天线物理温度对辐射计接收亮温度影响的研究

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1、2011年6月第3l卷第3期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementJun．，201IV01．31，No．3文章编号：1000—7202(2011)03—0001—04中图分类号：V557+．3文献标识码：A天线物理温度对辐射计接收亮温度影响的研究汪哲思杨于杰程春悦刘杰(北京无线电计量测试所，北京100039)摘要Dick式辐射计天线物理温度的变化，直接影响辐射计接收的亮温度。设计一种实验方法，通过改变天线物理温度，测量辐射计输出电压，依据二元回归分析方法推出天线的辐射效率，实验中的外推曲线与测量数据吻合。给出了天线物理温度变化和辐射计

2、接收亮温度变化的关系。关键词微波辐射计亮温度天线物理温度ResearchonAntennaTemperatureonBrightnessTemperatureofReceiverWANGZhe·-siYANGYu-jieCHENGChun-·yueLIUJie(BeringInstituteofRadioMetrologyandMeasurement，Beijing100039)AbstractThetemperatureofDickradiometer’8antennahasaneffectonbrightnesstemperatureofreceiver．Thispaperdesignsa

3、nexperimentthatchangingtheantenna’stemperatureandmeasuringtheoutputofradiometer，todeduceantennaradiationefficiencywithmultiplelinearregression．Theextrapo-lateddataisinaccordwithmeasurementdata．KeywordsMicrowaveradiometerBrightnessTemperatureAntennaTemperature1引言Dick式辐射计输出电压与辐射计接收亮温度和参考温度之差成线性关系‘11，因

4、此需要考虑天线物理温度变化的影响。天线输入亮温度与输出亮温度的关系‘21如式(1)所示7t伽。=叼．正。+(1一，7。)L(1)式中：，7。——天线的辐射效率；瓦。。——天线输出亮温度；兀。——天线输入亮温度；Tt——天线物理温度。从式(1)可以看出当天线输入亮温度与天线温度不相等时，天线的输入亮温度与输出亮温度不相等，而且天线温度变化也会造成天线输出亮温度的变化，这都直接影响辐射计的定标精度和测量精度。从上面分析可知天线物理温度的变化会造成辐射计接收亮温度的变化。所以本文就天线物理温度对辐射计接收亮温度影响展开研究d本文设计出一种实验方法，使得天线的辐射区域都在定标源上，保持定标源的输出亮温

5、度和辐射计性能的稳定，用铂电阻温度传感器监测天线温度和隔热波导温度的变化，测量辐射计输出电压，依据二元回归分析外推出天线的辐射效率，确定天线物理温度变化和辐射计接收亮温度变化的关系。2实验模型的理论分析实验装置如图l所示。辐射体采用吸波材料面宇航计测技术2011筵板构成，温度传感器采用工业应用高精度、高稳定的贴片铂电阻温度传感器，测温仪器采用LakeShore公司的340精密温度测量仪，测温精度能达到lmK，天线上放置有两个贴片铂电阻温度传感器，微波辐射计里面放置两个贴片铂电阻温度传感器。微波辐射计的中心频率为89GHz，积分时间设置为3s，微波辐射计的灵敏度为0．1K，稳定性为O．2K／h。

6、隔热波导放置在天线和接收机之间，保证天线的温度均匀性和接收机工作温度稳定。图1实验装置示意图隔热波导由不锈钢材料制成，不锈钢的导热性能较差，因此隔热波导上存在温度梯度，而隔热波导的损耗比较大。当天线温度处于330K，用有限元法仿真隔热波导的温度分布如图2所示。叠＼p、_，曲羁壤窿V‘≮．＼＼．≮。＼．＼＼．图2隔热波导的温度分布围隔热波导产生的噪声温度‘31如式(2)所示。r2if雾知㈤式中：Z——隔热波导的长度；a——隔热波导的衰减。把隔热波导等分成n等份，每等份的物理温度近似相等，取每等份的中间温度为每等份的物理温度，则隔热波导产生的噪声温度为r=÷耋2仅蹦也一一”(3)假设隔热波导温度分

7、布均匀为死d产生噪声温度与式(3)计算所得噪声温度相等，则‰为等效温度T=‰(1一e’划)(4)令式(3)与式(4)相等，则乃。，为等效温度。计算可知贴片铂电阻温度传感器放置在(19．1—23．1)mm处。天线温度处于350K，340K，320K，310K，300K时，用等效温度计算隔热波导产生噪声温度的误差为一0．3％，一0．1％，0．1％，0．3％，0．75％。从上分析可知产生的误差几乎可以忽