毫米波焦面阵成像新型二元衍射微透镜阵列研究.doc

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1、毫米波焦面阵成像新型二元衍射微透镜阵列研究　　1引言　　基片集成透镜天线阵是将天线阵集成在基片透镜背面，天线阵元可以有不同的形式，如贴片天线、缝天线及蝶形天线等。天线阵可以是线阵也可以是面阵。来自目标的电磁波经过物镜后再经过基片透镜汇聚到天线阵上。因基片集成透镜具有可以消除微带天线表面波、增加机械强度等优点，在毫米波段得到了较为广泛的应用。　　相比于普通的基片集成透镜，微透镜阵列更具有如下优点：减小阵元之间的互耦、提高成像系统的分辨率、为后面电路留下更多的空间……。本文把微透镜阵列应用到毫米波焦面阵成像中，除了常规的折射式微透镜阵列外，还提出一种便于

2、加工的衍射式微透镜阵列。　　　　2光路图　　优化物镜和折射式微透镜阵列组合光路图如图1所示。假定一线极化波以角度入射到物镜上，经优化物镜汇聚，再经微透镜折射最后汇聚到微透镜焦面上。在图1中，入射角度分别为和，由图可知，不同角度的入射波，最后汇聚于不同微透镜的焦面上。　　物镜参数同文献［5］：直径为124mm，焦距为206.5mm，折射率为1.449（Teflon）。微透镜为Teflon扩展半球透镜，其半径为4.5mm，扩展长度为5mm。两相邻微透镜中心间距为10mm。入射波频率为94GHz。　　　　图1优化物镜和折射微透镜组合光路图　　　　3CST仿

3、真分析　　衍射式微透镜及馈源天线如图2所示。图a，衍射式微透镜由介质底座和两个圆柱体构成。大小圆柱体半径的设计使得入射波到达衍射透镜后能够衍射相干，最后汇聚到微透镜的中心。最后计算所得的介质底座的高度为5mm，大小圆柱体的半径分别为4.5mm和3.0mm。馈源天线为矩形微带贴片天线，介质底板为厚度0.127mm介电常数为2.2的Duriod5880。　　　　（a）　　　　（b）　　图2衍射式微透镜及馈源天线　　折射式和衍射式微透镜天线CST仿真所得的S11参数及E面和H面方向图如图3所示。由图可知，衍射式微透镜辐射性能与折射式微透镜辐射性能相接近。考

4、虑到衍射式微透镜仅由两个圆柱体所构成，加工制作较为容易，因此，我们可以用衍射式微透镜来代替传统的折射式微透镜。　　　　（a）　　　　（b）　　　　（c）　　图3微透镜天线S11及方向图