放大器，定向禪合器B接收發(fā)射單元的連續(xù)單 頻微波信號。優(yōu)選的，正交混頻單元包括順次鏈接的接收天線、低噪聲放大器、正交混頻器， 正交混頻器接收發(fā)射單元的連續(xù)單頻微波信號或接收功率檢測單元的連續(xù)單頻微波信號， 接收天線接收信標(biāo)器3發(fā)送的信標(biāo)信號，信標(biāo)信號經(jīng)過低噪聲放大器的放大后通過正交混 頻器與連續(xù)單頻微波信號進(jìn)行正交混頻，正交混頻器輸出2路正交混頻信號，一路正交混 頻信號輸出到中頻濾波器A、再經(jīng)過中頻放大器A輸出中頻同相分量信號給數(shù)據(jù)處理終端， 另一路正交混頻信號輸出到中頻濾波器B、再經(jīng)過中頻放大器B輸出中頻正交分量信號給 數(shù)據(jù)處理終端。微波雷達(dá)天線2包括上述的接收天線和發(fā)射天線。
[0121] 雷達(dá)型微波測水儀器的測試方法的含水量測算方法為：
[0122] 第一步；測算出微波雷達(dá)天線2和信標(biāo)器天線4出口面之間的距離為R，R可W準(zhǔn) 確測定。
[0123] 第二步：校準(zhǔn)測試得到無量綱系統(tǒng)常數(shù)。
[0124] 校準(zhǔn)測試的具體步驟如下：
[01巧]在沒有物料樣品時，微波雷達(dá)主機1依次發(fā)射的頻率和f2 (fi<f2)的微波信號進(jìn) 行校準(zhǔn)測試。設(shè)頻率為fi(i= 1，2)時，微波雷達(dá)發(fā)射功率為Pti，微波雷達(dá)天線2的天線增 益Gi，信標(biāo)器天線4的天線增益為Ggi，微波雷達(dá)收到的信標(biāo)信號的同相分量和正交分量幅 度分別為li和Qi，則：
[0126] Ii=Aicos巫i(式1);
[0127] Qi=Aisin巫i (式 2);
[0128] 其中Ai是接收的信標(biāo)信號幅度的絕對值，〇i是信標(biāo)信號相對于發(fā)射信號的相位， 并有：
[01川式中，Am是頻率為的電磁波的真空波長，分別是頻率上系統(tǒng)固有損 耗因子和傳輸相位，2。= 50Q是傳輸線特性阻抗。
[0132] 發(fā)射信號通過禪合器禪合部分功率，檢波產(chǎn)生監(jiān)測電壓Vi為：
[0133]
(式 5);
[0134] ki是比例系數(shù)。
[0135] 于是可得：
[013引當(dāng)系統(tǒng)為寬帶設(shè)計，并且和f2滿足：
[0139]
[0140] 則近似有ki=k2=k，1。1= 1。2=L。，巫。1=巫。2=巫。，
[0141] 對一般天線有：
[0142]
[0143]
(式 10);
[0144] 其中，A、A。分別是雷達(dá)天線和信標(biāo)器天線的有效面積，在系統(tǒng)工作頻帶內(nèi)近似為 常量。
[0145] 故近似有；
[0148] 其中
是無量綱系統(tǒng)常數(shù)。
[0149] 第S步；待測物料樣品測定，求出。
[0150] 待測物料樣品測定的具體步驟如下：當(dāng)放置有待測物料樣品后，同樣在頻率和 f2進(jìn)行兩次測試，在頻率fi時雷達(dá)接收到的信標(biāo)信號的同相分量和正交分量幅度分別為 1/和Q/，類似可得：
[0153] 式中，0 1、ai分別是存在物料樣品時頻率為fi的電磁波在空間的復(fù)傳播常數(shù)丫i的實部和虛部，并有：
[0 巧 4]
[0巧5] 式中e。/、e。/'和分別是有物料樣品情況下，頻率為時，電磁波傳播路徑上介 質(zhì)復(fù)介電常數(shù)的實部和虛部。
[0156] 根據(jù)已知量Xi、yi、Xi和Yi可W解出曰i;
[0161] 設(shè)角度《<l)i< 2 31)滿足
則有；
[0162]
[0163] 叫是某一正整數(shù)。
[0164] 故有；
[01 妨I
[0166] 在滿足（式8)條件下，近似可認(rèn)為電磁波在頻率和f2上群速相等，電磁波傳輸 時間也相等，設(shè)二者分別Vg為和Td;
[0167]
[0168] (式21)中C是空氣中的光速。
[01例當(dāng)滿足條件：
[0173] (式22)中I 是含水物料在頻率或f2上復(fù)介電常數(shù)模值的最大值。根據(jù) (式23)得到的m代入（式21)求得Td后，可得n;的取值為：
[0174] 叫二fix(f1Td)，〇2二ni+m(式 24);
[0175] (式24)代入（式20)可W求得01。根據(jù)（式15)，求出e。/、Eci":
[017引設(shè)電磁波傳播空間的空氣、干燥物料和水的體積比分別為P;q;r，p+q+r= 1，則；
[0179] e'd-je"" =pEa+qe押Ew(式 27);
[0180] 式中e。、ed、e分別是空氣、干燥物料和水的介電常數(shù)，ea=l，P+q甘=1。通 常干燥物料沒有介電損耗，故Ed為正實數(shù)。
[0181] 于是：
[01 間e'ci-1-jeci" =q(e廣1)甘（eW-1)(式 28);
[0183] 根據(jù)水的介電弛豫模型，水的介電常數(shù)為：
[0184]
[01化]其中Es= 80和em= 4.9分別是水的直流和無限高頻率介電常數(shù)。T是水的 介電弛豫時間，純水T=2X1(TUs，對含在不同物料中的水T具有不同的值。的實部 和虛部分別為：
[0190]根據(jù)（式28)實部和虛部分別相等，并將（式29)、（式32)代入，可得：
[0198]代入到（式35)，求出23ifiT，并代入（式3如求出r;r代入（式城求出 q(e廣 1):
[0201] 根據(jù)干燥物料和水的體積比q;r，可得物料含水率W(重量比）為：
[0202]
[020引（式39)中
對于特定物料是無量綱常數(shù)，可W通過系統(tǒng)標(biāo)定得到其 數(shù)值。
[0204] 第四步進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，
[0205] 系統(tǒng)標(biāo)定的具體做法如下；采用一塊含水的物料樣本（含水率不為零，可預(yù)先 加濕），先用本發(fā)明所述微波雷達(dá)測水儀進(jìn)行一次測試，由（式37)、（式38)得到r。和 qa(ed-1)。然后對該樣品采用水含量標(biāo)準(zhǔn)測試方法（依據(jù)GB/T462-2003《紙和紙板水份的 測定》或GB/T12087-2008《淀粉水分測定烘箱法》等國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法）測得其準(zhǔn)確含水 率W。。根據(jù)（式39)，可解得；
[0206]
(式 40);
[0207] 經(jīng)過標(biāo)定后，微波雷達(dá)測水儀即可W用于該類物料含水率在線測試。其計算過程 為由（式16)、（式20)計算a1、@1，再由（式城（式26)計算e。/、e。/'，之后由（式 36)、（式37)計算i和r，最后根據(jù)（式39)得到物料含水量。
[020引本發(fā)明提出的微波雷達(dá)測水?dāng)?shù)據(jù)處理方法是基于包含物料介質(zhì)、水和空氣3種成 分混合介質(zhì)的精確復(fù)介電常數(shù)模型和水的介電弛豫理論模型，具有理論上的精確性。數(shù)據(jù) 處理中唯一可能產(chǎn)生誤差的近似假設(shè)是認(rèn)為在校準(zhǔn)測試頻率和f2上系統(tǒng)具有相等的固 有損耗因子和傳輸相位。在系統(tǒng)設(shè)計時fi、f2相差通常小于100MHz，而（fi+f2)/2 -般采用 20GHzW上頻段，相對工作帶寬小于0. 5%，因此該假設(shè)引入的誤差可W忽略。
[0209] 為了達(dá)到0. 1 %W上的測試精度，雷達(dá)測量的各信號分量應(yīng)具備1 %W上的幅度 精度。為此，根據(jù)實際的測試距離R，需要保證雷達(dá)接收到的信標(biāo)信號具有40地W上的信 噪比，該可W通過設(shè)計適當(dāng)?shù)睦走_(dá)發(fā)射功率來實現(xiàn)。一般對于20GHz工作頻率，測試距離R =Im，接收噪聲系數(shù)3地，接收機噪聲帶寬50曲Z，為保證該信噪比所需發(fā)射功率小于ImW。 同時，雷達(dá)發(fā)射信號頻率應(yīng)具有由于1(T5W上準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。
[0210] 雷達(dá)型微波測水儀器的測試方法的工作方法可W采用W下步驟：
[0211] 1、根據(jù)應(yīng)用要求（物料尺寸、測水儀安裝空間等），確定所需的測試距離；
[0212] 2、參考（式8)、（式22)選擇雷達(dá)工作頻率考慮到系統(tǒng)工作帶寬，fi、f2般 取Ku頻段W上；選擇信標(biāo)器開關(guān)調(diào)制頻率，其值應(yīng)遠(yuǎn)高于測試環(huán)境下樣品運動產(chǎn)生的多普 勒頻率，一般取10~100曲Z;
[0213] 3、根據(jù)安裝使用要求，設(shè)計雷達(dá)天線和信標(biāo)器天線形式，通常選用卿趴天線，天線 增益10~15地；
[0214] 4、根據(jù)步驟2確定的測試距離和步驟3所確定的天線增益，設(shè)計雷達(dá)發(fā)射功率、接 收噪聲系數(shù)和接收機噪聲帶寬，保證雷達(dá)接收的信標(biāo)信號信噪比大于40地。具體設(shè)計可參 考雷達(dá)系統(tǒng)方程；
[0215] 5、根據(jù)步驟4所確定的雷達(dá)設(shè)計參數(shù)，按附圖2所示原理框圖構(gòu)建雷達(dá)主機；按照 附圖3構(gòu)建信標(biāo)器等部件；
[0216] 6、根據(jù)步驟2所確定的測試距離、測試樣品放置方式和操作顯示要求，設(shè)計一體 化機架；
[0217] 7、根據(jù)所述雷達(dá)型微波測水儀的工作原理和（式1)~（式40)的雷達(dá)測試數(shù)據(jù) 處理原理及系統(tǒng)標(biāo)定原理，設(shè)計數(shù)據(jù)處理軟件；
[0218] 8、根據(jù)雷達(dá)型微波測水儀操作顯示或測試應(yīng)用自動控制要求，設(shè)計合理的人機操 作界面和與上位機及下位機的接口；
[0219] 9、進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)集成，完成雷達(dá)型微波測水儀系統(tǒng)構(gòu)建。
[0220] 如上所述，則能很好的實現(xiàn)