太赫兹准光单脉冲馈电网络技术研究

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单脉冲技术能在单个雷达脉冲内实现波束指向控制、跟踪的目的,是微波频段最为普遍的跟踪体制。在微波毫米波频段,单脉冲天线大多采用波导、微带线、基片集成波导等传输线结构来实现。然而,在太赫兹波段,仍然采用上述传输线结构势必面临损耗大、加工难等问题。目前,提出的准光单脉冲天线馈电方案已经初步证明了实现的可行性,而基于准光技术的单脉冲馈电网络研究尚处于起步阶段,在光路紧凑性、带宽、副瓣电平、能量传输效率等问题上依然存在技术缺陷。如何解决上述技术问题,提出更加优良的技术方案是太赫兹单脉冲馈电网络实用化的关键,这些问题的解决也必然会推动我国该领域技术的发展,真正实现其在雷达、通讯和电子对抗等方面的应用。论文的主要工作和贡献如下:1.对太赫兹高斯馈源喇叭与准光束腰变换器进行了深入研究。采用模式匹配理论设计的光壁半径渐变高纯度太赫兹高斯馈源,完成了准光高斯波束的初级辐射;利用椭球面镜完成高斯波束束腰半径1.25mm-4.5mm的变换,实现高斯喇叭馈源至准光和差网络的馈电匹配,结果表明其束腰变换过程中高斯波束畸变较小,满足匹配输入。2.分析传统准光和差比较器窄带原由,提出了一种改进型的宽带宽准光和差比较器设计方案。首先比较分析基于介质片与光栅的分束原理,选择极化方向可控的光栅作为准光和差比较器的3dB分束器;然后结合高斯馈源、椭球镜面对单级准光和差比较器进行优化设计,仿真结果表明其带宽大于20GHz;最后通过级联多个和差比较器,实现二维准光和差网络,完成和差波束生成。3.根据相位修正原理,开展双反射式和差波束相位修正技术研究。通过对四通道波束进行控制修正,能有效改善和差波束质量,其和波束的副瓣电平由-0.5dB下降到了-14dB以下。基于反射式的相位修正方案,可以克服传统透射式修正方案中的介质损耗大与加工难度高等问题,有效的提高了系统的传输效率。4.完成了太赫兹准光单脉冲馈电网络实物加工,开展了相关实验研究。分别对太赫兹准光单脉冲系统的和波束、方位差波束、俯仰差波束的辐射特性及传输特性进行了实验测试,测试结果表明:在330GHz-350GHz带宽范围内,和波束副瓣电平低于-14dB,零深低于-20dB,传输损耗低于4dB。
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