Phased Array Radiometer Calibration Using a Radiated Noise Source

Electronic beam steering capability of phased array antenna systems offer significant advantages when used in real aperture imaging radiometers. The sensitivity of such systems is limited by the ability to accurately calibrate variations in the antenna circuit characteristics. Passive antenna systems, which require mechanical rotation to scan the beam, have stable characteristics and the noise figure of the antenna can be characterized with knowledge of its physical temperature [1],[2]. Phased array antenna systems provide the ability to electronically steer the beam in any desired direction. Such antennas make use of active components (amplifiers, phase shifters) to provide electronic scanning capability while maintaining a low antenna noise figure. The gain fluctuations in the active components can be significant, resulting in substantial calibration difficulties [3]. In this paper, we introduce two novel calibration techniques that provide an end-to-end calibration of a real-aperture, phased array radiometer system. Empirical data will be shown to illustrate the performance of both methods

An L-band Radio Frequency Interference (RFI) detection and mitigation testbed for microwave radiometry

Abstract—A microwave radiometer specifically designed to detect and mitigate many types of Radio Frequency Interference (RFI) is described. The L-band RFI Detection and Mitigation Testbed (DetMit Testbed) will not be optimized for radiometric observation as much as it is optimized for flexibility in the presence of RFI. While the DetMit Testbed will be a fully functional polarimetric L-band radiometer, the ultimate application of this instrument is not so much brightness measurements as it will be validation of RFI mitigation strategies for employment in future L-band (and other frequency) radiometers. The design approaches for the L-band RFI Detection and Mitigation Testbed are expected to apply to C-band and X-band, and presumably also to other frequencies of interest that experience RFI. Keywords-Detectors, digital radio, interference suppression, microwave radiometry. I

Sources de bruit actives ultra stables à faible température de bruit pour la radiométrie micro-onde

L'étalonnage des radiomètres embarqués sur satellite, utilisés pour l'observation de la Terre, est basé sur l'utilisation de sources de référence, capables de générer des températures de brillance ou des températures de bruit bien distinctes : une source chaude et une source froide. Dans le cas de la source froide, l'utilisation de sources externes (comme par exemple le ciel froid) est la méthode la plus communément utilisée. L'utilisation d'une charge froide active (ACL pour Active Cold Load) réalisée à base de transistors présente de nombreux avantages en termes d'intégration et de simplification du système. La première partie de cette thèse est consacrée au principe de la radiométrie. Après avoir rappelé l'importance des techniques de télédétection utilisées pour l'observation de la Terre, un état de l'art, non exhaustif, des différents types de radiomètre est présenté. L'un des éléments importants de l'instrument, quel que soit l'architecture choisie, est la phase de calibrage. De ce fait, un état de l'art sur les sources de référence, et plus particulièrement sur les charges froides actives est exposé. On constate notamment, que de part leur faible niveau de bruit et de leur couverture fréquentielle, les transistors à effet de champ (FET) sont de bons candidats. Nous présentons dans le second chapitre, un nouveau type de charge froide active basée sur l'utilisation d'un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT) SiGe en bande L. Nous détaillons la technologie et la topologie du circuit et nous montrons les résultats obtenus concernant l'adaptation, la température de bruit et la sensibilité aux variations de température ambiante. En vue de comparer les différentes technologies en termes de stabilité à long terme, nous présentons également la conception et la caractérisation d'une ACL avec un PHEMT sur GaAs. La troisième partie concerne la réalisation d'un radiomètre spécifique, dans le but d'évaluer la stabilité à long terme des charges froides qui ont été développées. La conception de ce radiomètre a été articulée autour de deux points critiques : limiter les variations de gain du système pour accroitre sa stabilité et obtenir une très bonne sensibilité. Pour cela, les choix technologiques et techniques ainsi que les performances du système sont détaillées. Enfin, la dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de stabilité à long terme des ACLs qui ont été réalisées. Celles-ci sont très stables sur le court-terme, et présentent des caractéristiques intéressantes sur le long terme. Les différences concernant les comportements et les performances des deux circuits sont abordées.Radiometers calibration onboard a satellite for Earth observation missions are based on the measurement of reference targets. These reference sources should be able to generate distinct brightness temperatures or noise temperatures. For the cold reference sources, the most common method is to use an external source, like the cold sky. As an alternative, the use of an active cold load (ACL) based on transistor presents several advantages in terms of integration and reduction of complexity of the system. The first part of this report is dedicated to the principles of the radiometry. At first, we remind the essential of remote sensing technics used for Earth observation, then a state of art of different types of radiometer is presented. One of the most important elements for this instrument concerns its calibration. Because of that, a state of art concerning reference sources, and more particularly the active cold loads, is exposed. After all, we notice that, with their low noise level and their frequency range cover, field effect transistors (FET) are good candidates. Thus, we present, in a second chapter, a new type of ACL based on the use of a SiGe heterojunction bipolar transistor (HBT) in L-band. We discuss the technology and topology of the circuit and show the results obtained concerning the adaptation, the noise temperature and the sensitivity to the ambient temperature. In order to compare different technologies on the long-term stability, we also present the conception and the characterization of anACL based on PHEMT GaAs. The third part concerns the realization of a specific radiometer, in order to assess the long-term stability of the developed ACLs. The concept of the radiometer was articulated around two critical points: to limit gain variations of the system in order to increase its stability and to obtain a good sensitivity. In this aim, technological, technical choices and performances of the system are described. At last, the fourth part of this report is dedicated to the study of the long term stability for two developed ACLs. These ones are very stable on the short-term, and present interesting characteristics on the long-term. The approaches concerning the difference in the two circuits in terms of their behavior and performances are discussed