一種多通道微波輻射測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多通道微波輻射測量裝置，其特征在于包括適應K頻段和V頻段的天線部分、和與K頻段和V頻段連接的接收裝置和微波黑體輻射源；天線部分的K頻段和V頻段的饋源連接K頻段接收機和V頻段接收機，K頻段接收機和V頻段接收機的輸出端連接控制單元；所述兩個接收機共用一臺本振；所述微波黑體輻射源包括常溫黑體輻射源和液氮制冷黑體輻射源，相對于天線反射面的轉動軸對稱安裝，且黑體的角錐均面向轉動軸。本發明具有長期無人值守工作、連續探測敏感頻段大氣輻射強度譜的能力，可用于大氣溫濕廓線的連續實時監測。
【專利說明】一種多通道微波輻射測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種地基多通道微波輻射計，涉及一種多通道微波輻射測量裝置。
【背景技術】
[0002]一切物質只要處于絕對零溫度以上，每時每刻都會向外輻射電磁波，而地球大氣輻射的電磁波覆蓋了整個微波、毫米波直至紅外波段，其中K頻段輻射強度主要反映大氣水汽分布情況，V頻段輻射強度則主要反映大氣溫度的分布特性。如果能夠實時并精確測量K頻段和V頻段的大氣輻射強度譜，就可以通過進一步的數據處理實時解算大氣溫濕廓線。
[0003]輻射計能夠探測目標物體微弱的熱輻射能量，從而偵察到目標的存在與否、距離遠近以及形狀大小等信息。它純粹以被動接收的方式工作，無需對外發射電磁信號，甚至也不依賴目標主動發射的電磁波。
[0004]輻射計探測目標的物理基礎來自于量子理論:只要溫度不低于絕對零度，任何物體均具有向外輻射電磁能量的能力。輻射能量分布在整個電磁頻譜上，而輻射強度的大小及其頻譜形狀與物體的物理溫度和材料性質等多種因素有關。因此無論自然物體還是人造物體都會產生電磁輻射，只不過這種輻射能量的強度太微弱，普通手段無法準確測量及精確感知其變化情況，因此將其稱為熱輻射噪聲。一般來說，雷達等常規設備要么將其視為影響探測的有害噪聲，要么忽略其存在。
[0005]而微波輻射計卻是專門用于接收和測量這種微波輻射噪聲的特殊設備。將地基多通道微波輻射計用于大氣探測，無需對外發射電磁信號即能獲得敏感頻段的大氣輻射強度譜，經過進一步的數據處理，就有可能解算出高時空分辨率的大氣溫濕廓線(即大氣溫度、濕度沿垂直方向的分布數據)，這將為中小尺度天氣實時監測、預警、數值預報研究和人工影響天氣的作業指揮提供重要的觀測數據和決策依據。作為一種無球探空方式，它還擁有無線電探空儀難以實現的實時連續、位置精確、無人值守操作和隱蔽探空能力，因此具有很高的實用價值。目前國外一些技術先進的地基多通道微波輻射計實現了比較高的集成度，具備多頻譜探測和綜合信息處理能力，已經投入氣象觀測應用并實現了業務化。
[0006]微波輻射計的基本原理雖然簡潔明了，但要準確測量微波輻射噪聲如此弱小的真實強度、或精確感知其微弱變化卻很不容易，在系統設計上和具體的工程實現中都存在很多的難點。對輻射計電參數穩定性和天線旁瓣提出遠高于普通電子設備的苛刻要求；而針對不同的應用需求和指標要求，還需要設計最適當的系統架構、測量標定體系和數據處理算法(例如中國專利號ZL201010248723.5提出了一種輻射計標定流程和計算方法)。因此高性能微波輻射計是多學科高技術成果的綜合體，集中體現了電子器件、材料、精密機械加工、軟件設計、結構和工藝設計技術的最新進展。我國有必要為此開展基于自主技術的研究開發，原因如下:
[0007][I]多通道微波輻射計在大氣遙感方面具有獨特優勢和很高的實用價值；
[0008][2]國外先進的多通道微波輻射計產品并未公開具體的技術細節和加工方法；[0009][3]國內的電子器件、材料、精密機械加工和處理技術與國外先進水平相比存在明顯差距，因此不能照搬國外的設計思路，而應立足國情開展自主研究；
[0010][4]多通道微波輻射計是多學科高技術成果的綜合體，目前國內外技術都還不夠完善和成熟，仍在不斷探索、改進、完善和創新。
【發明內容】
[0011]要解決的技術問題
[0012]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種多通道微波輻射測量裝置，
[0013]技術方案
[0014]一種多通道微波輻射測量裝置，其特征在于包括適應K頻段和V頻段的天線部分、和與K頻段和V頻段連接的接收裝置和微波黑體輻射源；天線部分的K頻段和V頻段的饋源連接K頻段接收機和V頻段接收機，K頻段接收機和V頻段接收機的輸出端連接控制單元；所述兩個接收機共用一臺本振；所述微波黑體輻射源包括常溫黑體輻射源和液氮制冷黑體輻射源，相對于天線反射面的轉動軸對稱安裝，且黑體的角錐均面向轉動軸。
[0015]所述的天線部分包括一個透波天線罩、偏饋拋物反射面、極化柵、K頻段波紋喇叭饋源和V頻段波紋喇叭饋源；極化柵位于偏饋拋物反射面和K頻段波紋喇叭饋源的中心線上，且傾斜45度角安裝，極化柵的柵條垂直排列，K頻段波紋喇叭饋源位于反射面的焦點處，V頻段波紋喇叭饋源則位于中心線的垂直方向；偏饋拋物反射面安裝在步進轉臺上。
[0016]所述K頻段接收機安裝在K頻段饋源的后方，采用WR-34規格波導連接。
[0017]所述V頻段接收機安裝在V頻段饋源的下方，采用WR-15規格波導連接。
[0018]所述的本振采用標準的SMA微波同軸連接器，通過半剛性高頻同軸電纜分別與K頻段接收機和V頻段接收機連接。
[0019]在控制單元上連接雨感器。
[0020]在控制單元上連接紅外遙感器。
[0021]在控制單元上連接溫濕壓計。
[0022]有益效果
[0023]本發明提出的一種多通道微波輻射測量裝置，具有長期無人值守工作、連續探測敏感頻段大氣輻射強度譜的能力，可用于大氣溫濕廓線的連續實時監測。整機綜合了適應K頻段和V頻段工作的天線、接收裝置以及微波黑體輻射源，還集成了溫濕壓計、紅外遙感器、AC-DC電源變換器、雨感器、機箱控制單元以及除雨裝置；其中微波黑體輻射源包括集成在整機機箱內的常溫黑體和需要時安裝在整機機箱上方、用畢后卸下的液氮制冷黑體。
[0024]天線部分，兩個頻段的天線饋源共用一套反射面，這樣不但有利于兩個波束同時指向同一個目標區域，還能顯著減小轉動機構的復雜性，降低設備體積和重量。反射面和饋源各自獨立安裝，其中饋源固定不動，反射面安裝在步進轉臺上，能夠在機箱控制單元的控制下實現360度轉動，以便天線波束指向觀測目標。
[0025]接收裝置由兩臺接收機組成，分別適應K頻段和V頻段工作，且共用同一臺本振；K頻段的接收機和天線之間、V頻段的接收機和天線之間均采用波導實現剛性連接，而本振信號則利用半剛性高頻同軸電纜送至接收機。【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1本發明的多通道微波輻射計系統框圖
[0027]圖2本發明的多通道微波輻射計具體實施方案設計圖
[0028]其中，3—溫濕壓計、5—電源變換器、7—機箱控制單元、9—常溫黑體、11—天線反射面、12—K頻段喇口入、13一V頻段喇機、14一極化柵、16—K頻段接收機、17一V頻段接收機、18—本振、19 一步進電動機、20—減速機構、21—零位指不器、22—驅動裝置
【具體實施方式】
[0029]現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述:
[0030]一種地基多通道微波輻射計的【具體實施方式】參見圖1和圖2，系統具有長期無人值守工作、連續探測敏感頻段大氣輻射強度譜的能力，可用于大氣溫濕廓線的連續實時監測。整機綜合了適應K頻段和V頻段工作的天線、接收裝置以及微波黑體輻射源，還集成了溫濕壓計、紅外遙感器、AC-DC電源變換器、雨感器、機箱控制單元以及除雨裝置；其中微波黑體輻射源包括集成在整機機箱內的常溫黑體和需要時安裝在整機機箱上方、用畢后卸下的液氮制冷黑體；天線采用單反射面形式，但反射面和饋源各自獨立安裝，其中饋源固定不動，反射面安裝在步進轉臺上，能夠在機箱控制單元的控制下實現360度轉動，以便天線波束指向觀測目標；接收裝置由兩臺接收機組成，分別適應K頻段和V頻段工作，且共用同一臺本振；Κ頻段接收機和饋源之間、V頻段接收機和饋源之間均采用波導實現剛性連接，而本振信號則利用半剛性高頻同軸電纜送至接收機。
[0031]天線包括一個透波天線罩、偏饋拋物反射面、極化柵和兩個波紋喇叭饋源；其中透波天線罩、偏饋拋物反射面、極化柵均能夠適應K頻段和V頻段同時工作，兩個饋源分別適應K頻段和V頻段工作。兩個頻段的天線饋源共用一套反射面，這樣不但有利于兩個波束同時指向同一個目標區域，還能顯著減小轉動機構的復雜性，降低設備體積和重量。反射面、極化柵和饋源各自獨立安裝，其中極化柵和饋源固定不動，反射面安裝在步進轉臺上。步進轉臺由步進電動機、減速機構、零位指示器及驅動裝置構成，能夠在機箱控制單元的控制下實現360度轉動，以便天線波束指向觀測目標。極化柵的安裝位置位于反射面和K頻段饋源的中心線上，傾斜45度角安裝，而柵條垂直排列、固定安裝在金屬框架上；Κ頻段饋源位于反射面的焦點處，因此接收信號來自于反射面聚焦、極化柵透射的外部輻射；而V頻段饋源則位于該線的垂直方向，接收信號來自于反射面聚焦、極化柵反射的外部輻射。
[0032]接收裝置包含兩臺接收機，分別適應K頻段和V頻段工作，均采用諧波混頻、超外差接收體制。本振采用鎖相式頻率綜合器類型，擁有兩個輸出端口，采用標準的SMA微波同軸連接器，通過半剛性高頻同軸電纜分別為兩臺接收機提供本振信號。用隔熱材料包裹接收機腔體外表，并采用精密的恒溫裝置來實現多通道穩定接收。
[0033]K頻段接收機安裝在K頻段饋源后方，二者之間采用WR-34規格波導實現硬連接；V頻段接收機安裝在V頻段饋源下方，二者之間采用WR-15規格波導實現硬連接。
[0034]除雨裝置安裝在微波輻射計機箱的側面，朝向透波天線罩的外表面持續吹出氣流以吹除天線罩上的積雨，以減小對輻射計探空工作的影響。
[0035]該多通道微波輻射計集成了微波黑體，并在其內部嵌入溫度傳感器，作為自動標定時使用的常溫黑體輻射源，并在冷熱源絕對標定時扮演高溫黑體輻射源的角色。而液氮制冷黑體輻射源在需要進行冷熱源絕對標定時，臨時安裝到整機機箱上方、標定結束后卸下。這兩個黑體輻射源均采用寬帶角錐形微波吸收材料，工作頻帶覆蓋天線的兩個工作頻段。其中，常溫黑體輻射源的角錐朝上，而液氮制冷黑體輻射源的角錐朝下。
[0036]微波輻射計機箱內部還集成了溫濕壓計和AC-DC電源變換器，而雨感器和紅外遙感器安裝在機箱頂部。其中溫濕壓計可實時監測工作現場的大氣環境參數，AC-DC電源變換器將外部的220V交流電轉換為微波輻射計工作所需的各種直流電品種。
[0037]本實施例，具有長期無人值守工作、連續探測敏感頻段大氣輻射強度譜的能力，可用于大氣溫濕廓線的連續實時監測。整機綜合了適應K頻段和V頻段工作的天線、接收裝置以及微波黑體輻射源，還集成了溫濕壓計、紅外遙感器、AC-DC電源變換器、雨感器、機箱控制單元以及除雨裝置；其中微波黑體輻射源包括集成在整機機箱內的常溫黑體和需要時安裝在整機機箱上方、用畢后卸下的液氮制冷黑體；天線采用單反射面形式，但反射面和饋源各自獨立安裝，其中饋源固定不動，反射面安裝在步進轉臺上，能夠在機箱控制單元的控制下實現360度轉動，以便天線波束指向觀測目標；接收裝置由兩臺接收機組成，分別適應K頻段和V頻段工作，且共用同一臺本振；K頻段接收機和饋源之間、V頻段接收機和饋源之間均采用波導實現剛性連接，而本振信號則利用半剛性高頻同軸電纜送至接收機。
【權利要求】
1.一種多通道微波輻射測量裝置，其特征在于包括適應K頻段和V頻段的天線部分、和與K頻段和V頻段連接的接收裝置和微波黑體輻射源；天線部分的K頻段和V頻段的饋源連接K頻段接收機和V頻段接收機，K頻段接收機和V頻段接收機的輸出端連接控制單元；所述兩個接收機共用一臺本振；所述微波黑體輻射源包括常溫黑體輻射源和液氮制冷黑體輻射源，相對于天線反射面的轉動軸對稱安裝，且黑體的角錐均面向轉動軸。
2.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:所述的天線部分包括一個透波天線罩、偏饋拋物反射面、極化柵、K頻段波紋喇叭饋源和V頻段波紋喇叭饋源；極化柵位于偏饋拋物反射面和K頻段波紋喇叭饋源的中心線上，且傾斜45度角安裝，極化柵的柵條垂直排列，K頻段波紋喇叭饋源位于反射面的焦點處，V頻段波紋喇叭饋源則位于中心線的垂直方向；偏饋拋物反射面安裝在步進轉臺上。
3.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:所述K頻段接收機安裝在K頻段饋源的后方，采用WR-34規格波導連接。
4.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:所述V頻段接收機安裝在V頻段饋源的下方，采用WR-15規格波導連接。
5.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:所述的本振采用標準的SMA微波同軸連接器，通過半剛性高頻同軸電纜分別與K頻段接收機和V頻段接收機連接。
6.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:在控制單元上連接雨感器。
7.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:在控制單元上連接紅外遙感器。
8.根據權利要求1所述多通道微波輻射測量裝置，其特征在于:在控制單元上連接溫濕壓計。
【文檔編號】G01R29/08GK103616567SQ201310619140
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】盧建平, 朱磊, 雷連發, 謝清玲, 程桂玉 申請人:西安電子工程研究所