第二講地基微波輻射計的基本原理第二講基本概念天線溫度微波輻射計工作原理

基本概念輻亮度與天線在內的發射功率為

定義輻射強度接收面元：輻亮度B

(Radiance)：單位輻射源表面積、單位時間、向單位立體角所輻射的能量，單位為Wm-2sr-1.輻亮度與天線在內的發射功率為定義輻射強度接收面接收面元：

設想在距離R處，有一接收面，如下圖左半，剛好卡在內或接收面元：

設想在距離R處，有一接收面，如下圖左半，剛好卡在接收面所接收到的功率接收面所接收到的功率天線接收功率的計算天線接收到的功率為：為天線的方向性函數天線接收功率的計算天線接收到的功率為：為天線的方向性函數天線的頻率響應：頻響函數

定義帶寬：時的頻率范圍，稱為帶寬，也叫半功率帶寬。天線接收到的功率為：或者天線的頻率響應：頻響函數定義帶寬：天線溫度與氣象信號天線溫度與氣象信號天線溫度在電子線路中，溫度為T的電阻,產生輸入到系統的熱噪聲功率為。天線輸出其后端接收機的功率,相當于一個溫度為Te的電阻所產生的熱噪聲功率。所以，Te就稱為“天線溫度”。

天線溫度在電子線路中，溫度為T的電阻,產生輸入到系統的熱噪天線溫度：天線溫度不是天線自身的物理溫度，而是代表外來能量。

天線溫度：天線溫度不是天線自身的物理溫度，而是代表外來能量。輻射計系統：

——天線＋傳輸線＋接收機

天線：物理溫度，有損耗即“有吸收就有熱輻射”，功率透射系數。

天線端口輸出功率：

其中，輻射計系統：

——天線＋傳輸線＋接收機傳輸線：物理溫度通常也是，信號損耗因子1。理想傳輸線L=1;接收機：現實接收機＝無噪聲接收機＋等效熱噪聲源

傳輸線：物理溫度通常也是，信號損耗因子稱為系統噪聲功率，相當于在傳輸線的輸入端口（就是天線的輸出端口）輸入的總功率。記接收機等效熱噪聲溫度Tr,則在接收機輸入端口處的功率可表示為：其中，稱為系統噪聲溫度稱為系統噪TypicalAntennaPowerPatterns

TypicalAntennaPowerPatternsPart-II-微波輻射計基本原理ppt課件主瓣內，與方向無關，可用表示。（0，0）為天線指向。由天線溫度表達式可知，天線方向性函數即，天線溫度成為從天線所指方向射入天線的亮溫度。這就是我們所要的信息，代表（0，0）方向上被測目標物的輻射狀態（如物理溫度，輻射物質含量等）。

主瓣內，與方向無關，可地基微波輻射計的基本原理地基微波輻射計的基本原理微波輻射計被動地測量目標物在某個頻率附近發射的熱輻射功率。大氣物理學院大氣探測系地基微波輻射計系統框圖接收機微波輻射計被動地測量目標物在某個頻率附近發射的熱輻射功率。輻射計本振頻率，中頻為，因此進入天線可以被測量的微波頻率可以是微波輻射計的工作頻率，或是單信道接收機：射頻單元（天線到射放）只工作在或雙信道接收機：射頻單元需同時工作在這樣，接收功率大但對射放要求高輻射計本振頻率，中頻為具有隨機熱噪聲的性質，要測量它在一定時間內的積分，才能取出穩定的振幅，作為“信號”功率，使得系統的增益稱之為輻射計系統的增益。

系統的靈敏度為輻射計系統的帶寬，為積分時間。

具有隨機熱噪聲的性質，要測量它在一定時全功率輻射計與Dicke輻射計

1)全功率:

天線連續接收外來熱輻射(不是脈沖式的)。問題:

系統增益若不穩定，則破壞了與的確定關系。全功率輻射計與Dicke輻射計1)全功率:2)Dicke輻射計:

脈沖式的接收外來輻射。

全功率輻射計與Dicke輻射計

Dicke開關交替地接通1、2兩端，在已知參考負載溫度TR的情況下，利用兩個輸出VOA和VOB來（1）解決增益不穩定性的影響。VOA=kGsTA，VOB=kGsTR，假設在一個開關周期內穩定，則TA=TR*VOA/VOB，則與增益是否穩定無關！（2）解決接收機內部噪聲Tr和增益不穩定性的影響。VOA=kGs(TA+Tr)VOB=kGs(TR+Tr)假設在一個開關周期內穩定，則兩信號之差D=k(TA-TR)與噪聲Tr無關，可以從中獲得被測TA。若能調整TR的值，使得兩信號之差D=0，則得TA=TR

，則與增益是否穩定無關！稱此為平衡式Dicke輻射計。與增益是否穩定有關!2)Dicke輻射計:全功率輻射計與Dicke輻射計Di輻射計的定標輻射計接收機所得功率Ｐ(或)與（即）成線性關系：其中系數a、b為與輻射計系統性能和環境溫度有關的系數。可通過輻射計系統定標來確定。輻射計的定標輻射計接收機所得功率Ｐ(或)與（即（1）實驗室方法\高低溫負載法:把天線（或其傳輸線輸入口）放在恒溫槽內，則，觀測P隨T的變化，可得的關系。（2）晴空外場法\自然定標法:把天線放在外場,取晴朗夜晚、靜風，施放探空儀得Ｔ(Z)、(Z)。由輻射傳輸方程（后面介紹）可計算出在不同仰角時的值。改變天線仰角可得相應的讀數,計算回歸系數,即可得。（1）實驗室方法\高低溫負載法:把天線（或其傳輸線輸入口MeasureoutputvoltagesV1andV2fromtwoblackbodytargetsattemperaturesT1andT2MeasureoutputvoltagesV1andCautions:

Needhighemissivitytarget(lowreflectivity)UniformtemperaturethroughouttargetArealargeenoughtocovermorethanmainbeamCautions:Part-II-微波輻射計基本原理ppt課件LN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMSGPFIELDSITELN2TARGETPLACEDONRADIOMETRLN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMTWPNAURUFIELDSITELN2TARGETPLACEDONRADIOMETRLiquidNitrogencalibrationofmicrowaveradiometersRadiosondeHumiditySoundingsandMicrowaveRadiometersduringNauru99,E.Westwater,B.Stankov,D.Cimini,Y.Han,J.Shaw,B.LeshtandC.Long,JAOT,2003.LiquidNitrogencalibrationofRadiometricsMicrowaveRadiometerRadiometerGain:Tndisthenoiseinjectiontemperaturedetermine