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。

数字控制单元完成射频开关的控制，并将测量得到的原始数据通过串行通讯送到主计算机。

L、S波段属于微波遥感应用频率的低端，极易受到其它电磁辐射源的影响，

因此需要在通道中增加高精度滤波器。L波段采用了7阶契比雪夫带通介质滤波器，工作频带为1400MHz～1427MHz，过渡带宽15MHz,带内损耗为1dB，过渡带损耗大于60dB；S波段采用了5阶契比雪夫腔体滤波器，工作频带为2.65GHz～2.85GHz，过渡带宽20 MHz,带内损耗为2dB，过渡带损耗大于60dB。系统原理框图如图2所示。

图2 双极化微波辐射计接收通道原理框图

为了提高L波段双极化微波辐射计的抗干扰性，采用了电源与接收机分离的技术方案，即二者为两个独立结构的箱体单元。

单极化微波辐射计采用了标准矩形喇叭天线接收目标的辐射，双极化微波辐射计采用前馈式抛面天线型式，馈源为高性能的波纹喇叭，在近场的情况下，可以进行独立测量。矩形喇叭天线的3dB波束角为15 ，增益18dB；抛物面天线的

3dB波束角为15︒（L波段）、7.5︒（S波段），增益为25dB。天线表面结构如图3所示。

图3 天线表面结构示意图

系统的主要技术指标如表1所示。

2 接收机的原理与设计

根据Planck 辐射定律，处于绝对零度以上的任何物体在所有的频率上均辐射电磁能。一般认为，物体在微波波段向外辐射能量是由分子旋转和反转以及电子自转与磁场之间的相互作用产生的。物体的微波辐射能量强弱首先与其本身性质有关，还与物体的温度和表面状态、频率、极化、传播方向等因素有关。接收机采用数字增益自动补偿技术方案，系统框图如图4所示。数字增益自动补偿微波辐射计是将一个基准参考源信号通过微波辐射计系统，在输出端检测出系统增益的变化量，用专门设计的数字单元控制系统，按此变化量去修正所接收目标的辐射量，达到系统增益不变的目的。数字增益自动补偿微波辐射计由天线、射频开关，微波基准源，接收组件（射频放大器、中频放大器、平方律检波器、视频放大器及积分器）,A/D 变换，数字控制单元及显示等电路组成。数字控制单元给出输入开关的控制信号，数字控制单元按此信号同步地分别采集基准源和天线接通时辐射计的输出信号进行处理。当系统增益稳定时，基准源T1及天线与接收机相连时所对应的微波辐射计输出电压分别为：

)

(11REC S T T G V += （1）

)

(R E C A S A T T G V += （2）

当系统增益变化时，基准源T1及天线与接收机相连接所对应的微波辐射计输出电压分别为：

)

(1'

'1REC S T T G V += （3）

)

('

'REC A S A T T G V += （4）

利用基准源T1通过系统后的输出电压检测系统增益的变化，对系统增益变化时天线输入所对应的输出电压进行补偿，其补偿式为：

'

'

1

1'

'A

A V V V V =

（5）

如果

1

'

1V V >，说明系统增益变大，'

1

1/V V 将小于1。用它乘以因系统增益变

大而升高的'A

V ，达到系统增益补偿的目的，反之亦然。

将（1）、（3）及（4）代入（5），可得补偿后的电压值'

'A

V 为：

('

'REC

A S A T T G V += （6）

比较（6）式和（2）式可知，无论系统增益如何变化，经过补偿后系统的增益始终保持不变，从而达到稳定系统增益的目的。

图4数字增益自动补偿微波辐射计系统框图

微波辐射计的最小可检测信号由系统噪声的不确定性和系统增益的不确定性共同决定，而系统增益起主要作用。数字增益自动补偿微波辐射计能很好地实现增益补偿，使系统增益波动引起的不确定性趋于零，起到稳定系统增益的作用，从而达到提高微波辐射计灵敏度的目的。在高灵敏度的需求下，为了避免控温装置电流切换引起的脉冲扰动，且在夏日太阳照射下机箱环境温度难以控制，数字增益自动补偿微波辐射计没有采用恒温源和控温方案，而采用与机箱具有相同温度的匹配负载作为参考源。因此当辐射计长时间处于一个温度变化的环境中，当机箱温度随着环境温度发生变化时，辐射计参考源的噪声温度也会随着机箱温度的变化而改变，辐射计输出数据会随环境温度变化而变化，导致测量误差。传统