的杆子上, 保持微波的投影与车道正交, 分层面的波束能够提供相互独立的八个探测区域, 可适应于不同道路状况。
被探测车道可以被定义为一个或多个微波层面。
波束覆盖区的宽度决定了探测道的长度。
正向安装时, 设备安装在龙门架上, 其微波束发射方向与车辆行驶方向一致。
此种设置检测器不能区分车道，因此必须通过调节好瞄准角度来使微波投影对应单一的车道。
路侧安装方式RTMS微波区域内的回波信号RTMS接收到微波投影区域内各种表面的连续不断的回波, 如人行道, 栅栏, 车辆以及树木等。
在每一个微波层面内的固定物体回波信号将形成背景阈值, 如果回波信号的强度高于该微波层面的背景阈值，则表明有车辆存在。
RTMS系统工作流程RTMS系统工作流程简要叙述如下：1．流程开始，RTMS、有线或无线Modem和计算机处于正常工作状态（如果采用太阳能电池供电、还要求太阳能电池处于正常工作状态）。
2．车辆通过RTMS检测器的检测区，其车辆长度、车速、占有率、车型分类交通信息及设备状态等技术参数被RTMS检测到。
3．PC机通过有线或无线Modem与RTMS通信，读取交通信息，并进行处理。
同时监测RTMS工作状态。
4．下一个流程开始。
微波辐射仪
微波辐射仪
微波辐射仪是一种用于测量和检测微波辐射的仪器设备。
微波辐射是指电磁波频率范围在300 MHz（兆赫兹）到300 GHz （千兆赫兹）之间的电磁辐射波。
微波辐射仪可以通过接收和分析微波辐射的信号来确定辐射源的强度、频率、功率等参数。
微波辐射仪通常由一个接收天线、信号放大器、信号处理单元和显示器等组成。
接收天线用于接收微波信号，并将信号传输到信号放大器进行放大。
信号放大器将放大后的信号传输给信号处理单元，进行进一步的信号处理和分析。
最终，处理后的信号将被显示在显示器上，用于观察和记录微波辐射的相关参数。
微波辐射仪广泛应用于科学研究、通信、无线电频谱监测、医疗诊断等领域。
它可以帮助科学家们了解微波辐射的特性和分布情况，以及对无线电频谱的管理和监测。
在医学方面，微波辐射仪也可以用于诊断和治疗，比如微波治疗肿瘤等。
总的来说，微波辐射仪是一种重要的测量设备，可以用于测量和检测微波辐射的各种参数，对于科研、通信和医学都具有重要的应用价值。
微波散射计
Seasat卫星
Seasat SASS
Ø 天线指向±45° Ø 入射角变化范围25~55° Ø 幅宽：500km，分辨率50km Ø 风速观测范围：4~24m/s Ø 风速准确度：2m/s Ø 风向准确度：20°
ADEOS NSCAT
微波遥感概论
7. 微波散射计
禹卫东
中国科学院电子学研究所 航天微波遥感系统部
课程安排
1. 绪论 2. 电磁波理论 3. 微波与物质相互作用 4. 微波天线基础 5. 微波辐射计 6. 雷达高度计 7. 微波散射计 8. 雷达基础 9. 合成孔径雷达
微波散射计
微波散射计(Microwave Scatterrometer)是对 有起伏的物体表面发射电磁波，并接收从其表面 散射回波功率的遥感设备，可以测量目标散射强 度，即雷达后向散射系数σ0，用以研究目标的散 射特性。
我国海洋二号卫星散射计
l 2011年8月16日，海洋二号卫星（HY-2)在太原卫星发射中 心成功发射；
l HY-2卫星共装载4个有效载荷，分别为雷达高度计、微波 散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计；
l 微波散射计采用圆锥扫描方式，全球海面矢量风场观测
海洋二号卫星
海洋二号卫星散射计获取的全球风场
• 其中主动微波探测仪(AMI)为微波散射计，工作于C波段 （5.3GHz），具有成像、测风和测浪3种工作模式。
• ERS-1/2 AMI使卫星散射计的风场测量进入业务化运行 阶段。
ERS-1/2卫星
ERS-1/2 AMI
• AMI通过测量海面的后向散射信号，可以确定海面后向散 射系数，然后使用经验模式（COMD4）反演模式反演出 海平面风场特性，如海平面的风速大小、风向。
AMSR-EAMSR-2数据介绍与下载
AMSR-EAMSR-2数据介绍与下载1 AMSR-E数据介绍The Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E)是ADEOS-II 上的AMSR的改进版本，是JAXA 为Aqua卫星提供的设备。
AMSR-E致⼒于⽓候与⽔⽂的观测。
AMSR-E是⼀种多频双偏振微波辐射计，它可以探测到地球表⾯和⼤⽓中微弱的微波辐射。
可以探测到各种地球物理参数，包括⽔蒸⽓、云液态⽔、降⽔、海⾯温度、海⾯风速、海冰浓度、雪⽔量当量和⼟壤湿度。
利⽤迄今为⽌最⼤的微波辐射计天线之⼀，以精细的空间分辨率进⾏全局连续观测。
长期地球物理记录将在⽓候变化监测⽅⾯发挥重要作⽤，并将为了解包括⽔和能源循环在内的地球⽓候系统提供宝贵的资料。
近实时产品将⽤于研究将卫星数据同化到天⽓预报模型中，并有助于提⾼预报精度。
2 AMSR-2数据介绍The Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2) 是搭载于GCOM-W1的遥感传感器，⽤于测量地球表⾯和⼤⽓微弱微波辐射。
AMSR2将从地球上空约700公⾥处，为我们提供⾼精度的微波发射和散射强度测量。
AMSR2的天线每1.5秒旋转⼀次，获得超过1450公⾥幅长的数据。
这种锥状扫描机制使AMSR2能够每2天获取⼀组覆盖地球99%以上的⽇间和夜间数据。
搭载在GCOM-W1卫星上的AMSR2将继续Aqua/AMSR-E对⽔汽、云液态⽔、降⽔、海⾯温度、海⾯风速、海冰浓度、雪深和⼟壤湿度的观测。
AMSR2的L1和L2产品都通过ESPC NDE系统分发给⽤户，⽽L1产品只提供给JAXA批准的受限⽤户。
NOAA提供的L2产品包括:校准的微波亮度温度、降⾬量、海⾯温度、海⾯风速、总可降⽔量、云液态⽔、⼟壤湿度、表⾯类型、雪覆盖⾯积、雪深、雪⽔当量和海冰（calibrated microwave brightness temperatures, rainfall rate, sea surface temperature, sea surface wind speed, total precipitable water, cloud liquid water, soil moisture, surface type, snow cover, snow depth, snow water equivalent, and sea ice）3 AMSR-E/AMSR-2数据下载AMSR-E/AMSR-2数据可以从多个平台获取，主要有NASA的系统，系统和JAXA的系统。
微波辐射计原理及硬件架构设计
微波辐射计原理及硬件架构设计发表时间：2019-05-27T10:21:00.000Z 来源：《电力设备》2018年第35期作者：蒋村溪[导读](南京大桥机器有限公司江苏南京 211000)1基本工作原理1.1 总述温度、湿度、风向和风速的大气廓线通常由国家气象服务部门利用无线电探空仪来测得。
这些设备价格昂贵、运行成本高、空间分辨率（几百公里范围）和时间分辨率（每天约两次）低。
虽然卫星测得的温度和湿度廓线有更好的空间覆盖能力，尤其是在海洋和人口稀少的地区，但是所获得的水平分辨率和时间分辨率都很低。
由于观测的方位，其垂直分辨率在对流层上部的上部比较高，但是越靠近地球表层其分辨率也越低。
由于云在红外光谱部分有很强的吸收能力，有些卫星（如先进的微波探测装置AMSU和特殊的微波/温度传感器仪SSM/T）的运行设计在微波部分，而云对于微波来说是半透明的。
廓线的获得是通过测量沿大气压力增宽的谱线的大气吸收作用。
温度廓线是通过测量60GHz处氧气的吸收作用，而湿度廓线是通过测量183GHz处的水汽线来获得的。
由于大气在两个波段处的吸光度很高（不透明度），未知表面的吸收作用可以忽略不计。
地基微波辐射计在反演大气温度和湿度廓线方面的作用在很久前已经被证实[e.g.Westwater et al, 1965; Askne etal, 1986]。
由于微波辐射计运行成本低，可获取连续的大气温湿度廓线，并且廓线在靠近行星边界层表面具有最高的垂直分辨率。
这种特性对于评价高分辨率的天气预报数值模型特别重要。
由于技术的发展，加上寻求探空仪替代品需求的加强，用于反演大气温度和湿度的多通道微波辐射计在过去几年内已经发展起来[Del Frate et al, 1998; Solheim et al, 1998]。
地基多通道的另外一个优点是其对云液态水的高敏感性。
被动式微波辐射计是迄今为止除个别昂贵的飞行器原位观测之外，观测垂直液态水含量（液态水路径，LWP）最准确的方法。
微波电子回旋共振等离子体数值模拟的开题报告
微波电子回旋共振等离子体数值模拟的开题报告1.研究背景与意义微波电子回旋共振（MECR）是一种重要的等离子体生成技术。
在诸如气体放电和等离子体加速器等领域中，MECR经常被用来产生高频电子和等离子体。
作为一种重要的非热等离子体体系，MECR已经被广泛应用于许多领域。
而对于复杂的实际问题，进行MECR等离子体的数值模拟是非常必要的。
完成MECR等离子体的数值模拟可以帮助我们更好地理解其物理过程，探索其许多未知性质，并促进MECR技术在更广泛的应用领域中的进一步发展，因此有着广阔的应用前景。
2.研究现状及不足目前，MECR等离子体的研究主要集中在实验方面，通过实验手段研究其物理过程和特性；但是在数值模拟方面，尤其是3D数值模拟方面，尚未有深入的研究。
因此，了解和探索MECR等离子体的数值模拟方法和技术具有重要的理论和实践意义。
3.研究内容和步骤本课题的主要研究内容为：(1) MECR等离子体数值模拟的基本理论和方法(2) 建立MECR等离子体数值模拟模型，包括电子动力学方程和Maxwell方程等模型，以及模型中需要关注的物理量。
(3) 使用COMSOL Multiphysics等数值模拟软件，对MECR等离子体进行数值模拟，探究MECR等离子体的动力学特性。
(4) 通过数值模拟，探究MECR等离子体中等离子体密度、电子温度、电场、磁场分布等特性，并分析这些参数对等离子体的稳定性和可控性的影响，为进一步优化MECR等离子体提供理论依据。
4.研究预期成果通过对MECR等离子体的数值模拟，我们可以模拟MECR等离子体中的复杂物理过程、优化等离子体的参数、提高等离子体的产生效率和稳定性。
这将有助于促进MECR技术更快地发展，进一步拓展其应用领域，为新型等离子体技术的研究提供理论基础。
微波辐射计概念及原理介绍
微波辐射计概念及原理介绍大气探测能够提供气候研究领域的重要信息，随着大气探测技术的不断发展，人们在工作、生活中对大气探测的各种要求也越来越严格。
目前的大气观测主要是通过探空气球、无线电探空仪、气象火箭以及微波辐射计等技术手段来对大气进行测量。
我国在气象探测领域仍主要依靠传统的气象站，一般是通过探空气球，由于探空气球会深入到真实的大气环境中去，所以测量值比较可信，但是这种方式往往受到时间、地点的限制问。
而在各种观测手段中，遥感技术是最便捷、成本最低、可全天候不间断观测的一种方式。
遥感探测是利用遥感设备来探测一定距离外的物理化学过程或目标，这种方式可在不直接接触目标的情况下获取人们所需的观测信息。
微波辐射计就是一种典型的无源遥感探测装置,能够测量亚毫米级至厘米级波长的电磁辐射，并且只是一个接收大气辐射的仪器”。
微波辐射计的主要优势如下：（1）相比于探空气球等设备，可长时间不间断工作，能够采集到任何时刻的分钟级数据，并且操作便捷、无需人工值守；（2）相比于探空雷达等设备，因为无需发射探测信号，所以保密性较强，不存在辐射污染，对于军事领域的大气参数测量、精确预报和动态监测具有重要的意义，且成本较低；（3）相比于卫星遥感等手段，低空垂直分辨率较高，有效避免了由于云层遮挡和强吸收作用造成的卫星遥感对对流层底部探测性能较差的问题”。
处于工作状态时，微波辐射计能够接收不同高度层的大气在不同频率上微波辐射在测出大气微波的辐射强度后，经过自身的运算处理，即可得到大气在垂直方向上的气象要素分布，即大气温湿廓线(大气中温度、相对湿度、水汽密度等信息与海拔高度的变化关系曲线)，并且还可以得到云状、云高等多种参数"”。
大气温湿廓线提供的信息对人们有重要的使用价值，可满足日常生活、工作中的多种需求，而微波辐射计测得的大气辐射强度用亮度温度（简称亮温，描述了物体的辐射强度）来表示，亮度温度并不能直接反映出天气状况，需要对其进行更进一步的运算。
微波基本参数的测量—原理
微波基本参数的测量一、实验目的1、了解各种微波器件；2、了解微波工作状态及传输特性；3、了解微波传输线场型特性；4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量；5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。
二、实验原理微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。
要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。
１、导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。
导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。
导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即： 0=Z E ,0=Z H 。
电场E 和磁场H ，都是纯横向的。
TEM 波沿传输方向的分量为零。
所以，这种波是无法在波导中传播的。
(B) 横电波（TE 波）：TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。
亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。
(C) 横磁波（TM 波）：TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。
亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。
TE 波和TM 波均为“色散波”。
矩形波导中，既能传输mm T E 波，又能传输mm T M 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。
２、波导管：波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。
常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。
矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。
窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。
10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。
在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到：()sin()j t z o y x E je ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x xH j e ωβμαππα-=()cos()j t z z x H e ωβπα-=， x y z E E E ==，2gπβλ=其中，位相常数g λ=，波导波长cf λ=。
华北理工微波遥感课件第2章 微波遥感系统
一、非成像微波传感器 二、成像微波传感器 三、天线、雷达方程和灰度方程 四、空间微波遥感系统 五、辐射测量原理
在海洋，陆地和大气微波遥感应用中，常用的有 效的传感器包括下列五种：
（1）散射计 （2）高度计
非成像系统
（3）无线电地下探测器
（4）微波辐射计 （5）侧视雷达
微波辐射计主要用于探 测土壤温度、土壤成分、 海面温度、、海洋环流 等海洋动力学参数；
雷达散射计可以测量海 面风速与风向，用于海 洋动力研究。
三、无线电地下探测器 测量地下层及其分界 工作原理包括以下几个方面 1）对某些地物，低频波可以穿透其表面 2）探测器接收到的反射功率可以检测出来 3）能实现足够的距离分辨力
二、高度计
高度计是一种主动式微波测量仪，它具有独特的全 天时、长时间历程、观测面积大、观测精度高、时 间准同步、信息量大的能力和特点。
二、高度计
卫星高度计以海面作为遥测靶，它的回波信号携带 有十分丰富的海面特征信息，可以测量出瞬时海面 至平台之间的距离、电磁波海面后向散射系数及回 波波形。
海海 地 海 洋洋 球 洋 测岩 引 潮 深石 力 汐 无圈 场 图结 模 区构 型 测特 改 绘性 善
海洋动力学应用
海洋环境监测
大中 大 全
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海
海
尺等 洋 球
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及
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诺
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洋涡 流 面
与
速
区
环流 研 变
南
场
冰
流旋 究 化
方
盖
研研
涛
究究
动
用于“神舟”四号飞船 的多模态微波遥感器由 微波辐射计、雷达高度 计、雷达散射计三种模 态仪器构成。
第3章ECE成像诊断的工程设计v1.4
第三章 ECE成像诊断的工程设计3.1 新颖的ECE成像诊断第一章和第二章中说明传统的ECE诊断是一个空间分辨率有限的一维诊断，对湍流的诊断能力有限。
为了提高空间分辨率，也为了把ECE诊断扩展到电子温度及其涨落的二维测量上，就需要采用成像的途径。
在这一章中将对这一新颖的ECE诊断：建立ECE成像 (ECEI: Electron Cyclotron Emission Imaging )系统所涉及的工程设计问题，包括有关的技术和器件设备等作一个概述。
针对HT-7装置实验所建立的ECEI系统的技术细节将在第四章中介绍。
图3.1.1所示的是一个ECEI诊断系统的实验配置。
系统包括成像光学系统，成像阵列，本振源，以及信号处理的电子学部分，共4个模块。
这些模块通常都被安装在一个可以水平移动的机械框架上。
与图2.3.2和图2.3.3对比可以发现，ECEI诊断系统与传统的电子回旋辐射计的主要不同在于采用了一个成像阵列来作为接收端。
阵列由垂直排列的微波天线/混频器所组成。
由透镜和反射镜组成的成像光学系统把从等离子体出来的电子回旋辐射聚焦到了天线阵列上。
每个通道都在相同的频率上进行测量。
因此，取样区是垂直排列在共振层中的，其水平位置由2.2.3式决定。
取样区厚度由2.5.8式决定。
天线阵列的辐射方向图与成像光学系统一起决定了每个通道的高斯波束图。
在共振层中，波束图的横截面限制了垂直于视线方向上取样区的宽度。
为了减小取样区的大小，通常需要一个移动平台来移动系统，以使成像光学系统的焦平面，也就是束腰的位置，与共振层的位置相一致，从而使ECEI诊断系统能够达到最佳的空间分辨。
为了减少设备的花费，系统通常采用双边带(DSB)超外差接收机，IF信号带宽小于500 MHz。
由于所有通道都是在相同的频率下进行测量的，取样区位于同一个共振层内。
虽然这样在一个固定频率上的测量是一维的，但由于成像阵列的采用，使ECEI诊断具有了二维测量的优势。
第2章 ECE成像诊断基本原理v1
第二章 ECE 成像诊断基本原理2.1 简介自1974年以来，电子回旋辐射(ECE: Electron cyclotron emission)诊断已经成为了托卡马克上测量电子温度剖面的一个常规诊断[1, 2]。
关于ECE 的理论已经比较完善[3-5]。
ECEI 诊断系统实际上是一个新颖的多通道超外差ECE 辐射计。
其诊断的基本理论与传统的ECE 辐射计的是一样的。
这一章将先对ECE 诊断的基本原理作一个介绍，然后将对ECE 诊断中的一些问题，包括主要的ECE 诊断系统的方案原理、ECE 诊断的可近性、空间及温度分辨能力及电子温度涨落的测量和分析方法，进行讨论。
有关新发展的ECEI 诊断系统的工程设计，包括适用于ECEI 诊断的器件设备现状等将在下一章中介绍。
2.2 ECE 诊断基本原理在托卡马克里，电子要绕螺线型的磁力线作回旋运动。
这一运动产生了在回旋频率及其谐频上的电子回旋辐射(ECE: Electron cyclotron emission)[2, 4]e m eB n γ=ω (2.2.1)其中m e 是电子质量，B 是磁感应强度，n=1,2,3...是谐波数。
212)1(−−=βγ代表相对论质量增加的效应，其中c v =β，v 是电子的热运动速度。
如图2.2.1所示，在托卡马克和仿星器中，等离子体小截面上的磁场强度是随大半径R 单调变化的：R R B R B t 00)(= (2.2.2)其中R 是大半径，B 0是等离子体中心(其大半径为R 0)处的磁感应强度。
这就导致了电子回旋辐射频率与辐射位置R ，也就是共振层位置，之间的一个简单的一一对应关系：R m R neB e n γω00= (2.2.3)根据基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff’s law of radiation)，等离子体会发出电子回旋辐射的同时也就会吸收它。
这个过程可以由辐射传递公式来描述[3]：)()()(])([22ωωαωωI j N I ds d N rr −= (2.2.4) 其中N r 是射线的折射率，s 是沿射线轨迹的长度，)(ωI 是辐射强度，定义为单位面积单位立体角单位角频率上的辐射功率，)(ωj 是发射系数，)(ωα是吸收系数。
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HT-7电子回旋辐射测量系统
报告人:李二众
指导老师:凌必利,提昂
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一：ECE测量原理 二：HT-7ECE测量系统 三： 视频放大器参数测量
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一ECE测量原理
• 如图，纵场通电线圈产生纵 磁场 Bt Bt 在等离子体中分布是不均匀 的，由安培环路定则可以判 断环内侧磁场最强，在小圆 的截面上：
• 二HT-7 ECE测量系统原理图
滤波器 噪 声 管 滤波 混频 本振 天线 切换 开关 耦 合 器
95GHz
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衰 减 器 检 视频 波 放大 器 器 ch1 ch2
BPF BPF 放大 功 分 BPF 低场区8道(LIF) BPF 滤波 混频 本振
108.5 GHz
ch8
ch9
幅频特性曲线（Ui=10mV）
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由#9测量数据得以下结论： 高场的视频放大器的放大倍数A=110
截止频率fc =6.5MHz
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谢谢!
I f (nfce / c) kTe
2
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•
当
1
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时，这就是光性薄的情况，这时表面
辐射强度近似表示：
I f (nfce / c) kTe f
2
• 在HT-7托卡马克中，由前面的公式很容易算出 只有寻常波的基波和异常波的二次谐波才是光 厚的
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我们这套测量系统正是利用电子辐射的异常二次谐 波来测量电子温度的：通过ECE测量系统能够得到 辐射强度，通过计算能够得到对应的空间分布，由 于二次谐波满足光厚条件即辐射强度近似于黑体亮 度就可以得到电子温度的空间分布。 2 选择光性厚的谐波好处：1) I f (nfce / c) kTe 由此式 可以看出电子的辐射强度与电子温度成正比2)器壁 反射效应对光性厚的谐波几乎没影响而对光性薄的 波影响及大
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#1 f=200KHz ui=20mv
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幅频特性曲线
（Ui=20mv）
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由#1测量数据得以下结论：
低场的视频放大器放大倍数A=65
截止频率fc =200KHz
EAST
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#9在不同的频率和ui=10mV正弦输入信 号的数据:
EAST
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射频部分(RF) 放大
功 分 BPF 高场区8道(HIF) ch16
EAST
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三 视频放大电路的参数测量
信号 发生 器 视频 放大 器 INPUT OUTPUT 稳压电源
+5V
-5V 示波器
ch2 ch1
ASIPP
视 频 放 大 器
EAST
EAST
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#1在不同的频率和不同幅度正弦输入信号 的数据:
R0
B(r ) B0 R0 /( R0 r)
• 电子绕磁力线做回旋运动， 电子的回旋频率： 电子辐射谐波频率：
f ce eBt /(2me )
f n nf ce
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寻常波:
k Bt且E // Bt
异常波:
k Bt且E AST
ex 9.4861017 [(R0 r)2 / R0 B0 ] Ne (r) [n2n2 /(n 1)!][9.776104 kTe (r)]n1
寻常波的光学厚度：
or 0.15[kTe (r ) / mec2 ] (ex) (nfce )
当 1 这就满足光性后的情况，这时表面辐射强度接 近黑体辐射亮度：