一種亞毫米波準光掃描天線(xiàn)結構的FDTD分析

1 引言

掃描天線(xiàn)廣泛應用于各種跟蹤定位雷達系統中。通常的掃描方式分為電掃描和機械掃描。本文分析了一種準光機械掃描天線(xiàn)結構，如圖1。該結構分為兩個(gè)部分，一是透鏡引導部分，其關(guān)鍵是擴展半球延伸結構，該延伸結構是軸對稱(chēng)的。電磁波經(jīng)過(guò)凸透鏡的會(huì )聚入射到擴展半球，通過(guò)擴展半球延伸結構引導會(huì )聚產(chǎn)生聚束電磁波。通常分析透鏡可以使用射線(xiàn)追跡或者時(shí)域有限差分法，本文采用FDTD進(jìn)行分析。第二部分是極化扭轉掃描天線(xiàn)，它由極化扭轉板與刻蝕有柵條的拋物反射面組成。拋物面是由一種低耗介質(zhì)加工成型的，真空鍍膜后再用光刻腐蝕法加工成相互平行的鍍金銅質(zhì)柵條。該柵條與初級饋源輻射電場(chǎng)的極化方向一致，故拋物面柵條將入射波反射回扭轉極化反射器。極化反射器再將入射波的極化方向旋轉90°，然后穿過(guò)拋物面發(fā)射出去，其結構如圖2。首先編寫(xiě)對稱(chēng)結構的二維FDTD程序，觀(guān)察電磁波在擴展半球引導裝置中的傳播過(guò)程，對引導裝置參數進(jìn)行分析優(yōu)化；其次加入天線(xiàn)部分對整個(gè)系統進(jìn)行FDTD分析，根據口徑場(chǎng)積分得到遠區場(chǎng)，最后編寫(xiě)極化扭轉板掃描一定角度的二維FDTD程序，計算其掃描特性。給出系統總體評估。

2 FDTD基本理論

2.1 FDTD迭代公式

FDTD(時(shí)域有限差分法)以Yee元胞為空間電磁場(chǎng)離散單元，將麥克斯韋旋度方程轉化為差分方程，在時(shí)域進(jìn)行數值計算，能處理十分復雜的電磁問(wèn)題，并具有很好的穩定性和收斂性。在各向同性線(xiàn)性媒質(zhì)中，二維TM波FDTD迭代公式^[2]如式(1)-（3）。其中各參數定義可參考文獻。

圖1 天線(xiàn)整體結構圖

圖2 極化扭轉天線(xiàn)

(1)

(2)

(3)