毫米波与亚毫米波焦面阵成像研究

摘要

毫米波亚毫米波焦面阵成像是近年来毫米波亚毫波领域的一个研究热点。由于毫米波亚毫米波的一些特殊性质使得毫米波亚毫米波在成像技术方面有着先天的优势。鉴于此,本文对毫米波亚毫米焦面阵成像的聚焦物镜天线和焦面阵天线进行了一些相关的研究。研究内容包括系统成像性能的提高(扩大视场、减小插损及提高分辨率等)、快速准确的数值分析方法以及加工难度的降低等。
　　 论文主要包括以下内容:
　　 1、研究了倒置显微镜成像系统的视场扩大与像差减小,在此基础上设计一种结构紧凑的THz波段29元线阵扫描成像系统。研究了不同角度入射波在焦面上的衍射斑分布及其与对应位置双缝天线的耦合效率。
　　 2、运用射线追迹、Stratton-Chu矢量衍射积分及FDTD相结合的混合数值分析方法,研究了硅和石英微透镜阵列与物镜焦区衍射场的耦合特性及微透镜阵元之间的互耦。与普通基片集成透镜即扩展半球透镜相比,微透镜阵列可以减小互耦、提高分辨率及降低介质损耗等。除传统的折射微透镜阵列外,还提出了一种便于加工的衍射微透镜阵列,并加工制作了衍射微透镜阵列样品。
　　 3、在W波段提出并设计了仅有1到2个台阶的便于加工的Teflon衍射微透镜阵列,微透镜阵列的馈源天线为矩形贴片天线。仿真和测试结果表明,Teflon衍射微透镜阵列具有良好的辐射性能。
　　 4、采用二元衍射物镜米代替传统倒置显微镜的折射物镜,大幅度地减少了光学成像系统的体积、重量及介质损耗。
　　 5、将本课题组所提出的快速分析二元衍射透镜焦区标量场的标量射线衍射传播法发展为矢量衍射传播追迹法,此方法能快速有效地分析同时含有衍射和折射透镜光学系统的焦区矢量衍射场,获得相应的成像性能。
　　 6、提出并设计了一种由二元衍射物镜和微透镜阵列组成的光学成像系统。所设计的光学成像系统同时具有二元衍射透镜及微透镜阵列的优点,仿真结果表明其具有良好的成像性能。
　　 7、研究设计了几种不同的反射镜和透镜组合的光学成像系统。在0.1THz设计了两种结构紧凑的3×3阵列扫描光学成像系统,仿真结果表明其成像性能良好。对一种反射镜与透镜组合的成像系统中的透镜设计提出了几种不同的设计方案,分析计算了这儿种方案的成像性能,比较了不同方案的特点,以适合不同的需求。