太赫茲準光系統(tǒng)是太赫茲焦平面成像系統(tǒng)中重要的組成部分。準光系統(tǒng)直接決定了成像系統(tǒng)的視場角和離軸波束的分辨率。目前,準光系統(tǒng)的性能仍然需要進一步的提高,視場角較小,離軸波束分辨率較低是目前普遍存在的問題,這使得焦平面成像的陣元不能得到有效利用。為了增大視場角和提高離軸分辨率,本文應用準光系統(tǒng)的相關原理設計了太赫茲準光系統(tǒng),并利用衍射積分法計算準光系統(tǒng)的分辨率和近場增益,準光系統(tǒng)包括聚焦系統(tǒng)和饋源。首先研究了系統(tǒng)的外部參數(shù),即相鄰饋源間的間距、口徑、焦徑比以及像方視場角等對分辨率的影響,并提出了在本文的太赫茲透鏡天線設計中,離軸波束的分辨率需比近軸波束的分辨率低20%以內(nèi)的設計要求。完成外部參數(shù)設計后,提出了一種太赫茲頻段介質(zhì)棒天線的設計方法,該天線采用切比雪夫多級波導匹配過渡方式,在180-220 GHz頻段內(nèi)電壓駐波比均小于1.2。該天線具有高增益、低電壓駐波比、低互耦的特性,本文中將該介質(zhì)棒天線作為成像系統(tǒng)的饋源。提出了一種太赫茲透鏡的設計方法。該方法分別考慮了衍射和像差對太赫茲透鏡聚焦效果的影響,先優(yōu)化像差光斑半徑再利用衍射積分方程計算近場增益和分辨率。在優(yōu)化像差時,無論視場角如何... 

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 選題的背景及意義
    1.1 應用背景
    1.2 太赫茲成像發(fā)展
    1.3 國外焦平面成像研究現(xiàn)狀
    1.4 國內(nèi)焦平面成像研究現(xiàn)狀
    1.5 存在的問題和差距分析
    1.6 本文創(chuàng)新點及章節(jié)安排
第2章 準光系統(tǒng)設計原理
    2.1 引言
    2.2 幾何光學法
        2.2.1 短波長的近似處理
        2.2.2 幾何光學基本定律
        2.2.3 幾何光學法的其他定理
        2.2.4 射線追跡法
        2.2.5 幾何像差原理
        2.2.6 系統(tǒng)像差計算
    2.3 衍射積分法
        2.3.1 標量衍射理論
        2.3.2 矢量衍射積分
    2.4 結(jié)論
第3章 系統(tǒng)外部參數(shù)及饋源設計方法
    3.1 引言
    3.2 系統(tǒng)參數(shù)的設計
        3.2.1 饋源的排布
        3.2.2 焦徑比的設計
        3.2.3 口徑的設計
        3.2.4 波束聚焦方式的選擇
        3.2.5 影響分辨率的因素
        3.2.6 系統(tǒng)整體設計需求
    3.3 饋源天線設計方法及性能
        3.3.1 各饋源性能的比較
        3.3.2 介質(zhì)棒天線的輻射原理
        3.3.3 介質(zhì)棒天線的設計要求
        3.3.4 介質(zhì)棒天線的設計方法
        3.3.5 饋源天線設計結(jié)果
    3.4 結(jié)論
第4章 太赫茲單透鏡天線設計
    4.1 引言
    4.2 單透鏡設計的幾何光學原理
    4.3 單透鏡設計步驟
        4.3.1 初始參數(shù)設計
        4.3.2 光學性能驗證
        4.3.3 公差分析
    4.4 準光系統(tǒng)的電磁學性能計算方法
        4.4.1 近軸條件下增益的計算方法
        4.4.2 離軸條件增益的計算方法
        4.4.3 分辨率計算
        4.4.4 損耗計算
    4.5 單透鏡天線電磁學性能計算
    4.6 單透鏡天線焦深計算
    4.7 結(jié)論
第5章 庫克三片式準光透鏡天線組設計
    5.1 引言
    5.2 計算透鏡組初始內(nèi)部參數(shù)
    5.3 內(nèi)部參數(shù)優(yōu)化設計
    5.4 光學性能驗證
    5.5 公差分析
    5.6 庫克三片式透鏡天線電磁學性能計算
    5.7 透鏡天線組焦深計算
    5.8 庫克三片式透鏡研制
    5.9 實驗驗證
        5.9.1 實驗方案設計及測試結(jié)果
        5.9.2 實驗誤差分析
    5.10 結(jié)論
第6章 變焦透鏡天線的設計
    6.1 引言
    6.2 變焦透鏡外部參數(shù)設計
    6.3 變焦透鏡內(nèi)部參數(shù)設計
    6.4 光學性能驗證
    6.5 電磁學性能計算
    6.6 結(jié)論
第7章 總結(jié)及未來工作展望
    7.1 論文主要工作
    7.2 未來工作展望
參考文獻
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果
附錄 名詞解釋
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]0.33 THz雷達三維近場成像系統(tǒng)設計及成像試驗[J]. 黃建,裴乃昌,王志輝,孫智敏.  電訊技術. 2019(06)
[2]基于肖特基二極管的太赫茲準光探測器設計方法與成像性能研究（英文）[J]. 李明迅,牟進超,郭大路,喬海東,馬朝輝,呂昕.  紅外與毫米波學報. 2018(06)
[3]一種基于超材料的常溫太赫茲探測器[J]. 鄭發(fā)明,任偉,吳偉,郭聰,柳克銀,陶虎,李昕欣,周志濤.  微納電子技術. 2018(11)
[4]機載大變倍比大視場中波紅外連續(xù)變焦光學系統(tǒng)設計[J]. 張國偉,王海濤.  光學與光電技術. 2018(05)
[5]基于石墨烯材料的太赫茲波探測器研究進展[J]. 仝文浩,劉北云,楊炎翰,游聰婭,王保柱,睢丙東,袁瑞玚,張永哲.  太赫茲科學與電子信息學報. 2018(04)
[6]基于場效應晶體管的太赫茲探測器中天線設計的一種有效方法（英文）[J]. 張博文,顏偉,李兆峰,白龍,Grzegorz Cywinski,Ivan Yahniuk,Krzesimir Szkudlarek,Czeslaw Skierbiszewski,Jacek Przybytek,Dmytro B.But,Dominique Coquillat,Wojciech Knap,楊富華.  紅外與毫米波學報. 2018(04)
[7]一種220 GHz波段太赫茲合成孔徑成像雷達[J]. 李大圣,吳福偉,孫俊,金林.  微波學報. 2018(04)
[8]蝶形天線增強的共振隧穿二極管太赫茲探測器研究[J]. 李金倫,崔少輝,張振偉,倪海橋,牛智川.  中國激光. 2018(08)
[9]高速太赫茲探測器[J]. 張真真,黎華,曹俊誠.  物理學報. 2018(09)
[10]基于AlGaN/GaN場效應晶體管的太赫茲焦平面成像傳感器[J]. 羅木昌,孫建東,張志鵬,李想,申志輝,王穎,陳紅兵,董緒豐,張金峰,陳揚,周建勇,秦華.  紅外與激光工程. 2018(03)

博士論文
[1]場效應晶體管太赫茲混頻探測器的場耦合機制和結(jié)構(gòu)研究[D]. 李想.中國科學技術大學 2018
[2]W波段焦平面陣列被動成像前端關鍵技術研究[D]. 陳其科.電子科技大學 2016

碩士論文
[1]CMOS太赫茲探測器研究及電路設計[D]. 楊琪軒.南京大學 2019
[2]Ka波段多波束收發(fā)集成透鏡天線[D]. 嚴海隆.浙江大學 2018
[3]提升成像質(zhì)量的計算光學設計方法研究[D]. 王嬌陽.西安電子科技大學 2017
[4]紅外雙視場變焦光學系統(tǒng)設計[D]. 楊禮.太原理工大學 2013
[5]機載連續(xù)變焦紅外光學系統(tǒng)設計[D]. 李偉.長春理工大學 2011
[6]毫米波成像準光學技術研究[D]. 莊重.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[7]W波段焦平面陣列天線[D]. 舒亮.電子科技大學 2009
[8]矢量衍射理論的比較研究及其應用[D]. 李懷龍.合肥工業(yè)大學 2007
[9]被動毫米波成像技術研究[D]. 紀如霆.南京理工大學 2005



本文編號：3704704