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研究生： 張玉文
Yu-Wen Chang
論文名稱： 全偏極化微波散射儀-發射與接收模組之研製
A Fully Polarimetric Microwave Scatterometer-Design and Implementation of Transmitter / Receiver Modules
指導教授： 丘增杰
Tsen-Chieh Chiu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 資訊電機學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 86
中文關鍵詞： 散射儀 、全偏極 、向量網路分析儀 、收發端
外文關鍵詞： Scatterometer, Fully Polarimetric, VNA, tranceiver, GPIB
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    • 本系統是利用向量網路分析儀來作為訊號的來源，因為向量網路分析儀具有很好的訊號處理能力，例如系統的校準及時域的gating均可以輕易地來達成。向量網路分析儀產生的訊號是為1~2GHz，經過混波器後昇頻到9~10GHz，接著使用功率放大器來補償訊號的損失，並提昇散射儀的動態範圍以及量測的靈敏度。本系統是使用單一天線雙模態的金字塔型的號角天線，並加以連接循環器，來避免因使用多重天線而造成天線間的互相干擾。如此一來可以實現量測短距離的回波散射。再加上用電腦控制程式來切換系統的偏極化狀態以及資料的取得，如此可達到自動化全偏極化量測系統的建立。


    A vector network analyzer (VNA) is used as the signal source. Due to VNA''s high ability in signal process, many features such as system calibration and time gating can be easily implemented and performed. The signal from the VNA, which ranges from 1 GHz to 2 GHz, is upconverted to 9 GHz to 10 GHz by mixers. An Amplifier is used to compensate the signal attenuation and thus raise the dynamic range and measurement sensitivity of the scatterometer. A computer-controlled switching system is implemented to alternate different polarization states, so the fully polarization measurement can be achieved. An single dual-mode pyramidal horn in conjunction with circulators is applied to avoid the antenna interference inherent in the multi-antenna system. Therefore the backscatter can be measured in short ranges. In order to conduct automatic measurements, a computer program is developed for data acquisition, switching control, and system calibration.

    第一章 導論 1 1.1 研究動機………………………………….…………1 1.2 論文概述…………………………………….………2 1.3 論文綱要…………………………………….………3 第二章 散射儀系統介紹 4 2.1 設計的目標……………………………….…………4 2.2 散射矩陣…………………………………….………5 2.3 設計的考量………………………………….………8 2.4 網路分析儀的原理…………………………….…..12 2.5 雷達基本原理……………………………….……..15 2.6 FM─CW雷達與Chirp雷達……………….……16 第三章 散射儀的實現 20 3.1 系統架構……………………………….……….…20 3.2 用網路分析儀來實現散射儀………………..……20 3.3 解析度………………………………….…….……23 3.4 發射與接收模組設計………………………….….24 3.5 隔離度……………………………….……….……26 3.6 等效雜訊溫度……………………………….…….27 3.7 系統雜訊分析……………………………..………29 3.8 電路佈局圖與GPIB介面程式控制……….……..31 3.9 系統量測結果…………….…………………….…34 第四章 發射與接收模組元件 41 4.1 振盪器………………………………………….….41 4.1.1工作原理………………………………………41 4.1.2相位雜訊…………………………..…………..42 4.1.3相位雜訊的量測……………………………....44 4.2 功率分配器………………..………………………45 4.3 隔離器………………………………….………….46 4.4 混波器…………………………………………..…47 4.5 濾波器……………………………….…………….52 4.6 放大器……………………………….………….…53 4.7 切換器……………………………..………………54 4.8 循環器……….………………………………….....54 4.9 連接器…………….…………………………..…….56 4.10 OMT………………………………………………...57 4.11天線…………………………………………………57 第五章 結論 59 參考文獻………………………………………61 附錄A 微波電路元件實作…………………..62 附錄B 各元件的量測值……………………..65 附錄C GPIB & DAQ 控制程式………...…74

    [1] Ulaby, F.T.,Charles Elachi, ” Radar Polarimetry for Geoscience Applications”Artech House,1990
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