用太阳的能量对接收通道进行验证_2014年7月14日.doc

用太阳的能量对接收通道进行验证2014年7月14日1 太阳射电功率的理论计算1.1 太阳的通量密度7月14日，终于在网上找到了太阳实时通量密度的网站了：/ftpdir/lists/radio/从这个网站，下载了最近45天的太阳射电流量，数据保存在“E:CJJWRP900AGeneral关键技术研究雷达总体太阳法标定太阳射电流量”目录下。从“2014年5月31日7月13日的太阳射电流量.txt”文件中，找出5月31日的数据（虽然当时对雷达的测试时间为5月27日，但该网站上已经没有5月27日的太阳数据了，只能用5月31日的数据代替了。因此今后做完测试之后，要及时上网将太阳通量密度的数据下载下来），如下所示： Freq Learmonth San Vito Sag Hill Penticton Penticton Palehua Penticton MHZ 0500 UTC 1200 UTC 1700 UTC 1700 UTC 2000 UTC 2300 UTC 2300 UTC2014 May 31 245 17 22 18 -1 -1 19 -1 410 36 45 40 -1 -1 41 -1 610 53 -1 59 -1 -1 61 -1 1415 82 89 80 -1 -1 84 -1 2695 97 99 102 -1 -1 105 -1 2800 -1 -1 -1 104 104 -1 104 4995 143 145 147 -1 -1 149 -1 8800 255 267 272 -1 -1 272 -1 15400 -1 559 573 -1 -1 592 -1从上面的数据中可以看出，对应于4995MHz，通量密度平均为146 SFU；对应于8800MHz，通量密度平均为266.5 SFU 。（1SFU=10-22 W/m2/Hz）。由于并没有该雷达所对应的波长的数据，因此需要通过4995MHz和8800MHz的值线性内插得到。interp1(4995e6 8800e6 ,146 266.5 ,5625e6)= 165.9514 SFU 165.95 SFU。1.2 雷达天线的有效面积有效面积和天线增益的关系为：增益=4*pi*有效面积/（波长的平方）该雷达的天线增益实际测量结果为：41.5dB因此，有效面积=10(41.5/10)*(3e8/5625e6)2/4/pi=3.1973 m21.3 理论上天线口面上收到的太阳能量然后，我们计算该雷达天线理论上能收到的太阳的能量：接收机的带宽为：2MHz（对应发射脉冲宽度为0.5us）则接收机收到的太阳的能量为：165.95 e-22* 3.1973 *2e6= 1.0612e-13 = -99.7421 dBm-99.74 dBm1.4 到达接收机低噪声放大器输入端的功率注意：从天线口面到接收机低噪声放大器的输入端，存在馈线损耗。根据“南京大学移动式（车载）C波段全相参双偏振多普勒雷达系统出厂验收测试报告20131123”中，有下面一段话：可见，接收支路的馈线损耗为1.9dB（注意：这个损耗值，在5月27日的测量中没有进行实际测试，而是引用了去年出厂时敏视达公司的测量值，感觉应该不会有这么大的损耗）。注意：由于太阳通量密度是全偏振的量，而雷达只能接收其中一个偏振方向的能量，因此，太阳的能量要降低3dB。所以，最终到达水平、垂直两个通道接收机端的太阳功率为：-99.74-1.9-3= -104.64dBm2 雷达实际收到的太阳功率5月27日，我们将雷达的天线跟踪住太阳，测得两个通道所收到的太阳辐射功率+接收机自身的噪声功率（数字中频接收机的输入端）为：l 水平通道：-70.39dBm，方差：0.017dBl 垂直通道：-70.74dBm，方差：0.026dB注意：水平通道的幅度比垂直通道高0.35dB，基本正常，因为水平通道的增益就高一点。用仪表测得两个通道的增益（从低噪声放大器的输入到数字接收机的输入端）为：l 水平通道增益： 32.28dBl 垂直通道增益： 31.81dB因此，对应到低噪声放大器端，收到的太阳辐射功率+接收机自身的噪声功率为：l 水平通道：-102.68dBml 垂直通道：-102.55dBm然后，扣除两个通道的接收机自身的噪声功率（通过噪声系数、带宽计算得到）：l 水平通道： -108.24dBml 垂直通道： -108.21dBm所以，对应到低噪声放大器端，收到的太阳辐射功率为：l 水平通道：-104.09dBml 垂直通道：-103.92dBm注意：水平通道的太阳功率比垂直通道低0.17dB，应该是由于测量随机误差和馈线的损耗之差造成的。3 在接收机输入端，理论和实际收到的太阳功率对比理论的太阳功率实际收到的功率两者相差（实际-理论）水平通道-104.64dBm-104.09dBm0.55 dB垂直通道-104.64dBm-103.92dBm0.72 dB结果表明，理论和实际收到的太阳功率是非常一致的，简直太不可思议了。（约0.6dB的误差可能是由于：太阳的通量密度的误差、天线增益的误差、馈线损耗的误差，以及测量过程中的随机误差造成的）4 参考文献在“E:CJJWRP900AGeneral资料进一步挑选出需要打印的资料_2014年6月20日雷达教程”目录下的“IOM-88_Module-E.pdf” 中的第66页，有关于太阳能量的计算的方法：在“