由于电磁波在大气环境中传播时受到大气介质的影响,会对电磁波产生反射、折射、散射和吸收等影响,在陷获折射条件下会形成大气波导传播。在该环境中电磁波的衰减较小,可以克服地球曲率影响,实现超视距探测和传输。针对低空雷达探测性能受到大气波导环境的影响,一方面可利用大气波导实现雷达超视距探测,另一方面,对大气波导带来的雷达电磁盲区,可对其特性与补盲策略。如何利用大气波导是雷达领域研究的热点问题之一,其首要问题是如何对大气波导实现精确测量。通过测量一定梯度内的大气折射率,判断大气折射率梯度是否满足大气波导产生条件,可实现对大气波导的精确测量。由于常规的探空仪、气象仪器和预测模型的测量精度较差,并且在信息传输和处理时存在延迟,无法达到在线测量的精度要求。本文为实现大气波导的高精度实时在线的测量,研制了微波折射率仪。它以锁相环和谐振腔微扰为基本原理,通过腔体的谐振频率与腔体内介质的介电常数的变化关系,通过测量频率变化量实现折射率的测量。本文首先介绍大气波导环境特征和一些测量及反演方法,通过与其它测量方法比较,说明微波折射率仪测量优点。在此基础上对仪器原理和信号流程进行分析,提出了微波折射率仪的微波器件部分与电路部分的技术指标。微波单元由波同转换器、衰减器、环形器、调配器、谐振腔组成,经整体组装调试后,并在常温大气环境下利用调节杆对腔体谐振频率频率误差进行修正。由于信号源载波信号频率与腔体中心频率的大小影响着检波后输出调制信号与标准信号的幅度相位关系,以此为依据对整个系统电路部分进行设计,整个电路部分的功能相当于锁相环,由VCO、倍频器、中频放大器、鉴相器、积分器、中频调制晶体振荡器组成。当环路锁定时,VCO输出信号通过混频器与标准单元的信号进行混频,经滤波后输出带有折射率信息的信号。各电路经连接和调试,在某地区进行实验,测量某一水平高度上折射率的变化梯度。经过选择时机地区进行实验,证明了该微波折射率仪可以在不同气候环境下的实现测量工作,并具有稳定度高、速度快、连续性好的优点,可实现对大气波导高精度实时在线测量。