10GHz~90GHz寬口徑變溫噪聲源解析

　1 引言
　　微波輻射計(jì)是一種用于測(cè)量物體微波熱輻射的被動(dòng)遙感儀器。由于物體的微波輻射信號(hào)是極其微弱的非相干信號(hào)，這種信號(hào)的功率比輻射計(jì)本身的噪聲功率還要小很多，所以輻射計(jì)實(shí)質(zhì)是一臺(tái)高靈敏度接收機(jī)。為克服系統(tǒng)噪聲和通道增益漂移對(duì)微波輻射計(jì)靈敏度、線性度和穩(wěn)定性的影響，必須建立微波輻射計(jì)的輸入亮溫與輸出電壓之間的精確關(guān)系，稱(chēng)之為輻射計(jì)定標(biāo)。定標(biāo)精度將直接影響輻射計(jì)的測(cè)量精度。在已經(jīng)發(fā)射的“風(fēng)云三號(hào)（FY-3）”氣象衛(wèi)星上就搭載了微波成像儀、微波溫度計(jì)和微波濕度計(jì)三種輻射計(jì)，其定標(biāo)技術(shù)則被列為FY-3氣象衛(wèi)星的11項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文介紹的寬口徑變溫噪聲源（以下簡(jiǎn)稱(chēng)變溫源）可以提供85K~340K范圍內(nèi)的可變亮溫輸出，它在標(biāo)準(zhǔn)冷源和標(biāo)準(zhǔn)熱源的配合下完成對(duì)微波輻射計(jì)的線性度、靈敏度和穩(wěn)定性的地面定標(biāo)工作。本文第二部分介紹了變溫源的結(jié)構(gòu)及工作原理，第三部分是變溫源輻射體發(fā)射率測(cè)量及輻射體溫度測(cè)量的相關(guān)內(nèi)容，最后是變溫源的測(cè)試結(jié)果和結(jié)論。
　　2 變溫源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
　　變溫源主要由寬口徑輻射體、溫度控制裝置、測(cè)溫系統(tǒng)及液氮容器組成。圖1給出了寬口徑輻射體的示意圖。輻射體加工過(guò)程如下：先是用線切割在整塊金屬鋁上加工出類(lèi)似于暗室尖劈形吸波材料形狀的金屬基體，整個(gè)金屬基體直徑300mm，上面排列的金屬錐為金字塔形方錐；經(jīng)特殊工藝處理后，再對(duì)金屬基體進(jìn)行整體涂敷吸波材料；然后安裝測(cè)溫傳感器。7支測(cè)溫用Pt25鉑電阻傳感器的分布如圖2所示。
　　
　　圖1 寬口徑輻射體示意圖
　　
　　圖2 測(cè)溫用溫度傳感器分布示意圖
　　變溫源溫度控制方式是根據(jù)外加溫度設(shè)置要求完成對(duì)調(diào)溫體的加熱電流和用于制冷的液氮流量的控制，即雙PID控制回路，如圖3所示。調(diào)溫體與自增壓的液氮罐連通，在調(diào)溫體內(nèi)有規(guī)則分布的通路，便于液氮或低溫氮?dú)饬魍ǎ瑥亩拐{(diào)溫體的物理溫度下降。另外在調(diào)溫體內(nèi)部還安裝有多個(gè)加熱器，用來(lái)提高其物理溫度?？刂埔旱髁康碾姶砰y和加熱裝置全部由PID調(diào)節(jié)器準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入的溫度測(cè)量信息和設(shè)置溫度之間的差值按照一定的比例微積分調(diào)節(jié)加熱器的電流和控制液氮流量的電磁閥的通斷比來(lái)使調(diào)溫體的物理溫度上升、下降或在某一點(diǎn)保持穩(wěn)定。