电子回旋辐射的微波测量系统
微波辐射计技术手册
地基多频段微波辐射计技术手册（HSMR）长春市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目录1 技术概况 (1)2 接收机的原理与设计 (4)3.1 技术要求和试验方法 (6)3.2 接收机通道的测试 (7)3.2.1噪声系数（A） (7)3.2.2 接收机线性度测量（A） (7)3.2.3 接收机灵敏度测量（A） (8)3.2.4 接收机中频带宽测试（A） (9)3.2.5 接收机工作频率测试 (9)3.2.6系统抽样进行环境试验 (10)3.3 设备检验 (10)3.3.1 常规检验 (10)3.3.2 交收检验 (10)4 标志、保管和运输 (10)5 软件技术条件 (11)5.1 软件平台 (11)5.2 软件功能 (11)6 微波辐射计电缆连接标识 (12)7 系统电磁兼容 (13)8 系统的可靠性设计 (13)9 系统接地要求 (14)10 探测环境条件要求 (14)10.1探测环境条件的要求 (14)10.2探测场地的要求 (15)10.3工作室要求及设备安置 (15)1 技术概况微波辐射计是宽频带、高增益、高灵敏度的被动微波遥感仪器，能够在很强的背景噪声中提取微弱的信号变化量。
通过接收被测目标自身的微波辐射获取相应的物理特性，经过有效的数据反演进行定量分析。
本套产品的微波辐射计主要包括7个频率的仪器，在微波频率划分上分别是L、S、C、X、Ku、K和Ka，具体设计对应频率为1.4GHz，2.65GHz，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz。
其中1.4GHz和2.65GHz为双极化天线，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz为喇叭天线，可以旋转机身转换极化测量，以求对岩石加载过程中微波多个频率点有深入细致的了解。
单极化接收各波段微波辐射计的原理框图如图1所示。
图1 微波辐射计接收通道原理框图双极化微波辐射计利用双极化接收天线同时接收目标的微波辐射信息，由线性极化分离器分别获取水平极化和垂直极化信息，经两路接收通道进行处理。
回旋波微波整流器实验测量及分析
基 金项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（０７０３ ６４ １３ ） 作 者简 介 ：陈绳 乾 （９ １） 男 ，福 建 籍 ， 士 生 ， 要 从 事 微 波 整 流 和非 传 统 微 波 器件 方 面 的研 究 ； １８． ， 硕 主 王 秩 雄 （９２） 男 ，浙 江 籍 ，教授 ，博 士 ，主 要从 事 微 波 输 电 、 传 统 微 波 器件 及微 波 电 子学 方 面 的 研 究 。 １６一 ， 非
２ 回旋 波 整 流 器 的 结构 原 理
回旋 波整 流器 的结 构如 图 １ 示 。电子枪 产 生 所 电子束 ， 入微 波 谐 振 腔 。微 波从 输 入耦 合 接 头 进 注 入 ， 腔 内激励 起 所 需 要 的 工作 模 式 。 在腔 内时 变 在 电磁 场 的作用 下 ， 电子 束 回旋 波 和 同 步波 被 激 快 励 。 当外 加磁 场 与腔 内微 波 场 发生 共 振 时 ， 电子 束 波 的振 幅越来 越 大 ， 入 微 波 能 量 被 电 子束 强 烈 吸 输
收 稿 日期 ：２ ０ — １１ ０７１－ ４
收， 转变 为 电子束 的横 向动 能 。转 换 区紧 接 着微 波 腔， 这里 外加 轴 向磁 场 改 变 大 小 和方 向 。 电子 飞 出 谐 振腔 后 ， 转 换 区反 向磁 场 的作 用下 ， 在 发生快 速 回 旋 波 与 同步 波 之间 的 能 量交 换 ， 回旋 波 的振 幅 越 来 越小 ， 同步 波 的振 幅越来 越大 ， 回旋 电子束 波被 转 快 变为 同样极 化 状 态 的 同步 电子 束 波 。在 收 集 筒处 ， 同步 波被 吸收 ， 的动 能转变 为 电子 的电势 能 ， 波 沉积
大 量 的实验 测量 。
第6章 微波辐射测量
4) 波束效率与波束宽度
天线辐射方向图立体角为： 主波束立体角为：
M
P Fn ( , )d
4
( , )d F F ( , ) max
4
dP S r dA r 2 S r
dA F , d r2
主波束
Fn ( , )d
电子信息工程学院
电子信息工程学院
微波遥感分类
微波无源遥感
探测信息
微波遥感分类
微波有源遥感
探测信息
微波频段范围从300MHz到300GHz。 微 主要是对地物所辐射微波进行探测。
微波频段范围从300MHz到300GHz。主要是 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测。
2).点源和面源
点源：辐射源对观测点（接收天线相位中心）所张的立体角小 接收天线 波束 体角 发射天线 于接收天线的主波束立体角。（发射天线）
3). 谱辐射量和谱功率
物质的热辐射不仅与温度有关，还与辐射波的频率有关。 物质在某绝对温度下，可辐射各种不同频率的电磁辐射，微波遥
（来自于张祖荫，微波辐射测量 技术及应用，1995）
ˆE ˆE E
H
1
ˆ E) (r
1 ˆ ˆE ) (E
功率密度：
S
2 1 1 2 ˆ ( E E ) Re( E H ) r 2 2
S
2 1 2 ( E E ) 2
•
点源辐射场表 式 点源辐射场表达式： （远场条件）
6) 弗里斯传递公式
2. 无源微波辐射测量基础
1). 辐射测量术语简介
功率密度和输入功率的关系 功率密度和输入功率的关系：
等离子体物理学中等离子体诊断方法评估
等离子体物理学中等离子体诊断方法评估引言：等离子体是一种电离气体，其具有高度激发态和离解态的能量，被广泛应用于等离子体技术和研究领域，如核聚变、等离子体加工和燃烧等。
由于等离子体的复杂性和难以直接观测的特点，诊断方法在等离子体物理学中起着关键作用。
本文将评估几种常用的等离子体诊断方法，包括电子温度和密度测量、粒子分布函数和不均匀性分析、等离子体成分分析和等离子体形状测量。
一、电子温度和密度测量1. 平衡态和非平衡态等离子体在等离子体物理学中，电子温度和密度是最基本和重要的参数之一。
电子温度通常使用谱线比法、电子回旋共振法和电子随机共振发射法进行测量，而电子密度则可以通过介电函数、微波干涉法和反射法进行估计。
2. 诊断方法评估谱线比法是最常用的电子温度测量方法之一，它基于等离子体中特定谱线的强度比而确定电子温度。
然而，谱线强度的测量和校正通常受到谱线弥散、测量误差和光谱仪器响应的影响。
因此，在使用谱线比法时，需要考虑这些因素对测量结果的影响，并进行准确的系统校正。
对于电子密度的测量，介电函数是一种常用的方法。
它通过测量等离子体中电磁波的传播速度和相位来推导等离子体的介电常数，进而计算出电子密度。
然而，该方法对于非均匀等离子体和复杂等离子体形状的测量存在一定的限制。
因此，需考虑适用性和局限性，并结合其他方法进行综合评估。
二、粒子分布函数和不均匀性分析1. 分布函数及其对等离子体性质的影响等离子体的分布函数描述了等离子体中粒子在不同位置和速度的数目分布。
通过分析等离子体中的粒子分布函数，可以获得关于等离子体的密度分布、温度分布和运动特性等信息，进而评估等离子体的不均匀性。
2. 诊断方法评估粒子分布函数的测量方法主要包括电子能量谱法、粒子密度曲线法和粒子能量谱法。
这些方法可以通过测量粒子的速度或能量分布来研究等离子体的分布函数。
然而，由于等离子体粒子数量多、速度/能量范围广，测量结果容易受到测量器件的限制和仪器响应的影响。
电磁场与微波技术毕业论文题目
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二、论文参考题目复合材料内部缺陷的微波检测技术研究基于热裂法的微波切割玻璃关键技术研究微波干燥关键技术研究半导体器件的高功率微波毁伤阈值实验技术研究微波热致大米淀粉自由基的生成及稳定性研究MgAI_2O_4基复合陶瓷材料的微波烧结制备研究微波加热系统设计及谐振腔内电磁场分布研究微波加热技术在稠油开采中的应用研究射频元件仿真分析软件校正法的研究单模微波烧结腔内电磁场分布规律及其影响因素的HFSS仿真研究微波技术降解多氯联苯的研究MMIC衰减器的设计与研究微波加热过程中食品物料介电特性检测研究基于波概念迭代法的微波多层电路研究微波真空浓缩设备的设计及其在酶溶液与食品浓缩中的应用研究微波加热CaO-SiO_2体系材料的数值模拟研究动态扫频谐振腔微扰法测量介电常数及磁导率微波成像技术及其不精确牛顿算法的研究基于微波谐振特性及DSP技术的葡萄糖浓度检测系统的研究与实现微波光子接收中的光耦合技术研究电磁场下的热力学及其应用研究工业微波炉腔体电磁场仿真与优化高功率微波作用下的计算机系统失效机理研究遗传算法在微波无源电路参数优化中的应用研究微波无损检测成像系统设计及改进研究电缆半导电屏蔽层微波辅助加热交联技术研究X波段宽带测频相关器技术研究WR-15(50GHz-75GH)z 微波功率国家基准测量技术研究微波无损检测系统接收技术研究基于微波谐振腔技术的水分仪设计利用蛙跳技术计算微波化学中的温度变化悬置线带通滤波器和频分器的设计与研制纯水中PET的微波解聚研究钢筋混凝土结构微波成像的有限元算法研究微波诱导热解电子废弃物过程中金属放电热效应研究三毫米波瞬时测频研究基于HFSS勺微波烧结腔场分布的仿真研究微波强化破乳系统设计及实验研究湿式微波杀菌技术及杀菌装置技术研究多功能微波化学装置的设计与实现微波谐振腔测量蒸汽湿度关键问题研究复变函数在解决电磁场问题中的应用强流皮尔斯电子枪电子束聚焦系统模拟设计研究前列腺增生微波热疗法的数值研究材料微波加热的计算机模拟仿真研究基于电磁热耦合理论的5.8GHz微波道路除冰温度场仿真研究沥青路面就地热再生机组加热装置的研究基于LabVIEW的介质复介电常数无损自动测试研究800MHZ同轴腔体双工器的研制小型化氢原子钟磁控管谐振腔的技术研究辐射电磁干扰对微波有源电路影响的研究生物体电磁特性微波测量的仿真研究基于微带环缝谐振器（MSR）R 的小功率微波微等离子体的研究同轴式圆波导TM_（01）-TE_（11）模式变换器的研究FFT技术在微波电路与电磁散射分析中的应用微波对油水乳状液作用规律的数学模型研究盐辅助稠油微波脱水机理研究“敏化剂”辅助微波处理油田污水的实验研究微波场对用于红蓝光LED笼状荧光球的形貌演变和能量传递规律的影响新型宽带多端口环行器的建模、仿真与试制研究应用于微波管的双开槽叶片加载慢波结构的研究工程陶瓷微波辅助塑性加工的研究基于FDTD法的特种脊波导的传输特性研究同轴型微波介质滤波器研究共面波导激励电磁场对舵面的直接力控制数值仿真研究皮尔斯电子枪的PIC 模拟THz准光回旋放大器输入系统研究微波冷冻干燥放电击穿研究各向异性媒质的时域有限差分分析UW近场环境下乳腺肿瘤的成像方法研究液相微波等离子体的发生方法及水处理特性微波加热沥青路面热再生养护机温度控制系统设计及实验研究基于ANSYS勺普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析基于微波干燥生物材料的传热传质机理研究弹道靶微波测量系统的闭式谐振腔研究设计铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究应用于微波管的微带型曲折线慢波结构的理论研究热疗系统中射频功率放大器和天线的设计RF MEMS微波功率传感器的设计与分析微波混频器的时域谱元分析微波铁氧体器件的非互易性和非线性问题研究共面波导与微带线无通孔转接头结构的研究与设计高功率微波器件及热效应分析软件设计双频螺旋腔带通滤波器研究静电驱动MEM微波开关设计与仿真2〜6GHz超宽带同轴环行器建模、仿真及研制电磁场积分方程的快速直接解法隔片极化器设计及冲击脉冲雷达目标探测技术研究宽带数控延时线芯片的研制MPMB增益均衡器研究调控电磁波基于微波检测的混凝土结构仿真及反演研究小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用铁氧体薄膜移相器的设计毫米波辐照下动物体表温度研究椭球谐振腔微波等离子体系统的研究高功率微波器件冷腔物理特性的数值模拟使用HFSS-MATLAB-AF 设计天线的研究微波无损检测原理及逆散射成像算法的研究纳米金属光天线远场特性的研究2.45GHz LTCC平衡带通滤波器的设计小型化超宽带接收组件的研究FDTD算法的局域网并行研究基于终端开路同轴反射法的高频段生物组织介电特性测量探索感应式无线充电技术的研究基于空间域迭代法的微波成像算法研究微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术基于改进FDTD的共面波导电磁特性计算及测试方法研究微波聚焦技术及其热裂法切削实验研究用于微型铷原子频标中 6.835GHz 微波器件的研究蓝宝石回音壁模温度计的探索研究基于微波谐振腔的纸张含水量在线测量技术研究微波介质材料电磁特性参数测量的研究磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究基于CST的舰船RCS勺研究FPcA-I 型太赫兹时域光谱系统仪器化研究谐振耦合式电能无线传输系统研究沥青路面微波加热快速维修技术和设备的研究PLC在广播电视设备分布式微机监控系统中的应用N-[ （n-丁氧酰基）乙基]马来酰亚胺微乳液的微波聚合和热聚合的研究与表征基于超高频法的敞开式变电站局部放电信号监测的研究吸收边界条件的研究及其在电磁散射中的应用几种晶体材料的太赫兹波电光特性研究频率选择表面仿真设计与优化粗糙表面散射的数值计算微波在线密度检测技术的研究及应用电磁场数值计算中的内插和外推X波段过模波导高功率微波脉冲压缩技术研究基于SiP 技术的微波无源电路研究谐振腔法测量材料介电常数的研究微波宽带功率合成技术研究基于LTCC技术的微波滤波器设计与研究LTCC微波组件集成技术研究旋转机械故障诊断系统的电磁耦合谐振无线供电研究X波段四端环行器仿真设计与研究高频连接器性能分析基于LTCC技术的微波毫米波滤波器与L波段收发前端C波段驻波加速管的物理设计与实验研究电磁场中光子与弱耦合粒子的转化微分截面微波法处理生活污水的实验研究基于Mathematic 的电磁场计算与可视化X、Ku Ka频段微带倍频器研制活性炭吸附——微波解吸回收淡酒液中酒精的试验研究光子微波接收技术研究微波铁氧体材料电磁参数测量研究微波处理聚合物驱油田采出水的实验研究基于模糊控制方法的子宫内膜热疗仪温度控制系统微波固相法快速合成稀土卤化物大黄鱼微波热穿透工艺研究、品质分析及货架期预测。
PartII微波辐射计基本原理
传输线：物理温度通常也是 Tp ，信号损耗
Pin 因子L Pout
1。理想传输线L=1;
接收机： 现实接收机＝无噪声接收机＋等效热噪声源
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
全功率辐射计与Dicke辐射计
2)Dicke辐射计:
脉冲式的接收外来辐射。
Dicke开关交替地接通1、2两端， 在已知参考负载温度TR的情况下， （2）解决接收机内部噪声Tr和增益不稳定性 的影响。 VOA=kGs (TA+Tr) 利用两个输出VOA和VOB来 VOB=kGs (TR+Tr) （1）解决增益不稳定性的影响。 假设在一个开关周期内稳定，则 两信号之差 VOA=kGsTA， VOB=kGsTR， 与增益是否稳定有关! D= k(TA-TR) 假设在一个开关周期内稳定，则 与噪声 Tr无关，可以从中获得被测TA。若能 调整TR的值，使得两信号之差D=0，则得 TA = TR* VOA /VOB， TA =TR ，则与增益是否稳定无关！ 则与增益是否稳定无关！ 称此为平衡式Dicke辐射计。
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
• 天线方向性函数
1 F ( , ) 0 , 当在很小的主瓣立体角 M内
不在 M内
主瓣内，TB ( , ) 与方向无关，可用 TB ( 0 ,0 ) 表示。
Ar r R
2
或
r
Ar
R
2
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
RTMS工作原理、功能及应用
RTMS工作原理RTMS（Remote Traffic Microwave Sensor远程交通微波雷达检测器）是一种用于监测交通状况的再现式雷达装置。
它可以测量微波投影区域内目标的距离，通过距离来实现对多车道的静止车辆和行驶车辆的检测。
RTMS在微波束的发射方向上以2米（7英尺）为一层面分层面探测物体，RTMS微波束的发射角为40度，方位角为15度。
安装好以后，它向公路投影形成一个可以分为32个层面的椭圆形波束，这个椭圆的宽度取决于选择的工作方式，并因检测器安装角度和安装距离的不同稍有变化。
RTMS 微波束及其投影RTMS 有两种安装设置和多种工作模式。
侧向安装时, 设备安装在路旁的杆子上, 保持微波的投影与车道正交, 分层面的波束能够提供相互独立的八个探测区域, 可适应于不同道路状况。
被探测车道可以被定义为一个或多个微波层面。
波束覆盖区的宽度决定了探测道的长度。
正向安装时, 设备安装在龙门架上, 其微波束发射方向与车辆行驶方向一致。
此种设置检测器不能区分车道，因此必须通过调节好瞄准角度来使微波投影对应单一的车道。
路侧安装方式RTMS微波区域内的回波信号RTMS接收到微波投影区域内各种表面的连续不断的回波, 如人行道, 栅栏, 车辆以及树木等。
在每一个微波层面内的固定物体回波信号将形成背景阈值, 如果回波信号的强度高于该微波层面的背景阈值，则表明有车辆存在。
RTMS系统工作流程RTMS系统工作流程简要叙述如下：1．流程开始，RTMS、有线或无线Modem和计算机处于正常工作状态（如果采用太阳能电池供电、还要求太阳能电池处于正常工作状态）。
2．车辆通过RTMS检测器的检测区，其车辆长度、车速、占有率、车型分类交通信息及设备状态等技术参数被RTMS检测到。
3．PC机通过有线或无线Modem与RTMS通信，读取交通信息，并进行处理。
同时监测RTMS工作状态。
4．下一个流程开始。
微波辐射仪
微波辐射仪
微波辐射仪是一种用于测量和检测微波辐射的仪器设备。
微波辐射是指电磁波频率范围在300 MHz（兆赫兹）到300 GHz （千兆赫兹）之间的电磁辐射波。
微波辐射仪可以通过接收和分析微波辐射的信号来确定辐射源的强度、频率、功率等参数。
微波辐射仪通常由一个接收天线、信号放大器、信号处理单元和显示器等组成。
接收天线用于接收微波信号，并将信号传输到信号放大器进行放大。
信号放大器将放大后的信号传输给信号处理单元，进行进一步的信号处理和分析。
最终，处理后的信号将被显示在显示器上，用于观察和记录微波辐射的相关参数。
微波辐射仪广泛应用于科学研究、通信、无线电频谱监测、医疗诊断等领域。
它可以帮助科学家们了解微波辐射的特性和分布情况，以及对无线电频谱的管理和监测。
在医学方面，微波辐射仪也可以用于诊断和治疗，比如微波治疗肿瘤等。
总的来说，微波辐射仪是一种重要的测量设备，可以用于测量和检测微波辐射的各种参数，对于科研、通信和医学都具有重要的应用价值。
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ASIPP
HT-7电子回旋辐射测量系统
报告人:李二众
指导老师:凌必利,提昂
EAST
ASIPP
一：ECE测量原理 二：HT-7ECE测量系统 三： 视频放大器参数测量
EAST
ASIPP
一ECE测量原理
• 如图，纵场通电线圈产生纵 磁场 Bt Bt 在等离子体中分布是不均匀 的，由安培环路定则可以判 断环内侧磁场最强，在小圆 的截面上：
• 二HT-7 ECE测量系统原理图
滤波器 噪 声 管 滤波 混频 本振 天线 切换 开关 耦 合 器
95GHz
ASIPP
EAST
衰 减 器 检 视频 波 放大 器 器 ch1 ch2
BPF BPF 放大 功 分 BPF 低场区8道(LIF) BPF 滤波 混频 本振
108.5 GHz
ch8
ch9
幅频特性曲线（Ui=10mV）
EAST
ASIPP
由#9测量数据得以下结论： 高场的视频放大器的放大倍数A=110
截止频率fc =6.5MHz
EAST
ASIPP
谢谢!
I f (nfce / c) kTe
2
EAST
•
当
1
ASIPP
时，这就是光性薄的情况，这时表面
辐射强度近似表示：
I f (nfce / c) kTe f
2
• 在HT-7托卡马克中，由前面的公式很容易算出 只有寻常波的基波和异常波的二次谐波才是光 厚的
EAST
ASIPP
我们这套测量系统正是利用电子辐射的异常二次谐 波来测量电子温度的：通过ECE测量系统能够得到 辐射强度，通过计算能够得到对应的空间分布，由 于二次谐波满足光厚条件即辐射强度近似于黑体亮 度就可以得到电子温度的空间分布。 2 选择光性厚的谐波好处：1) I f (nfce / c) kTe 由此式 可以看出电子的辐射强度与电子温度成正比2)器壁 反射效应对光性厚的谐波几乎没影响而对光性薄的 波影响及大
EAST
ASIPP
#1 f=200KHz ui=20mv
EAST
ASIPP
幅频特性曲线
（Ui=20mv）
EAST
ASIPP
由#1测量数据得以下结论：
低场的视频放大器放大倍数A=65
截止频率fc =200KHz
EAST
ASIPP
#9在不同的频率和ui=10mV正弦输入信 号的数据:
EAST
ASIPP
射频部分(RF) 放大
功 分 BPF 高场区8道(HIF) ch16
EAST
ASIPP
三 视频放大电路的参数测量
信号 发生 器 视频 放大 器 INPUT OUTPUT 稳压电源
+5V
-5V 示波器
ch2 ch1
ASIPP
视 频 放 大 器
EAST
EAST
ASIPP
#1在不同的频率和不同幅度正弦输入信号 的数据:
R0
B(r ) B0 R0 /( R0 r)
• 电子绕磁力线做回旋运动， 电子的回旋频率： 电子辐射谐波频率：
f ce eBt /(2me )
f n nf ce
EAST
ASIPP
寻常波:
k Bt且E // Bt
异常波:
k Bt且E AST
ex 9.4861017 [(R0 r)2 / R0 B0 ] Ne (r) [n2n2 /(n 1)!][9.776104 kTe (r)]n1
寻常波的光学厚度：
or 0.15[kTe (r ) / mec2 ] (ex) (nfce )
当 1 这就满足光性后的情况，这时表面辐射强度接 近黑体辐射亮度：