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(shè)計(jì)了幾種大視場的毫米波衍折射復(fù)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(biāo)量理論的標(biāo)量場方法分析了不同F(xiàn)數(shù)的透鏡焦區(qū)場,并進(jìn)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(chǔ)上,研究了折射透鏡的光學(xué)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(jià)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(diǎn)列圖,直觀地描述了焦區(qū)場的特點(diǎn).第三章對實(shí)際物體的成像進(jìn)行了模擬,同時(shí)經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),采用偶極子的輻射場來模擬有限遠(yuǎn)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(shè)計(jì)二元衍射透鏡的一些基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行了研究.本文測試了不同的基函數(shù)與檢驗(yàn)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(yàn)函數(shù).經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),Fourier級數(shù)的項(xiàng)數(shù)需隨平面波入射角度的

4、增大而增加,而且在解達(dá)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(shí),不同入射角度下解達(dá)到收斂時(shí)所需要的最少Fourier級數(shù)項(xiàng)數(shù).本文采用了加權(quán)Gauss積分方法來處理Fourier積分,極大地提高了計(jì)算效率,目前,可以利用多大8點(diǎn)的加權(quán)Gauss積分格式來分析徑向電尺寸小于兩個波長的旋轉(zhuǎn)體,對于更大電尺寸的旋轉(zhuǎn)體,經(jīng)過與其它積分格式對比后,文中選用了20/41點(diǎn)Gauss-Kronrod積分格式.第六章在第五章的基礎(chǔ)上,利