在空间环境中电磁波的传播会受到大气介质的影响,使电磁波会发生一系列反射、折射、散射和吸收等现象。在一定气象条件的影响下电磁波会有一部分陷获在大气层中,这部分电磁波的衰减较小且可以不受地球曲率影响,从而可以实现大气波导传播。大气波导发生时会导致雷达盲区的出现和雷达杂波的增强,当雷达以某种频率和小于临界角的某个仰角角度发射时既可以实现雷达的超视距探测还可以实现扩大雷达的探测范围。目前,在实现超视距探测时如何扩大雷达的探测范围已然成为了目前的研究热点之一。针对雷达的超视距探测的实现这个问题,首要目标就是测量大气波导发生时的特征信息。通过对某一梯度的大气折射率进行测量,从而反演出是否产生了大气波导。目前实现大气折射率进行测量的方法包括常用的探空气球法、一些气象仪器和预测模型。鉴于它们的精度和实时性等方面性能较差,本文采用了微波折射率仪这种可以在线实时测量大气折射率的仪器,通过对大气折射率的测量,进而反演出大气是否发生大气波导。微波折射率仪主要组成是锁相环和谐振腔,基本原理是通过测量谐振腔里面的谐振频率与介质的介电常数之间的谐振变化量,来实现大气折射率的测量。本文从大气波导和测量方法为立足点,其中简明扼要的介绍了大气波导的产生条件、特征参数以及大气波导测量的几种方法,从而分析出微波折射率仪的优点,又描述了微波折射率仪的总体设计、实现功能及技术指标。通过软件对微波折射率仪中关键部件电路,鉴相器、压控振荡器和环路滤波器等电路完成了设计仿真,并进行了优化分析。然后制作了一种用于微波折射率仪的高精度锁相环。将锁相环电路与微波折射率仪的其他部件进行组合,就构成了大气波导测量系统。在室温标准大气压条件下某合适的试验基地,在某一种水平高度中对大气折射率的变化量进行实地测试。结果显示在不同气象条件下,微波折射率仪可以正常完成测试工作。并且在实时性、稳定度、测量速度、精度等方面优点明显。