《一种多通道微波辐射测量装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种多通道微波辐射测量装置.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103616567 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103616567 A (21)申请号 201310619140.2 (22)申请日 2013.11.27 G01R 29/08(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (71)申请人 西安电子工程研究所 地址 710100 陕西省西安市长安区凤栖东路 (72)发明人 卢建平 朱磊 雷连发 谢清玲 程桂玉 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 王鲜凯 (54) 发明名称 一种多通道微波辐射测量装置 (57) 摘要 本发明涉及一种多通道微波辐射测量装置， 。
2、其特征在于包括适应K频段和V频段的天线部分、 和与 K 频段和 V 频段连接的接收装置和微波黑体 辐射源 ； 天线部分的K频段和V频段的馈源连接K 频段接收机和 V 频段接收机， K 频段接收机和 V 频 段接收机的输出端连接控制单元 ； 所述两个接收 机共用一台本振 ； 所述微波黑体辐射源包括常温 黑体辐射源和液氮制冷黑体辐射源， 相对于天线 反射面的转动轴对称安装， 且黑体的角锥均面向 转动轴。 本发明具有长期无人值守工作、 连续探测 敏感频段大气辐射强度谱的能力， 可用于大气温 湿廓线的连续实时监测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华。
3、人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103616567 A CN 103616567 A 1/1 页 2 1.一种多通道微波辐射测量装置， 其特征在于包括适应K频段和V频段的天线部分、 和 与 K 频段和 V 频段连接的接收装置和微波黑体辐射源 ； 天线部分的 K 频段和 V 频段的馈源 连接 K 频段接收机和 V 频段接收机， K 频段接收机和 V 频段接收机的输出端连接控制单元 ； 所述两个接收机共用一台本振 ； 所述微波黑体辐射源包括常温黑体辐射源和液氮制冷黑体 辐射源， 相对于天线反射面的转动轴对称安装， 且黑。
4、体的角锥均面向转动轴。 2. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 所述的天线部分包括 一个透波天线罩、 偏馈抛物反射面、 极化栅、 K 频段波纹喇叭馈源和 V 频段波纹喇叭馈源 ； 极 化栅位于偏馈抛物反射面和 K 频段波纹喇叭馈源的中心线上， 且倾斜 45 度角安装， 极化栅 的栅条垂直排列， K 频段波纹喇叭馈源位于反射面的焦点处， V 频段波纹喇叭馈源则位于中 心线的垂直方向 ； 偏馈抛物反射面安装在步进转台上。 3. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 所述 K 频段接收机安 装在 K 频段馈源的后方， 采用 WR-34 规格波导。
5、连接。 4. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 所述 V 频段接收机安 装在 V 频段馈源的下方， 采用 WR-15 规格波导连接。 5. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 所述的本振采用标准 的 SMA 微波同轴连接器， 通过半刚性高频同轴电缆分别与 K 频段接收机和 V 频段接收机连 接。 6. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 在控制单元上连接雨 感器。 7. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测量装置， 其特征在于 ： 在控制单元上连接红 外遥感器。 8. 根据权利要求 1 所述多通道微波辐射测。
6、量装置， 其特征在于 ： 在控制单元上连接温 湿压计。 权 利 要 求 书 CN 103616567 A 2 1/4 页 3 一种多通道微波辐射测量装置 技术领域 0001 本发明涉及一种地基多通道微波辐射计， 涉及一种多通道微波辐射测量装置。 背景技术 0002 一切物质只要处于绝对零温度以上， 每时每刻都会向外辐射电磁波， 而地球大气 辐射的电磁波覆盖了整个微波、 毫米波直至红外波段， 其中 K 频段辐射强度主要反映大气 水汽分布情况， V 频段辐射强度则主要反映大气温度的分布特性。如果能够实时并精确测 量 K 频段和 V 频段的大气辐射强度谱， 就可以通过进一步的数据处理实时解算大气温湿。
7、廓 线。 0003 辐射计能够探测目标物体微弱的热辐射能量， 从而侦察到目标的存在与否、 距离 远近以及形状大小等信息。 它纯粹以被动接收的方式工作， 无需对外发射电磁信号， 甚至也 不依赖目标主动发射的电磁波。 0004 辐射计探测目标的物理基础来自于量子理论 ： 只要温度不低于绝对零度， 任何物 体均具有向外辐射电磁能量的能力。辐射能量分布在整个电磁频谱上， 而辐射强度的大小 及其频谱形状与物体的物理温度和材料性质等多种因素有关。 因此无论自然物体还是人造 物体都会产生电磁辐射， 只不过这种辐射能量的强度太微弱， 普通手段无法准确测量及精 确感知其变化情况， 因此将其称为热辐射噪声。 一般。
8、来说， 雷达等常规设备要么将其视为影 响探测的有害噪声， 要么忽略其存在。 0005 而微波辐射计却是专门用于接收和测量这种微波辐射噪声的特殊设备。 将地基多 通道微波辐射计用于大气探测， 无需对外发射电磁信号即能获得敏感频段的大气辐射强度 谱， 经过进一步的数据处理， 就有可能解算出高时空分辨率的大气温湿廓线 （即大气温度、 湿度沿垂直方向的分布数据） ， 这将为中小尺度天气实时监测、 预警、 数值预报研究和人工 影响天气的作业指挥提供重要的观测数据和决策依据。作为一种无球探空方式， 它还拥有 无线电探空仪难以实现的实时连续、 位置精确、 无人值守操作和隐蔽探空能力， 因此具有很 高的实用价。
9、值。目前国外一些技术先进的地基多通道微波辐射计实现了比较高的集成度， 具备多频谱探测和综合信息处理能力， 已经投入气象观测应用并实现了业务化。 0006 微波辐射计的基本原理虽然简洁明了， 但要准确测量微波辐射噪声如此弱小的真 实强度、 或精确感知其微弱变化却很不容易， 在系统设计上和具体的工程实现中都存在很 多的难点。对辐射计电参数稳定性和天线旁瓣提出远高于普通电子设备的苛刻要求 ； 而针 对不同的应用需求和指标要求， 还需要设计最适当的系统架构、 测量标定体系和数据处理 算法 （例如中国专利号 ZL201010248723.5 提出了一种辐射计标定流程和计算方法） 。因此 高性能微波辐射计。
10、是多学科高技术成果的综合体， 集中体现了电子器件、 材料、 精密机械加 工、 软件设计、 结构和工艺设计技术的最新进展。 我国有必要为此开展基于自主技术的研究 开发， 原因如下 ： 0007 1 多通道微波辐射计在大气遥感方面具有独特优势和很高的实用价值 ； 0008 2 国外先进的多通道微波辐射计产品并未公开具体的技术细节和加工方法 ； 说 明 书 CN 103616567 A 3 2/4 页 4 0009 3 国内的电子器件、 材料、 精密机械加工和处理技术与国外先进水平相比存在明 显差距， 因此不能照搬国外的设计思路， 而应立足国情开展自主研究 ； 0010 4 多通道微波辐射计是多学科。
11、高技术成果的综合体， 目前国内外技术都还不够 完善和成熟， 仍在不断探索、 改进、 完善和创新。 发明内容 0011 要解决的技术问题 0012 为了避免现有技术的不足之处， 本发明提出一种多通道微波辐射测量装置， 0013 技术方案 0014 一种多通道微波辐射测量装置， 其特征在于包括适应K频段和V频段的天线部分、 和与 K 频段和 V 频段连接的接收装置和微波黑体辐射源 ； 天线部分的 K 频段和 V 频段的馈 源连接 K 频段接收机和 V 频段接收机， K 频段接收机和 V 频段接收机的输出端连接控制单 元 ； 所述两个接收机共用一台本振 ； 所述微波黑体辐射源包括常温黑体辐射源和液氮。
12、制冷 黑体辐射源， 相对于天线反射面的转动轴对称安装， 且黑体的角锥均面向转动轴。 0015 所述的天线部分包括一个透波天线罩、 偏馈抛物反射面、 极化栅、 K 频段波纹喇叭 馈源和 V 频段波纹喇叭馈源 ； 极化栅位于偏馈抛物反射面和 K 频段波纹喇叭馈源的中心线 上， 且倾斜 45 度角安装， 极化栅的栅条垂直排列， K 频段波纹喇叭馈源位于反射面的焦点 处， V 频段波纹喇叭馈源则位于中心线的垂直方向 ； 偏馈抛物反射面安装在步进转台上。 0016 所述 K 频段接收机安装在 K 频段馈源的后方， 采用 WR-34 规格波导连接。 0017 所述 V 频段接收机安装在 V 频段馈源的下方。
13、， 采用 WR-15 规格波导连接。 0018 所述的本振采用标准的 SMA 微波同轴连接器， 通过半刚性高频同轴电缆分别与 K 频段接收机和 V 频段接收机连接。 0019 在控制单元上连接雨感器。 0020 在控制单元上连接红外遥感器。 0021 在控制单元上连接温湿压计。 0022 有益效果 0023 本发明提出的一种多通道微波辐射测量装置， 具有长期无人值守工作、 连续探测 敏感频段大气辐射强度谱的能力， 可用于大气温湿廓线的连续实时监测。整机综合了适应 K 频段和 V 频段工作的天线、 接收装置以及微波黑体辐射源， 还集成了温湿压计、 红外遥感 器、 AC-DC 电源变换器、 雨感器。
14、、 机箱控制单元以及除雨装置 ； 其中微波黑体辐射源包括集 成在整机机箱内的常温黑体和需要时安装在整机机箱上方、 用毕后卸下的液氮制冷黑体。 0024 天线部分， 两个频段的天线馈源共用一套反射面， 这样不但有利于两个波束同时 指向同一个目标区域， 还能显著减小转动机构的复杂性， 降低设备体积和重量。 反射面和馈 源各自独立安装， 其中馈源固定不动， 反射面安装在步进转台上， 能够在机箱控制单元的控 制下实现 360 度转动， 以便天线波束指向观测目标。 0025 接收装置由两台接收机组成， 分别适应 K 频段和 V 频段工作， 且共用同一台本振 ； K 频段的接收机和天线之间、 V 频段的接。
15、收机和天线之间均采用波导实现刚性连接， 而本振 信号则利用半刚性高频同轴电缆送至接收机。 说 明 书 CN 103616567 A 4 3/4 页 5 附图说明 0026 图 1 本发明的多通道微波辐射计系统框图 0027 图 2 本发明的多通道微波辐射计具体实施方案设计图 0028 其中， 3温湿压计、 5电源变换器、 7机箱控制单元、 9常温黑体、 11天线反 射面、 12K频段喇叭、 13V频段喇叭、 14极化栅、 16K频段接收机、 17V频段接收机、 18本振、 19步进电动机、 20减速机构、 21零位指示器、 22驱动装置 具体实施方式 0029 现结合实施例、 附图对本发明作进。
16、一步描述 ： 0030 一种地基多通道微波辐射计的具体实施方式参见图 1 和图 2， 系统具有长期无人 值守工作、 连续探测敏感频段大气辐射强度谱的能力， 可用于大气温湿廓线的连续实时监 测。整机综合了适应 K 频段和 V 频段工作的天线、 接收装置以及微波黑体辐射源， 还集成了 温湿压计、 红外遥感器、 AC-DC 电源变换器、 雨感器、 机箱控制单元以及除雨装置 ； 其中微波 黑体辐射源包括集成在整机机箱内的常温黑体和需要时安装在整机机箱上方、 用毕后卸下 的液氮制冷黑体 ； 天线采用单反射面形式， 但反射面和馈源各自独立安装， 其中馈源固定不 动， 反射面安装在步进转台上， 能够在机箱控。
17、制单元的控制下实现 360 度转动， 以便天线波 束指向观测目标 ； 接收装置由两台接收机组成， 分别适应 K 频段和 V 频段工作， 且共用同一 台本振 ； K 频段接收机和馈源之间、 V 频段接收机和馈源之间均采用波导实现刚性连接， 而 本振信号则利用半刚性高频同轴电缆送至接收机。 0031 天线包括一个透波天线罩、 偏馈抛物反射面、 极化栅和两个波纹喇叭馈源 ； 其中透 波天线罩、 偏馈抛物反射面、 极化栅均能够适应 K 频段和 V 频段同时工作， 两个馈源分别适 应K频段和V频段工作。 两个频段的天线馈源共用一套反射面， 这样不但有利于两个波束同 时指向同一个目标区域， 还能显著减小转。
18、动机构的复杂性， 降低设备体积和重量。反射面、 极化栅和馈源各自独立安装， 其中极化栅和馈源固定不动， 反射面安装在步进转台上。 步进 转台由步进电动机、 减速机构、 零位指示器及驱动装置构成， 能够在机箱控制单元的控制下 实现 360 度转动， 以便天线波束指向观测目标。极化栅的安装位置位于反射面和 K 频段馈 源的中心线上， 倾斜 45 度角安装， 而栅条垂直排列、 固定安装在金属框架上 ； K 频段馈源位 于反射面的焦点处， 因此接收信号来自于反射面聚焦、 极化栅透射的外部辐射 ； 而 V 频段馈 源则位于该线的垂直方向， 接收信号来自于反射面聚焦、 极化栅反射的外部辐射。 0032 接。
19、收装置包含两台接收机， 分别适应 K 频段和 V 频段工作， 均采用谐波混频、 超外 差接收体制。本振采用锁相式频率综合器类型， 拥有两个输出端口， 采用标准的 SMA 微波同 轴连接器， 通过半刚性高频同轴电缆分别为两台接收机提供本振信号。用隔热材料包裹接 收机腔体外表， 并采用精密的恒温装置来实现多通道稳定接收。 0033 K 频段接收机安装在 K 频段馈源后方， 二者之间采用 WR-34 规格波导实现硬连接 ； V 频段接收机安装在 V 频段馈源下方， 二者之间采用 WR-15 规格波导实现硬连接。 0034 除雨装置安装在微波辐射计机箱的侧面， 朝向透波天线罩的外表面持续吹出气流 以吹。
20、除天线罩上的积雨， 以减小对辐射计探空工作的影响。 0035 该多通道微波辐射计集成了微波黑体， 并在其内部嵌入温度传感器， 作为自动标 定时使用的常温黑体辐射源， 并在冷热源绝对标定时扮演高温黑体辐射源的角色。而液氮 说 明 书 CN 103616567 A 5 4/4 页 6 制冷黑体辐射源在需要进行冷热源绝对标定时， 临时安装到整机机箱上方、 标定结束后卸 下。这两个黑体辐射源均采用宽带角锥形微波吸收材料， 工作频带覆盖天线的两个工作频 段。其中， 常温黑体辐射源的角锥朝上， 而液氮制冷黑体辐射源的角锥朝下。 0036 微波辐射计机箱内部还集成了温湿压计和 AC-DC 电源变换器， 而雨。
21、感器和红外遥 感器安装在机箱顶部。其中温湿压计可实时监测工作现场的大气环境参数， AC-DC 电源变 换器将外部的 220V 交流电转换为微波辐射计工作所需的各种直流电品种。 0037 本实施例， 具有长期无人值守工作、 连续探测敏感频段大气辐射强度谱的能力， 可 用于大气温湿廓线的连续实时监测。整机综合了适应 K 频段和 V 频段工作的天线、 接收装 置以及微波黑体辐射源， 还集成了温湿压计、 红外遥感器、 AC-DC 电源变换器、 雨感器、 机箱 控制单元以及除雨装置 ； 其中微波黑体辐射源包括集成在整机机箱内的常温黑体和需要时 安装在整机机箱上方、 用毕后卸下的液氮制冷黑体 ； 天线采用单反射面形式， 但反射面和馈 源各自独立安装， 其中馈源固定不动， 反射面安装在步进转台上， 能够在机箱控制单元的控 制下实现 360 度转动， 以便天线波束指向观测目标 ； 接收装置由两台接收机组成， 分别适应 K 频段和 V 频段工作， 且共用同一台本振 ； K 频段接收机和馈源之间、 V 频段接收机和馈源之 间均采用波导实现刚性连接， 而本振信号则利用半刚性高频同轴电缆送至接收机。 说 明 书 CN 103616567 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103616567 A 7 。