太赫兹准光单脉冲和差网络技术研究.pdfVIP

摘要

摘要

单脉冲技术是通信与雷达系统研究的重点内容之一，其可以利用和差网络生

成和差波束，在单个雷达脉冲内得到探测目标的距离和角坐标信息，达成波束指

向控制与跟踪的目的，是在微波频段应用最为广泛的跟踪体制。而在太赫兹频段，

基于传统传输线结构的单脉冲和差网络面临结构尺寸缩小带来的损耗增大、加工

困难等问题。近年来，准光波束波导以其天然的低插损特性成为了太赫兹单脉冲

和差网络设计与制作的首选结构，然而基于准光技术的太赫兹单脉冲和差网络研

究还存在着诸如工作频带窄、和差辐射特性差、系统传输效率低、加工难度高等

问题。本文以解决上述问题为研究导向，针对准光和差网络中的各个关键环节提

出更优良的设计方案，势必将推动准光单脉冲技术的发展和实用化进程。

论文的主要工作和贡献如下：

1.对基于石英介质的准光和差比较器进行了深入研究。综合考虑多方面因素，

选择结构简单、损耗低、分束效果优良的石英介质分束器作为3dB分束器；构建

传输线模型，在理论层面分析和设计了石英介质分束器，能够实现高斯波束的透

射波束与反射波束等幅且相位差90度的理想分束效果。结合宽频带理论光路和

石英介质分束器，最终构建了基于石英介质的准光和差比较器的理论模型。

2.进一步探索基于石英介质的二维准光和差网络。通过分析石英介质分束器

无法用于构建二维准光和差网络的原因，提出在准光和差比较器的级联过程中加

入准光极化旋转器的新设想。后经过理论计算和仿真设计，得到一种宽频带、高

极化转换效率且结构简单的准光极化旋转器。最终构建出了基于石英介质的二维

和差网络理论模型。

3.研究太赫兹准光单脉冲和差网络的高效率馈源和反射式波束修正技术。采

用模匹配技术设计了一种高斯基模耦合效率高、易加工的光壁变半径喇叭；通过

设计椭球面镜结构改高斯波束的束腰半径，降低和差网络输入端口的波束损耗；

为解决和差网络输出波束远场图出现栅瓣的问题，采用反射式相位修正技术，结

合迭代优化算法，赋形双反射式修正镜面，输出波束的辐射特性得到了大幅优化。

4.完成太赫兹准光单脉冲和差网络的仿真验证工作。仿真结果表明，在设计

频带330GHz-350GHz内，和差波束副瓣电平低于-17dB，零深小于-29dB，和

差网络各通道传输效率均大于64%。

关键词：太赫兹，单脉冲，准光技术，石英介质，和差网络

I

ABSTRACT

ABSTRACT

Monopulsetechnologyisoneofthekeycontentsofcommunicationandradar

systemresearch.Itcanusethesum-differencenetworktogeneratesum-difference

beams,obtainthedistanceandangularcoordinateinformationofthedetectedtargetina

singleradarpulse,andachievethepurposeofbeampointingcontrolandtracking.Itis

themostwidelyusedtrackingsysteminthemicrowavefrequencyband.Intheterahertz

band,thesingle-pulsesum-differencenetworkbasedonthetraditionaltransmissionline

structurefacestheproblemsofincreasedlossandprocessingdifficultiescausedbythe

reductionofstructuralsize.Inrecentyears,thequasi-opticalbeam