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亚毫米波段折叠光路的准光近场照射天线设计与应用

何海波 金铭 韩宇南 李彬 白明

何海波,金铭,韩宇南,等. 亚毫米波段折叠光路的准光近场照射天线设计与应用[J]. 电波科学学报,xxxx,xx(xx):x-xx. DOI: 10.12265/j.cjors.2021158
引用本文: 何海波,金铭,韩宇南,等. 亚毫米波段折叠光路的准光近场照射天线设计与应用[J]. 电波科学学报,xxxx,xx(xx):x-xx. DOI: 10.12265/j.cjors.2021158
HE H B, JIN M, HAN Y N, et al. Design and application of the path-folded near-field quasi-optical antennas in sub-millimeter wave[J]. Chinese journal of radio science,xxxx,xx(xx):x-xx. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021158
Citation: HE H B, JIN M, HAN Y N, et al. Design and application of the path-folded near-field quasi-optical antennas in sub-millimeter wave[J]. Chinese journal of radio science,xxxx,xx(xx):x-xx. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021158

亚毫米波段折叠光路的准光近场照射天线设计与应用

doi: 10.12265/j.cjors.2021158
基金项目: 科技部重点研发计划项目《航天遥感关键计量标准及溯源技术研究》课题《微波黑体发射率计量标准装置》(2017YFF0205203);国家自然科学基金(61701496,61671032);中央高校基本科研业务费(buctrc201931)
详细信息
    作者简介:

    何海波:(1996—),女,硕士研究生,就读于北京化工大学信息科学与技术学院,研究方向为亚毫米波准光近场照射天线设计

    金铭:(1985—),男,工学博士,副教授,硕导. 2013年毕业于北京航空航天大学电子信息工程学院,电磁场与微波技术专业. 主要研究方向为计算电磁学与应用,太赫兹准光设计技术、黑体定标源及辐射计定标技术等

    韩宇南:(1980—),男,工学博士,硕士生导师,主要研究方向为电磁兼容、无线通信系统、电磁环境效应、雷电与核电磁脉冲防护、滤波器与天线设计等,是滤波电缆的发明人

    通讯作者:

    金铭 E-mail:jinming@mail.buct.edu.cn

  • 中图分类号: TN82

Design and application of the path-folded near-field quasi-optical antennas in sub-millimeter wave

  • 摘要: 介绍了一种新颖的折叠光路近场准光照射天线设计方法,并成功应用在微波黑体定标源微弱散射的双站测量中. 在双站测量中,传统的小口径天线适用于低频范围,被测目标足够小才能保证远场条件. 与传统基于远场条件出发的小口径天线设计不同,本文所提出的准光照射天线的设计目的是在目标区降低链路衰减,实现相位平坦、幅值边缘衰减的聚焦照射,并可在近场区域内测得目标的远场散射特征. 设计基于准光学设计方法:由主反射镜和平板反射镜共同构成紧凑的折叠光路,首先确定馈源喇叭天线的等效高斯波束参数,然后基于高斯波束传播理论设计主反射镜,再通过全波仿真验证其折叠路径. 仿真分析表明即使馈源采用基本的圆锥喇叭馈源,也可实现良好的聚焦效果. 双站实测数据表明该天线设计达到了设计目的,为亚毫米波近场双站散射测量的开展提供了关键性的波束控制,具备广泛的应用价值.
  • 图  1  馈源天线的辐射口面场及其远场辐射方向@195 GHz

    Fig.  1  The radiating aperture field of the feed antenna and its far-field radiating pattern@195 GHz

    图  2  准光主反射面对高斯波束的变换原理示意图

    Fig.  2  The transformation schematic of the quasi-optical main reflection aperture to the Gaussian beam

    图  3  主反射面对馈源等效高斯基模场的反射变换@195 GHz

    Fig.  3  The reflection transformation of the main reflection aperture to the equivalent Gaussian fundamental mode field of the feed@195 GHz

    图  4  准光近场照射天线的折叠光路设计(170~220 GHz)

    Fig.  4  The path-folded near-field quasi-optical antenna(170-220 GHz)

    图  5  折叠光路照射天线的出射近场分布和远场辐射方向图

    Fig.  5  The far-field radiation pattern of the path-folded near-field quasi-optical antenna

    图  6  在目标区形成的照射束斑场分布

    Fig.  6  The distribution of the irradiated beam spot field formed in the target area

    图  7  两种主镜面反射后的出射近场分布@170 GHz

    Fig.  7  The near-field distribution of (a) and (b) @170 GHz

    图  8  微波黑体发射率计量标准装置中应用的近场准光照射天线

    Fig.  8  Near field quasi-optical illumination antenna used in microwave blackbody emissivity measurement standard device

    图  9  双站散射测量目标

    Fig.  9  Bi-static scattering measurement

    图  10  微波黑体发射率计量标准装置在不同频率处测得的双站散射曲线(HH极化,7.5度倾斜入射)

    Fig.  10  Bi-static scattering curves measured at different frequencies by blackbody emissivity measuring device(HH polarization, 7.5 degrees tilted incidence)

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  • 收稿日期:  2021-06-11
  • 网络出版日期:  2021-09-17

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