准光技术在天馈及波束变换中的应用研究

毫米波与光波和红外相比,在恶劣天气下具有较小的衰减,适合全天候工作；与微波相比,频率更高,频带更宽,具有更高的信息传输速率、角分辨率和距离分辨率。准光理论和技术,为毫米波系统的设计提供了新的思路。

衍射元件的应用可以为天线的小型化和轻量化作出贡献,赋形技术的研究有助于改善天线的性能。大量的准光系统都是利用电磁波在空间的聚束传播来传递信号,有损耗小、承受功率高的优点,研究高斯束、贝塞尔波束等聚束波束的特性以及它们之间的变换具有重要的意义。

本课题主要研究的是准光技术在天馈及波束变换中的应用研究,具体包括以下几部分内容：1、采用二维FDTD方法分析了两种高效率、低剖面的衍射式反射元件,包括一阶和高阶情况下的相对带宽和衍射效率,并进行了对比。2、对衍射式单脉冲卡塞格伦天线进行了研究。

将两种衍射式反射元件应用在传统卡式天线中,减轻了天线重量；同时,为了方便与后端电路连接,设计了新型波导魔T和相应的和差网络；最后,对天线进行了仿真、加工和测试。3、对紧凑型单脉冲环焦卡塞格伦天线进行了研究。

给出了衍射式环焦卡塞格伦天线、环焦格里高利天线两种环焦结构,设计了改进型的宽边和窄边耦合型魔T以及相应的平面和差网络,在一定程度上减小了单脉冲双反射面天线的重量和高度,并对天线整体进行了仿真、加工和测试。4、采用Stratton-Chu公式计算了圆口径天线有中心遮挡情况下,口径场振幅抛物线型分布和泰勒分布下对应的远场方向图；采用几何光学方法设计了赋形卡塞格伦天线和赋形分区卡塞格伦天线,并用CST软件对天线进行了仿真分析,得到了所期望的方向图结果。

5、推导了线极化、圆极化的贝塞尔波束；分析了椭球面反射镜对高斯束的变换；然后采用Zernike多项式表示光滑连续的反射面,通过对其有限项的系数进行遗传算法优化,实现了高斯束到贝塞尔波束的转换。