Part II_微波辐射计基本原理
微波辐射加热过程与机理研究
微波辐射加热过程与机理研究微波辐射加热是一种现代加热技术，具有快速、节能、高效、环保等优点。
因此，微波辐射加热在食品加工、医疗、纺织、化工等领域得到广泛应用。
在微波辐射加热过程中，微波能量会被物质吸收，并转换为热能，使得物质产生温度升高。
本文将介绍微波辐射加热过程的基本原理，微波与物质的相互作用机理，以及微波辐射加热在食品加工中的应用。
一、微波辐射加热基本原理微波是一种高频电磁波，在300MHz~300GHz频率范围内，具有特殊的物理特性。
当微波通过物质时，会产生电场和磁场，导致物质内部分子和离子的微观运动，产生能量转换。
微波辐射加热是利用微波的这种特性，将微波能量传递给物质，使其产生热效应，从而实现加热过程。
微波辐射加热的机理基于物质内部分子和离子的微观运动和热效应。
当微波通过物质时，物质会吸收微波能量，使得分子和离子的振动频率加快，产生摩擦和碰撞，加热物质。
此外，微波也可以使水分子在物质内部快速旋转，形成内部摩擦，并转化为热能，促进物质加热。
因此，微波辐射加热比传统的对流加热方式更加快速高效。
二、微波与物质的相互作用机理微波与物质的相互作用机理是微波辐射加热的重要基础。
通过对微波与物质的相互作用机理的研究，可以更好地理解微波辐射加热的基本原理，进一步探讨微波辐射加热的工艺参数和优化方法。
1. 电磁场作用微波通过物质时，会产生变化的电场和磁场。
由于物质有电导率，电场作用会使物质中的自由电子发生振荡和摩擦，产生电流，并将微波能量转化为热能。
磁场作用会使物质内部的磁性物质发生旋转或振荡，也会转化为热能。
2. 分子摩擦作用当微波通过物质时，会使水分子、蛋白质等极性物质发生快速的定向旋转运动。
在旋转运动中，分子之间会发生摩擦，产生热能。
这种分子摩擦作用是微波辐射加热中重要的加热机理之一。
3. 温度效应物质的温度是微波与物质相互作用的另一个重要因素。
温度升高会导致物质分子振动频率的增加，加强微波与物质之间的相互作用，促进微波辐射加热效果。
第七章微波辐射计
表1：各种卫星携带的微波辐射计的名称和波段特征
卫星
Nimbus-7 & Seasat-A
美国雨云7号和海洋 卫星A
传感器
SMMR (Scanning Multi-frequency Microwave
Radiometer) [美国] 多频率扫描微波辐射计
DMSP (Defense Meteorological Satel含云中的液
态水
不同波段的微波辐射计有不同的专长和用 途
按测量目的区分，微波辐射计可分为探测 仪和成像仪:
➢ 探测仪主要应用在气象卫星上，波段多选 择在氧气和水汽吸收带和附近频率，用于 测量大气垂直温度和湿度廓线，要求大尺 度低分辨率，通常采用垂直轨道扫描方式
➢ 成像仪主要应用在海洋卫星上，波段（C、 X、K波段）频率通常较低，分辨率要求较 高，通常采用圆锥形扫描方式。
10.7 (v,h) 19.4 (v,h) 21.3 (v,h) 37.0 (v,h) 89.0 (v,h)
6.8 (v,h) 10.7全极化 18.7全极化 23.8 (v,h) 37.0全极化
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
89.0 5km 3,000
1.1K
表4：AMSR Characteristics
Frequency(GHz)
6.9 10.65 18.7 23.8 36.5 89.0 50.3 52.8
Ground Resolution
50km
25km
15km
Bandwidth (MHz)
350 100 200 400 1,000
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。
微波辐射计的工作原理
微波辐射计的工作原理
首先，微波辐射计的接收器用于接收周围的微波辐射。
接收器通常由
一根长天线构成，它可以接收到从周围物体辐射出来的微波辐射。
微波辐
射的频率通常在1到300GHz之间。
接下来，接收器将接收到的微波辐射转化为电信号。
这是通过将微波
辐射能量转化为电磁能量来实现的。
特别是，微波辐射的电磁波与接收器
内的电磁场相互作用，从而在接收器内部产生感应电流。
这个感应电流被
传输到接收器后面的探测器。
然后，通过放大器对感应电流进行放大。
由于微波辐射的信号较弱，
所以需要使用放大器将信号放大到可测量的范围。
放大器通常由一个或多
个晶体管组成，它们可以增加信号的幅度。
最后，微波辐射计的探测器进行测量。
探测器用于测量放大后的电信
号的强度和频率。
探测器通常由一个或多个传感器组成，它们可以测量电
信号的强度和频率，并将这些数据转化为可读的数字或图形。
除了这些基本的工作原理之外，微波辐射计还可能包括其他组件和功能，如滤波器、校正器、电源等。
滤波器可以用于过滤掉非微波辐射的噪声。
校正器可以用于校正仪器的测量误差。
电源则为微波辐射计提供所需
的电能。
总之，微波辐射计的工作原理主要包括接收微波辐射、转化为电信号、放大和测量等步骤。
通过这个过程，微波辐射计可以精确地测量和检测周
围的微波辐射能量，以实现对微波辐射的监测和分析。
微波辐射技术的研究与应用
微波辐射技术的研究与应用微波辐射技术是一种基于低频电磁波的辐射技术，它可以迅速深入材料内部，对材料进行快速加工和处理。
微波辐射技术在食品加工、化学制品、医疗器械、电子产品等领域得到了广泛的应用。
该技术相对于传统的热处理技术具有快速、高效、节能、环保等优点。
一、微波辐射技术的原理微波的频率在1GHZ到300GHZ之间，其波长约为1mm到1m之间。
微波辐射技术是基于微波的非接触性热处理技术，实现方式通常是通过微波器件产生微波场，使得材料受到微波能量的影响，从而进行预定目的的处理。
微波热传导的过程分为两个部分，一个部分是由电场引起的电性极化，另一个部分是由于磁场的磁性极化。
在微波照射下，物体分子中的水分子发生摆动，从而摩擦发热，利用这种发热的方式可以达到加热的目的。
二、微波辐射技术的应用1. 食品加工微波辐射技术在食品加工领域具有广泛的应用，能够有效地加快食品加工速度，提高生产效率。
微波辐射技术可以用于蒸煮、烘焙、烤面包、烤肉和烤鱼等食品的加热和灭菌，还可以用于烘干、烤箱、速冻等生产工序。
2. 化学制品微波辐射技术可以在无溶剂、无催化剂的情况下通过快速加热进行还原、羰基化、酰化等化学反应，提高了化学反应的速度和效率。
微波化学的反应时间通常比传统方法短10倍以上，化学反应的产率也有大幅提高。
3. 医疗器械微波辐射技术也可用于医疗器械制造过程中，例如利用微波热加工方式制造人工骨骼等医疗器械，可以快速完成器械的制造，并更好地保持其原有功能，在一定程度上可以提高器械的使用效率。
4. 电子产品微波辐射技术在电子产品中广泛应用，例如通过利用微波辐射技术加热来实现超薄膜屏幕的制造，从而提高产能和终端产品的质量和使用效果；此外还可以用于各类微电子元件的受控加温和半导体制造等衍生技术。
三、微波辐射技术的未来微波辐射技术是一种具有广阔前景的研究方向，未来随着微波器件技术的不断发展和微波加热技术的深入研究，人们对于微波辐射技术的需求和应用也将逐步加大。
第二章 被动微波辐射计
第二章被动微波遥感原理及微波辐射计1.黑体热辐射的Planck定律Rayleigh－Jeans定律a)Planck定律，Rayleigh－Jeans定律b)亮温，视温2.微波辐射计系统a)天线系统，天线温度b)热噪声，噪声温度，噪声系数c)理想微波辐射计，迪克型辐射计d)微波辐射计空间分辨率，微波辐射计成像，不确定性原理3.微波辐射计的遥感应用a)微波辐射测量模型，极化效应，观测角效应，大气效应，表面粗糙度效应b)土壤湿度，海温，海面盐度，冰雪辐射测量基础()521,exp 1hc B T hc kT λλλ=⎛⎞−⎜⎟⎝⎠前面的是以波长为自变量以频率为自变量二者如何转换？Stefan －Boltzmann 定律400f B B d B df T λλσ∞∞===∫∫Wien位移定律）对应的频率最大辐射（Bf最大辐射（B）对应的波长λ换算回频率二者不同！微波辐射计部分微波辐射计：MSR：Microwave Scanning Radiometer，MOS－1，2波段Dicke辐射计。
AMSR：Advanced Microwave Scanning Radiometer，ADEOS－II上，6波段，4极化，5-60KM，NE d T:0.3K, 精度：1K。
SSMR，Scanning Multi-channel Microwave Radiometer, Nimbus-7,AIMR, Airborne Imaging Microwave Radiometer, JPLSSM/I, Special Sensor Microwave/Imager, DMSP, 4波段，分辨率15－45KM地物的发射率（或叫比辐射率）实际地物不是黑体，与电磁波作用存在吸收、反射和透射Kirchhoff定律，在热平衡状态下，不透明物体，吸收率等于发射率1.能量守恒定律，吸收率＋反射率＋透过率＝12.一般不透明物体（半无限），透过率＝0，结合1，有发射率＝吸收率＝1－反射率4.反射率与地表粗糙度有关。
微波辐射计的原理应用
微波辐射计的原理应用1. 简介微波辐射计是一种用于测量大气中微波辐射能量的仪器。
它基于微波辐射与大气中的水汽、气溶胶等物质的相互作用而工作。
本文将探讨微波辐射计的原理和应用领域。
2. 原理微波辐射计的原理基于以下几点：2.1 微波辐射的产生微波辐射是指电磁波频率范围在300 MHz到300 GHz之间的波长。
微波辐射可由天体、地表和大气等产生，其中大气中的微波辐射主要来自太阳辐射、地表反射和大气散射。
2.2 微波辐射与大气的相互作用微波辐射在大气中与水汽和气溶胶等物质相互作用，产生吸收、散射和反射等现象。
这些相互作用受大气中的温度、湿度、气压等因素影响。
2.3 微波辐射计的测量原理微波辐射计通过向大气发送微波辐射，并测量其经过大气后的剩余能量来确定大气中的水汽含量、云的特性以及地表温度等。
测量原理基于微波辐射在大气中吸收和散射的特性。
3. 应用领域微波辐射计在以下领域有广泛的应用：3.1 大气科学研究微波辐射计可用于观测大气中的水汽含量、云的特性和温度等参数。
这对于气象预报、气候研究和大气模型验证等方面具有重要意义。
3.2 地表监测通过测量微波辐射在地表的反射和散射特性，可以获得地表的温度、植被覆盖度、土壤湿度等信息。
这对于农业、生态环境和水资源管理等方面具有重要应用价值。
3.3 卫星遥感微波辐射计可以搭载在卫星上，利用微波波段的辐射进行地球观测。
通过卫星遥感技术，可以实时、全球范围内获取大气和地表的微波辐射信息，为气象学、地球科学和环境监测等领域提供数据支持。
3.4 水文水资源监测微波辐射计可以用于监测水文水资源，例如测量大气中的水汽含量，预测降雨量和雪深等。
这对于水资源管理、洪涝灾害预警和水文模型的建立等有重要意义。
3.5 太空通信微波辐射计可以用于研究和优化卫星通信系统中的微波信号传输。
通过测量和分析大气中的微波辐射特征，可以提高卫星通信系统的可靠性和性能。
4. 总结微波辐射计是一种重要的大气和地球观测仪器，应用广泛。
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)
微波辐射原理
微波辐射原理
微波辐射是一种电磁辐射，其波长范围在1毫米至1米之间。
微波是由电磁场和磁场相互作用形成的振荡波动。
微波辐射的产生主要依靠特定装置中的微波发生器。
微波发生器会产生高频电磁波，然后这些波会被引导到微波辐射设备中。
微波辐射设备通常是一个空心金属腔体，其内部反射表面是高度反射微波的。
当微波发生器工作时，产生的微波波动会在腔体内被反复反射，形成一个驻波形式。
由于微波辐射波长较长，所以其波通过物体时会遇到一些特殊性质。
例如，微波相对于短波而言更容易穿透材料，尤其是那些对于可见光具有高反射率的材料。
微波辐射可以被吸收或反射。
当物体的几何形状和物质特性使其对微波辐射具有吸收性能时，物体将会吸收微波并将其转化为其他形式的能量，如热能。
这就是为什么微波可以被用作加热食物的原理。
另一方面，当物体对微波辐射具有反射性能时，物体会将微波反射到周围空间。
微波炉中的转盘和金属反射腔体就是利用这种反射原理来加热食物。
总的来说，微波辐射是一种特殊的电磁辐射形式，其产生和应用依赖于微波发生器和反射性材料的特性。
通过掌握微波辐射的原理，我们能够更好地理解和应用微波技术。
不同天气条件下微波辐射计温度探测效果评估
不同天气条件下微波辐射计温度探测效果评估随着气候变化的加剧和人们对天气猜测的需求增加，对温度探测技术的探究也变得尤为重要。
微波辐射计作为一种被广泛应用于气象观测领域的温度探测技术，具有非接触、快速、大范围、高精度等优点，因此备受关注。
然而，微波辐射计的温度探测效果受到天气条件的影响，因此本文对不同天气条件下微波辐射计温度探测效果进行评估与分析，旨在提高其准确性和可靠性。
一、微波辐射计基本原理微波辐射计是通过测量地球大气层中微波辐射的强度来推算温度的一种仪器。
其基本原理是利用地球大气层中氧气、水蒸气等分子对微波辐射的吸纳特性，推算出大气的温度分布。
二、不同天气条件对微波辐射计温度探测的影响1. 晴天在晴朗的天气条件下，微波辐射计的温度探测效果较好。
因为此时大气中的云量较少，水蒸气的含量较低，吸纳微波辐射的程度较小，所以对温度的猜测较为准确。
2. 阴天在阴天的条件下，云层会遮挡太阳的辐射，导致地表温度的变化变得较为缓慢。
此时，微波辐射计的温度探测精度可能会受到一定程度的影响。
因为云层能够吸纳和散射微波辐射，使得微波辐射计接收的有效信号缩减，因而可能导致温度的误差增加。
3. 雨天在雨天的条件下，微波辐射计的温度探测效果会受到严峻的影响。
雨滴对微波辐射的散射和吸纳作用较大，导致微波辐射计接收信号的减弱和变形，从而使得温度的测量结果产生较大的误差。
4. 雾天在雾天的条件下，由于水汽的含量较高，微波辐射计的温度探测效果会受到明显的干扰。
水蒸气对微波辐射的吸纳能力较强，会引起传感器接收信号的衰减，从而影响温度的测量精度。
三、提高微波辐射计温度探测效果的措施1. 接受多波段的观测技术多波段的观测技术可以对不同频率的微波辐射进行测量与比较，由此推算出大气层的温度分布。
这种方法可以有效地降低云层、雨滴和雾气等物质对微波辐射的吸纳和散射作用，从而提高温度的测量准确性。
2. 引入数据同化技术数据同化技术是一种通过将观测结果与模型结果相结合，对数据进行修正和校正的方法。
第九章 微波辐射计
第四节 雷达
一、 雷达的波束宽度 二、 天线的方向参数 三、 辐亮度与温度的关系 四、 天线的传输函数
2
第一节 微波辐射计
一、微波辐射计简介
被动探测器： 被动探测器：接收地球表面发出的辐射 主动微波雷达－散射计、 主动微波雷达－散射计、高度计和合成孔径 雷达 全天候探测器： 全天候探测器：微波能穿透云层 可探测物理量： 可探测物理量： 海表面温度、盐度、风速、 海表面温度、盐度、风速、大气垂直温度和 湿度剖面、 湿度剖面、大气中水汽含量和可降水量
3
星载微波辐射计及其特征星载微波辐射计及其特征-1
卫星 传感器 波段(GHz)/通道 通道 波段 6.63/v, h 美国Seasat-A 美国 & Nimbus-7 多频率扫描微 波辐射计 SMMR 5波段 波段 9通道 通道 10.69/h 18.0/v, h 21.0/v, h 37.0/v, h 19.35/v, h 美国国防气 专用传感器微 象卫星DMSP 波成像仪 波成像仪SSM/I 象卫星 4波段 波段 7通道 通道 22.235/v 37.0/v, h 85.5/v, h 6.925/v, h 10.65/v, h 美国EOS美国 PM(Aqua) 日本高级微波 扫描辐射计 AMSR-E 6波段 波段 12通道 通道 18.7/v, h 23.8/v, h 36.5/v, h 89.0/v, h
：卫星观测天顶角 e ：海面发射率 Ts ：海表面温度 eTs ：海面亮温 高度z处大气温度 T ( z ) ：高度 处大气温度 kab ：大气吸收系数 t 海面0到高空h间大气层的透射率 ：海面0到高空 间大气层的透射率
θ
《大气综合观测》复习资料祥解
Part I _地基微波辐射计在大气探测中的应用1、紫外线：uv -A(0.315-0.4), uv -B(0.28-0.315), uv -C(0.150-0.28) um 红外线：近红外(0.7-2.5)，远红外(2.5-1000)；微波：1mm 到1m 波段。
2、地基微波辐射计：微波辐射计是一种为了测量物质的微波辐射而设计的高灵敏度宽频带信号接收机。
微波辐射计通常因搭载平台的不同而分为星载微波辐射计、空基（机载）微波辐射计和地基微波辐射计等。
Part II_微波辐射计基本原理1、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 .在Ωr 内的发射功率为 辐射强度 天线接收功率 为天线的方向性函数2、 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：自然界中天线的接收功率为3、天线温度Te 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 。
r t tBA P Ω=t rt t BA P I =Ω=()()tr d A B F P Ω=⎰⎰ϕθϕθπ,,4r ()max 21Φ=Φf ()()()df d A F B f P r f f f f ΩΦ=⎰⎰⎰∆+ϕθϕθπ,,004r n P kT f =∆n P kT f=∆(),F θφ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。
天线温度不是天线自身的物理温度，而是代表外来能量。
4、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。
传输线：物理温度通常也是Tp ，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 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。
5、天线方向性函数天线温度T A 成为从天线所指方向射入天线的亮温度T Bβ。
微波辐射的原理
微波辐射的原理
微波辐射是指一种电磁波辐射，其波长范围通常是1毫米到1米。
微波辐射的原理主要涉及电磁波的传播与相互作用。
首先，微波辐射是由变化的电磁场所产生的。
当电磁波传播时，电场和磁场相互垂直，并以垂直传播的方式传递能量。
微波辐射的电场和磁场不断交替变化，形成一种电磁波的传播模式。
其次，微波辐射可以通过天线进行辐射和接收。
天线是一种特殊的导体结构，可以将电能和磁能转换为电磁波辐射，并从环境中接收到电磁波的能量。
天线在微波通信和雷达等领域中被广泛应用。
另外，微波辐射在传播过程中会与物质发生相互作用。
微波辐射与物质的相互作用取决于物质的性质和微波的频率。
一些物质对微波辐射具有吸收作用，吸收能量并发热。
因此，微波可以用于加热食物、杀菌和医疗治疗等方面。
而另一些物质对微波辐射具有反射作用，可用于雷达和遥感等应用中。
总体来说，微波辐射的原理是基于电磁波的传播与相互作用。
通过天线的传输和接收，微波辐射在各个领域有着广泛的应用。
热红外辐射计和微波辐射计
3.风速风向（平静海面和粗糙海面的发 射率模型）
3.热红外辐射计
3.1 分类与特点 可见光和近红外辐射计（6000K）
红外辐射计 热红外辐射计（300K）
可见光与近红外信号强
热红外信号波长大，易衍射，不易受烟尘、雾、 气溶胶的影响
89.0 5km 3,000
1.1K
AMSR-E观测的全球海表面温度
微波辐射计
微波辐射计
4.2微波波段辐射传输方程
辐射传输方程的微分形式
dL(z) dz
LB
(z)kab
L(z)kab
L（z）是在位置z处的辐亮度； kab是在传输路径上介质的吸收系数； L（z）kab是因大气中吸收气体的吸收而衰减的辐亮度； LB（z）是与吸收气体温度相同的黑体发射的辐亮度
代入 L(T、l) （e T、l）LB (T、l)
得：
TB eTSST TB : 海面亮温（Brightness Temperature) TSST : 海面真实温度（Sea Surface Temperature)
基本原理
TB eTSST 发射率e( , f , ,Ts , Ss ,U10,)
0.9 0.8
30℃ 0.7 0.6 0.5
实线--35‰ 盐水 虚线--纯水
30℃
0℃
ρ
H,V
0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 频率f (GHz)
微波辐射计
微波测量海表面盐度： 首选辐射计频率是L波段1.4GHz 首选极化状态是垂直极化 首选观测角是0～10度 在此条件下，天线探测的亮温几乎不受海面风速 和海浪的影响
微波频率计的原理如何
微波频率计的原理如何微波频率计是一种用于测量微波信号频率的电子设备。
它在通信、雷达、卫星导航和微波烹饪等领域都有广泛的应用。
本文将介绍微波频率计的原理以及常见的工作方式和构造。
原理微波频率计的原理基于谐振共振现象。
当微波信号通过谐振腔时，它会在腔内产生共振现象，同时腔内会有电磁波的强烈干涉。
这种干涉会影响电磁波传播速度，从而改变微波信号的频率。
因此，可以测量微波信号通过谐振腔时的频率变化，从而得到微波信号的频率。
通常微波频率计可以采用以下几种工作方式：1. 微波谐振计微波谐振计是一种通过测量谐振腔固有频率变化来测量微波信号频率的设备。
它的构造包括了一个腔体，一个馈源和一个检波器。
通常，当馈源向腔体输入微波信号时，腔体内的电场、磁场能量将在谐振模式下来回振荡。
谐振模式的频率取决于谐振腔的大小和几何形状。
当微波信号的频率与谐振腔的固有频率相同时，从检波器输出的电压最大。
当微波信号的频率改变时，从检波器输出的电压随之改变。
因此，通过测量检波器输出的电压，可以计算出微波信号的频率。
2. 微波计数器微波计数器是一种可以对微波信号进行精确测量的设备。
它的构造包括了一个计数器、一个可编程时钟和一个微波信号输入通道。
微波信号首先被计数器采样和数字化，然后通过该数字化的信号来“控制”可编程时钟，对输入信号进行频率计数。
计数器在预设时间内记录微波信号在周期内的脉冲数。
然后，根据计算得到的脉冲计数和预设时间，就可以计算出微波信号的频率。
3. 微波扫频计微波扫频计是一种通过扫描频率范围来确定微波信号频率的设备。
它的构造包括了一个谐振腔、一个信号发生器、一个微波检波器和一个频谱分析仪。
谐振腔的固有频率和输入的微波信号之间的相互作用会产生信号的频移。
信号发生器产生一个微波信号，并且逐渐扫描频率。
当信号发生器的信号频率扫描到谐振腔的固有频率时，会有最大的电压输出。
此时，微波信号的频率就确定了。
结论微波频率计是一种极为实用的测量微波信号频率的设备。
辐射计原理
为平谱。如果馈源喇叭、耦合器、
极化器和低噪声放大器的带宽很宽，则进入滤波器的信号基本保持射频的特征。经过滤波器以后，接
收机只截取带宽 v 的信号。按照 Fourier 频谱分析原理（参看习题 4.1），在时间域里，它截取了比特 征时间1/ v 缓慢变化的信号（包络）。经过混频以后，信号变为中频，频率大大降低。如在图中频率
———————————————————————————————————————————————————
习题 4.1 如，设一射电信号，它在时间域里，有如下式的特征，试求出功率谱，并分析在时间和频率域里，这个信号
的特征。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5
f
(t)
1 0
T0 t T0 t T0
（E4.1.1）
为了求出这段射电信号的功率谱，可以有两种方法，一是直接 Fourier 变换，平方后得到功率谱，另一种方法是求出它
的自相关函数 R（t），Fourier 变换后生成功率谱。
（1） 直接 Fourier 变换，我们有
f () f (t)eitdt T0 eitdt 2 sin T0
T0
则它的功率谱为
（2）
P()
4T02
sin T0 T0
2
（E4.1.2）
先求出自相关函数，再 Fourier 变换得到功率谱。按照自
器（Low-Noise Amplifer，简称为 LNA） 。由于它们的噪声水平对接收机总的噪声影响最大，为了降
低噪声，它们都安装在一个低温杜瓦里。在厘米波和短厘米波段，一般低温杜瓦采用两级制冷。第一
级是为了屏蔽热辐射，制冷的温度为 50 K，第二级提供给低噪声放大器，制冷温度为 15 K。
前端中的耦合器是为了在输入端引入一个校准噪声信号，以便在实际观测中做接收机的校准（在
微测辐射热计工作原理
微测辐射热计工作原理
微测辐射热计是一种用于测量物体表面温度的仪器，其工作原理基于
物体表面辐射的热量与温度之间的关系。
该仪器通过测量物体表面辐
射的热量，可以准确地计算出物体表面的温度。
微测辐射热计的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：
1. 接收辐射热量
微测辐射热计通过一个感应器接收物体表面辐射的热量。
该感应器通
常由一个热敏电阻或热电偶组成，可以将接收到的热量转化为电信号。
2. 转换电信号
微测辐射热计将感应器接收到的电信号转换为数字信号，以便进行后
续的计算和处理。
该转换过程通常由一个模数转换器完成。
3. 计算温度
微测辐射热计通过对接收到的数字信号进行计算，可以准确地计算出
物体表面的温度。
该计算过程通常由一个微处理器完成，可以根据不
同的应用需求进行编程。
微测辐射热计具有以下几个优点：
1. 非接触式测量
微测辐射热计可以通过接收物体表面辐射的热量进行测量，无需接触物体表面，因此可以避免对物体造成损伤或污染。
2. 高精度测量
微测辐射热计可以通过精确的计算和处理，实现对物体表面温度的高精度测量。
该仪器通常具有较高的分辨率和灵敏度，可以满足不同应用场景的需求。
3. 宽波长范围
微测辐射热计可以测量不同波长范围内的辐射热量，因此可以适用于不同类型的物体表面温度测量。
总之，微测辐射热计是一种非常实用的测量仪器，可以广泛应用于工业、医疗、环境等领域。
其高精度、非接触式测量和宽波长范围等特点，使其成为现代科技发展中不可或缺的一部分。
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max f f 0
或者 Pr
f B f , F , Ar ddf
4
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
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• 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。
V2 V1 G (T2 T1 ) V2 V1 G T2 T1 O V2 GT2 V1 G T1
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传输线输入口）放在恒温槽内，则，观测P随T的
变化，可得 P aTB b 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 P aTB b 。
4
F ( , )d
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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：
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。
' (A Pout ) l P (1 l )k TP f kTAf
其中， A' lTA (1 l )TP T
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f0
天线温度与气象信号
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天线温度 Te
Pn kT f
P kTe f
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 Pn kT f 。天线输出其后端接收机的功率 P kTe f , 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”。
Gs 称之为辐射计系统的增益。
系统的灵敏度
Tsys
Tsys B
B 为辐射计系统的带宽，
为积分时间。
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全功率辐射计与Dicke辐射计
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辐射计的定标
• 辐射计接收机所得功率Ｐ(或 Psys )与 T（即 TB ） A 成线性关系：
P aTB b
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• 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。
TA
4
T
B
( , ) F ( , )d
天线接收到的功率为：
Pr F , B , Ar dt
4
F , 为天线的方向性函数
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（0，0）为天线指向。由天线温度表达式可知，
1 TA M
M
T ( , )d TB ( 0 , 0 )
B
即，天线温度 T A 成为从天线所指方向射入天线的亮温度 TB 。 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）。
辐射计本振频率
f0
，中频为 f I f 0 f1 ，因此进入天线
可以被测量的微波频率可以是 f1 f 0 f I ，或是 f1 f 0 f I
单信道接收机：
射频单元（天线到射放）只工作在 f 1 或 f 2 双信道接收机：
射频单元需同时工作在 f1 & f 2 这样，接收功率大但对射放要求高
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 。
接收机
地基微波辐射计系统框图
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大气物理学院大气探测系
微波辐射计的工作频率
传输线：物理温度通常也是 T p ，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
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辐亮度与天线
• 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 .
在 r内的发射功率为
P BAt r t
定义辐射强度 Pt It BAt r
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地基微波辐射计的基本原理
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天线的频率响应：频响函数
定义带宽 天线接收到的功率为：
f 0 f /2
1 max 2
时的频率范围 ，
Pr
f 0 f /2
f
f 0 f
B f , F , Ar d df
4
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
Ar r R
2
或
r
Ar
R2
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接收面所接收到的功率
Pt BAt r Pr
BAt Ar Pr Pt BAt r BArt 2 R
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天线接收功率的计算
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Typical Antenna Power Patterns
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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：
P 1 ( A) 1 1 Pout (1 )kTP f kTr f kTsys f L L L
其中， 称
Tsys l TA ( L l )TP LTr
Tsys 为系统噪声温度
称 Psys k Tsys f 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。
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系统的增益