全偏極化微波散射儀-天線設計與系統校準

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姓名

王俊卿(Jung-Qin Wang ) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程研究所

論文名稱

全偏極化微波散射儀-天線設計與系統校準
(A Fully Polarimetric Microwave Scatterometer-Antenna Design and System Calibration)

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摘要(中)

在這篇論文裡，主要討論的是 X頻帶、全偏極化散射儀，重點是放在天線設計與系統校準。由於對不同偏極化通道間高隔離度嚴格要求，在此設計、製作了雙偏極化金字塔型號角天線；複習了關於號角天線理論的書籍，並經由量測將天線的增益與主波束頻寬等特性找出，測量的結果與數值模擬的結果相吻合。
在此也提出了一套系統校準方式：利用一個金屬球來當作校準物，以得到不同通道間的互擾因子效應。實驗證明當網路分析儀在低雜訊水準的條件下，距離6 m可以測量低到—56 dBsm的雷達截面積。

摘要(英)

In this thesis, the antenna design and system calibration of an X-band fully polarimetric scatterometer are presented. Due to the strict demand of high isolation between channels of different polarizations, a dual-polarized pyramidal horn is designed and implemented. The theory regarding to the horn antenna in the literature is reviewed, and the antenna measurements are performed in order to characterize both gain and beamwidth. The measurement results are in good agreement with numerical simulation.
The system calibration procedure is also given and demonstrated. A metallic sphere is used as a standard target to obtain the value of crosstalk effect between different channels. Experiments show that with a network analyzer of low noise level, the radar cross section can be measured to the value as low as -56 dBsm.

關鍵字(中)

★ 向量網路分析儀
★ 散射儀
★ 等邊金字塔型號角天線

關鍵字(英)

★ beamwidth
★ OMT
★ RCS
★ scatterometer
★ VNA

論文目次

一、導論
1.1 簡介 1
1.2 內容概要 4
二、系統分析
2.1 FM-CW 系統 6
2.2 系統考量 7
2.3 元件討論 8
2.4 系統分析 13
2.5 系統討論 15
2.5.1 雷達系統的比較 15
2.5.2 頻率的飄移 16
2.5.3 解析度 18
2.6 總結 19
三、天線
3.1 天線選擇 20
3.2 天線系統的討論 21
3.2.1 OMT 21
3.2.2 號角天線的原理 24
3.2.3 數學的角度 25
3.2.4 等效的觀點 30
3.3 天線設計 32
3.4 總結 36
四、天線量測
4.1 由RCS反推增益 37
4.1.1 實驗計畫 43
4.2 比較增益法 53
4.3 總結 54
五、校準
5.1 校準方式 56
5.2 校準理論 58
5.3 校準程序 62
5.4 相關討論 64
5.5 總結 66
六、結論 70
七、參考文獻 72
八、附錄 73
附錄 A：詳細的推導過程 73
附錄 B：增益表 76
附錄C：標準天線的規格 78
附錄D：校準程式 80

參考文獻

[1] Kamal Sarabandi and Fawwaz T.Ulbra,fellow,”Technique for measuring the dielectric constant of thin materials”,IEEE Trans.Instrumentation and Measurement,vol.37,NO.4pp.631-636,1988
[2]Ulaby,F.T.,Kamal Sarabandi,J.East,and M.W.Whitt,"AVNA-Based polarimetric scatterometer,"IEEE Antennas and Propagation Magazine,October 1990
[3]T.F Ulaby ,T.F Haddock,J.East,and M.W.Whitt,"A millimeter-wave network analyzer base scatterometer,"IEEE Trans.Geosci.Remote Sensing,GE-26 75-81,January 1998
[4]B.R.Mahafza,”Introduction to radar analysis”,Colsa Corporation Huntsville,Alabama,1998
[5]F.T.Ulaby,R.K.Moore and A.K.Fung,”Microwave remote sensing active and passive”,Addison-Wesley,1982
[6] C.A.Balanis,”Antenna theory analysis and design”,West Virginia University,1982
[7]Warren L.Stutzman,Gary A.Thiele,"Antenna theory and design",John Wiley & Sons,1998
[8] E.H.Braun,”Some data for the design of electromagnetic horns”,IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,Vol. Ap-4,pp.29-31,Jan.1956
[9] E.F.Knott,J.F.Shaeffer and M.T.Tuley,”Radar cross section”Artech House,1993
[10] M.W.Whitt,F.T.Ulaby,P.Polatin,and V.Liepa,”A general polarimetric radar calibration technique,”IEEE Trans.Antennas Propagat.
[11]K.Sarabandi,F.T.Ulaby,and M.A.Tassoudji,”Calibration of polarimetric radar systems with good isolation,”IEEE Trans.Geosci.Remote Sensing,vol.28,pp.70-75,Jan.1990
[12]K.Sarabandi,F.T.Ulaby,”A convenient technique for polarimetric calibration of single-antenna radar systems,”IEEE Trans.Geosci.Remote Sensing,vol.28,pp.1022-1033,Nov.1990

指導教授

丘增杰(Tsen-Chieh Chiu)

審核日期

2001-6-8

推文