三维衍射高斯波束分析方法的实现研究

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毫米波太赫兹频段介于微波与红外波段之间,是电磁波频谱中很有研究价值的一个频段,也是比较新兴的研究领域。近些年大批国内外专家学者都对太赫兹波进行了研究。然而随着毫米波、亚毫米波乃至太赫兹波频率的不断升高,其波长及器件相关尺寸越来越小,加工难度的增加以及成本造价昂贵,功率承受能力也随之骤降,各种损耗越来越大等问题变得很突出,应用于微波波段的类似于微带线、带状线、波导等这样的传输线已经不能够满足传输以及分析需求了。太赫兹准光技术通常应用电磁波在空间聚束传播的方式来分析传输信号,它具有加工难度相对较低,承受功率高,可多波束多极化工作,损耗小等优点,因而在高于100GHz的毫米波亚毫米波的传输分析设计中得到广泛的应用。迄今为止,国内外的亚毫米波的射电天文系统都广泛应用准光技术来设计分析。毫米波太赫兹已经应用在射电天文学、大气遥感、等离子体探测、物质探索、太赫兹成像等很多领域。   目前普遍使用的分析设计准光系统的商用软件是丹麦的GRASP,该软件是基于物理光学和其他一些辅助数值分析方法的。由于该软件要计算大量的电流积分,因此在分析多个大的反射镜时非常耗时是其一大缺点。伦敦大学玛丽女王学院开发的基于几何光学的衍射高斯波束分析法(DiffractedGaussianBeamAnalysis,DGBA),利用了几何光学计算的简洁性极大的提高了计算速度,同时利用衍射来补充结果提高了结果的精度。但是DGBA只能对二维对称结构进行建模,这是相对于GRASP分析上的一大缺陷,例如在有限的空间内,三维立体结构显然更加节省空间才能达到某些指标。本文利用已有的DGBA分析方法对其进行二次开发,使其成为能够适应任何结构的准光网络的分析方法,也就是所谓的实现三维衍射高斯波束分析方法。并且在文章末尾利用商用软件验证了三维衍射高斯波束分析方法的精度。
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