【摘要】：輻射計(jì)是一種具有很高靈敏度的接收機(jī),通常用于測量物體熱輻射,輻射計(jì)的溫度靈敏度是輻射計(jì)系統(tǒng)的主要指標(biāo)之一。對于單一通道的輻射計(jì)接收機(jī),通過采用高性能的微波器件和增加檢波前帶寬的方法,在一定程度上可以提高輻射計(jì)的溫度靈敏度進(jìn)而滿足各種實(shí)際應(yīng)用要求。然而對微波輻射計(jì)來講,雖然很難在輻射計(jì)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)類型上有所突破性改進(jìn),但是這是微波輻射計(jì)研究的一個(gè)重要研究方向,對微波輻射計(jì)的應(yīng)用也尤為重要。本文以如何利用新的電路結(jié)構(gòu)提高輻射計(jì)溫度靈敏度為出發(fā)點(diǎn),提出了通過多通道頻帶合成的方法以提高靈敏度。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)多通道頻帶合成輻射計(jì)系統(tǒng)的集成化和小型化,對多通帶濾波器、波導(dǎo)濾波器及波導(dǎo)到微帶過渡進(jìn)行了研究。本論文的主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:根據(jù)現(xiàn)有傳統(tǒng)輻射計(jì)的特點(diǎn)以及其在改善溫度靈敏度問題上存在的局限性,在傳統(tǒng)輻射計(jì)的基礎(chǔ)上提出了利用多通道頻帶合成的方法提高輻射計(jì)溫度靈敏度。本文詳細(xì)介紹了多通道頻帶合成輻射計(jì)系統(tǒng)的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法,并結(jié)合實(shí)例說明了頻帶合成輻射計(jì)中工作頻帶的變化情況。同時(shí),根據(jù)傳統(tǒng)輻射計(jì)溫度靈敏度公式,推導(dǎo)出了多通道頻帶合成輻射計(jì)的溫度靈敏度公式。為了便于利用傳統(tǒng)輻射計(jì)溫度靈敏度公式表示多通道頻帶合成輻射計(jì)溫度靈敏度,本文推導(dǎo)得出了兩者之間的關(guān)系式。為了驗(yàn)證多通道頻帶合成輻射計(jì)溫度靈敏度公式的正確性,利用信號與系統(tǒng)相關(guān)理論,對多通道頻帶合成輻射計(jì)溫度靈敏度公式進(jìn)行了推導(dǎo)驗(yàn)證。結(jié)合對多通道頻帶合成輻射計(jì)的理論分析,本文利用仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對所提出的多通道頻帶合成輻射計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。在仿真驗(yàn)證方面,首先建立多通道頻帶合成輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型及相關(guān)的元器件仿真模型。其次作為多通道頻帶合成輻射計(jì)仿真的對照組,按照傳統(tǒng)輻射計(jì)系統(tǒng)原理建立了單通道直接檢波和超外差輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型。再次,建立了兩個(gè)雙通道頻帶合成輻射計(jì)仿真系統(tǒng)模型和一個(gè)三通道頻帶合成輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型,并仿真得出對應(yīng)的系統(tǒng)溫度靈敏度,并與理論值做對比。最后對比了多通道頻帶合成輻射計(jì)與傳統(tǒng)單通道頻帶合成輻射計(jì)溫度靈敏度的關(guān)系,驗(yàn)證了多通道頻帶合成輻射計(jì)理論的正確性。在實(shí)驗(yàn)方面,首先根據(jù)系統(tǒng)平臺要求,研制了對應(yīng)的電路模塊。其次,利用所研制的模塊搭建了直接檢波和超外差輻射計(jì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺以及雙通道頻帶合成輻射計(jì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,并通過定標(biāo)實(shí)驗(yàn)得出對應(yīng)的溫度靈敏度。最后,對比雙通道頻帶合成輻射計(jì)與直接檢波和超外差輻射計(jì)的溫度靈敏度之間的關(guān)系,驗(yàn)證了多通道頻帶合成輻射計(jì)理論的正確性。由于現(xiàn)有輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型的局限性,不能夠真實(shí)地模擬寬帶輻射計(jì)系統(tǒng),如系統(tǒng)增益頻響波動和等效噪聲溫度的頻響波動對寬帶輻射計(jì)系統(tǒng)溫度靈敏度的影響。本文提出了寬帶輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型。該模型可以真實(shí)地模擬實(shí)際輻射計(jì)系統(tǒng)工作情況(如隨頻率變化的噪聲系數(shù)、增益的頻響波動及系統(tǒng)工作溫度的改變等)及定標(biāo)。在同一個(gè)仿真模型中,利用頻域仿真可以獲得如等效帶寬等頻域參數(shù),通過時(shí)域仿真模擬定標(biāo),進(jìn)而得到仿真溫度靈敏度。為了驗(yàn)證噪聲系數(shù)的頻響波動對溫度靈敏度的影響,提出了系統(tǒng)噪聲系數(shù)模型,進(jìn)行模擬實(shí)際輻射計(jì)系統(tǒng)中噪聲系數(shù)的波動情況。結(jié)合系統(tǒng)噪聲系數(shù)模型和寬帶輻射計(jì)仿真模型驗(yàn)證了隨頻率變化的噪聲系數(shù)與溫度靈敏度之間的關(guān)系。系統(tǒng)增益波動對等效帶寬有著直接影響,進(jìn)而影響溫度靈敏度。利用寬帶輻射計(jì)系統(tǒng)仿真模型、系統(tǒng)噪聲系數(shù)模型以及輻射計(jì)等效帶寬模型,通過模擬定標(biāo)驗(yàn)證了等效帶寬與輻射計(jì)溫度靈敏度之間的關(guān)系以及寬帶輻射計(jì)仿真模型的正確性。最后通過具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的噪聲波動與溫度靈敏度的關(guān)系,輻射計(jì)等效帶寬與溫度靈敏度的關(guān)系以及寬帶輻射計(jì)仿真模型的正確性。為了實(shí)現(xiàn)輻射計(jì)系統(tǒng)的小型化及提高集成度,本文對多通帶平面濾波器、波導(dǎo)濾波器及具有濾波功能的波導(dǎo)到微帶過渡進(jìn)行了研究。在平面濾波器方面,首先對枝節(jié)加載和階梯阻抗諧振器做了理論分析,在此基礎(chǔ)上利用不同結(jié)構(gòu)的諧振器研制了小型化的單通帶、雙通帶、三通帶、四通帶濾波器、超寬帶濾波器和具有陷波特性的超寬帶濾波器。其次,提出了僅利用一個(gè)環(huán)形諧振器實(shí)現(xiàn)單通帶、雙通帶和三通帶帶通濾波器的方法,并給出了理論分析及設(shè)計(jì)實(shí)例。在波導(dǎo)濾波器方面,研制了三款具有不同工作頻帶和低插損的W波段寬帶鰭線濾波器。實(shí)現(xiàn)方法簡單,便于與其他系統(tǒng)集成。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化設(shè)計(jì),結(jié)合波導(dǎo)到微帶過渡和濾波器的特點(diǎn),提出了具有濾波功能的波導(dǎo)到微帶過渡。該結(jié)構(gòu)在不增加體積的前提下實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)到微帶過渡和帶通濾波器的雙重功能,使得一個(gè)器件多個(gè)功能實(shí)現(xiàn)了小型化設(shè)計(jì)。同時(shí)還在阻帶內(nèi)引入了多個(gè)傳輸零點(diǎn),提高了選擇性和帶外抑制特性。
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【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713;TN851
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本文編號：2390634