微波辐射计接收机的逆向辐射噪声对天线定标的影响仿真new

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1、万方数据第22卷第2期2007年4月遥感技术与应用REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATl0N矿DZ．22ND．2以pr．2007微波辐射计接收机的逆向辐射噪声对天线定标的影响仿真李志平，赵冬末，苗俊刚(北京航空航天大学电磁工程实验室，北京100083)摘要：基于有限积分算法，仿真计算了微波辐射计接收机的逆向辐射噪声温度对于接收天线口面的附加温度，并根据CST仿真软件计算结果，对照给定的简化理论模型，具体分析了微波辐射计逆向辐射噪声温度微波辐射计定标桶罩以及天线口面位置的影响。关键词：逆向辐射；亮温；定标中图分类号：T

2、P732．1文献标识码：A文章编号：1004一0323(2007)02一0268一04引言微波辐射计定标[1]，即用微波辐射计接收辐射特性已知的定标源的辐射信号来精确构造出接收机电信号的输出与天线口面温度之间的关系。它直接影响到微波辐射计的测量精度，是辐射计应用的关键技术之一。目前，微波辐射计定标有两种思路，整体定标法和分步定标法[2]。所谓分步定标法，包含接收机定标及天线定标，分别建立接收机的输出指示与接收机输入端噪声温度的关系及建立辐射计天线接收的噪声温度与天线输出的噪声温度的关系。所以在定标中精确确定天线接收亮温就显得尤为重要。微波辐射计定标

3、源大都采用回波损耗比较大的微波吸收材料制成。在这种情况下，天线接收到的亮度温度由两部分组成：一部分是定标源的辐射经过定标桶的多次反射经天线接收的贡献，另一部分是由于接收机本身存在一定的噪声温度，该噪声通过接收天线逆向辐射到定标桶中，经定标桶及定标源反射再次被天线接收的附加亮温。第二部分由于定标源的非理想性及接收机的逆向辐射的噪声造成的影响也是不可忽视的。2理论模型及计算思路2．1理论模型将微波辐射计定标源黑体置于液氮中，使定标源保持80K的物理温度。为了防止外来电磁波的干扰，将定标源置于金属筒罩中。定标时，微波辐射计天线置于金属筒罩底端并正对定标源

4、‘31。如图1所示。图1微波辐射计定标模型Fig．1MicrOwaveradiOmetercalibratormodel2．2模型理论分析由于定标源黑体不是理想的黑体，入射到定标源表面的电磁波大部分被其吸收并全频段辐射出去，但仍然存在一部分的电磁波被黑体反射。所以，接收机的噪声温度通过接收天线逆向辐射到定标源黑体的噪声会被定标源反射经过金属筒罩的多次反射后再次被天线接收，成为逆向辐射噪声温度的一部分贡献。另外，在天线口面也存在一定的反射，由于接收机的带宽一般在50M左右，微波辐射计的收稿日期：2006一12一ll；修订日期：2007—03一09作者

5、简介：李志平(1982一)，女，博士研究生，主要从事微波辐射计黑体定标研究。万方数据第2期李志平等：微波辐射计接收机的逆向辐射噪声对天线定标的影响仿真269频率选在10GHz以上，相对带宽小于5×10～，可以作为单频信号处理。则在天线接收口面上，逆向辐射的噪声直接被天线口面反射的部分与经过定标源黑体反射然后再次被天线接收的部分具有相关性，对于天线口面的接收亮温也有一定的影响[4]。设接收机逆向辐射场为E，经天线口面直接反射回的部分为E。，经定标源黑体反射再次被天线接收部分为E：，则：E1=IrlElexp(徊1)(1)E2一l(1一r})r2Ele

6、xp(扣2)(2)则天线口面处接收到的总的附加场为：由于E丁一E1+E2P66=足T△厂(3)(4)其中：丁为理想黑体的物理温度，△厂为测量系统带宽，忌为波尔兹曼常数。可见，天线接收功率(热燥声功率)与黑体的热力学温度之间的关系是线性的。这种一一对应的线性关系使得在描述噪声功率时，既可以用功率来度量，也可以用温度来度量。在微波辐射测量中广泛应用温度代替噪声功率的大小‘引。按照瑞利一金斯近似式，当带宽△厂很窄时，温度为丁的黑体的亮度为：B砧一B，△厂一簪△厂(5)实际物体的亮度可以通过亮温表示为：B(口，力一警丁B(口，秽△厂(6)其中：丁e(口，咖

7、为实际物体的亮度温度，是空间角度的函数。对于均匀等温物质的表面，将它的亮度与同一温度下黑体亮度的比值定义为表面的发射率e(口，咖，则：础护掣=半㈩由式(4)、(5)、(6)、(7)可得：P=正e丁△，(8)将式(3)两边平方，得到的由于接收机的逆向辐射造成的天线接收的附加亮温啪：To。一丁。[r}+(1一r})2r；+2rlr2(1一r；)cos圣](9)其中：r，为接收天线的反射系数，r。为定标源的反射系数，丁mn为接收机的逆向辐射的等效噪声温度，①为直接口面反射与经定标源反射的两反射波的相位差。2．3CST仿真分析2．2中仅仅考虑的是定标源不是

8、理想黑体，其发射率不为1，接收机的逆向辐射噪声经定标源的反射及天线口面的反射的影响，而没有考虑定标的金属筒罩对于天线定标的