小F數(shù)毫米波成像折衍射透鏡焦區(qū)場分析.pdf

1、本文研究用于毫米波焦面陣成像的小F數(shù)毫米波折射透鏡和二元衍射透鏡的焦區(qū)場,并設計了幾種大視場的毫米波衍折射復合透鏡.全文共分七章.第一章采用基于矢量衍射積分的矢量場方法和基于Kirchhoff標量理論的標量場方法分析了不同F(xiàn)數(shù)的透鏡焦區(qū)場,并進行對比分析,指出適合采用矢量方法來分析小F數(shù)透鏡的焦區(qū)場.第二章在焦區(qū)場分析的基礎上,研究了折射透鏡的光學傳遞函數(shù),發(fā)現(xiàn)未經(jīng)相位校正的折射透鏡的高頻特性不好,由此評價了透鏡的成像性能;另外,基于射

2、線追跡法,分析了折射透鏡的點列圖,直觀地描述了焦區(qū)場的特點.第三章對實際物體的成像進行了模擬,同時經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),采用偶極子的輻射場來模擬有限遠波源比用平面波來近似更加合理.第四章介紹了二元透鏡的基本概念和設計二元衍射透鏡的一些基礎知識.第五章至第六章采用矩量法研究了二元衍射透鏡的焦區(qū)衍射場.第五章首先研究了矩量法分析旋轉體的理論.由于小F數(shù)二元透鏡的表面上的臺階與波長有相同的數(shù)量級,表面間存在相互作用,故不能采用射線追跡法來分析,本文采用

3、基于表面積分方程的矩量法來分析其焦區(qū)場.利用旋轉體的對稱性,在矩量法分析過程中引入Fourier級數(shù),消去了沿圓周方向的變量,將三維問題轉化成二維問題,大大減少了未知量的個數(shù).針對由此產(chǎn)生的阻抗矩陣條件數(shù)變壞、解的收斂性以及Fourier積分出現(xiàn)振蕩性等系列問題進行了研究.本文測試了不同的基函數(shù)與檢驗函數(shù)對阻抗矩陣條件數(shù)的影響,選用了一組能使阻抗矩陣條件數(shù)最小的基函數(shù)和檢驗函數(shù).經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),Fourier級數(shù)的項數(shù)需隨平面波入射角度的

4、增大而增加,而且在解達到收斂前,可能會出現(xiàn)波動.文中給出了入射角度小于40度時,不同入射角度下解達到收斂時所需要的最少Fourier級數(shù)項數(shù).本文采用了加權Gauss積分方法來處理Fourier積分,極大地提高了計算效率,目前,可以利用多大8點的加權Gauss積分格式來分析徑向電尺寸小于兩個波長的旋轉體,對于更大電尺寸的旋轉體,經(jīng)過與其它積分格式對比后,文中選用了20/41點Gauss-Kronrod積分格式.第六章在第五章的基礎上,利