一、研究目的與意義

5G相關(guān)技術(shù)在近年來(lái)成為了各國(guó)研究人員的一大關(guān)注重點(diǎn)。而5G新引入的毫米波段，對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。而為了更好地滿足對(duì)5G毫米波段測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量距離、電磁環(huán)境、測(cè)量設(shè)備等要求，最早應(yīng)用于微波頻段的緊縮場(chǎng)技術(shù)（CompactAntenna Test Range，CATR）被提出延伸至毫米波頻段。本研究項(xiàng)目是在上述研究背景下，對(duì)應(yīng)用于適用于5G的毫米波頻段的緊縮場(chǎng)的可行性以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。

1.1

隨著對(duì)天線與雷達(dá)目標(biāo)特性研究的不斷深入，尤其是電大尺寸目標(biāo)與天線、超低副瓣天線以及目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別的研究發(fā)展，人們對(duì)測(cè)量的要求也在不斷提高，主要表現(xiàn)在測(cè)量距離、電磁環(huán)境、測(cè)量設(shè)備三個(gè)方面。首先，為保證天線與目標(biāo)特性測(cè)量的客觀、準(zhǔn)確，測(cè)量必須在一個(gè)滿足遠(yuǎn)區(qū)條件的場(chǎng)地中進(jìn)行。

在通信和雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)際工作條件下，接收天線或者雷達(dá)需要探測(cè)的目標(biāo)與發(fā)射天線的距離往往遠(yuǎn)大于天線口徑和天線的電尺寸，即接收天線或目標(biāo)處于發(fā)射天線遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的一個(gè)很小的局部區(qū)域，此時(shí)發(fā)射天線輻射至接收機(jī)或者目標(biāo)處的電磁波非常接近于均勻平面波。為保證測(cè)量條件與實(shí)際工作條件接近，理想測(cè)量場(chǎng)地應(yīng)能保證均勻平面波照射待測(cè)天線或目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，高增益、低副瓣的天線測(cè)量，高精度的電大尺寸目標(biāo)特性測(cè)量，所要求的遠(yuǎn)區(qū)距離也就越大。第二，為保證足夠的測(cè)量精度，應(yīng)使測(cè)量場(chǎng)地反射波和外界輻射源的影響降低到最低限度，測(cè)量對(duì)電磁環(huán)境的要求較高。

如果可能，都應(yīng)使測(cè)量在電波無(wú)回波屏蔽室內(nèi)完成，這將非常可能導(dǎo)致遠(yuǎn)區(qū)距離需求與室內(nèi)有限空間之間的矛盾。第三，測(cè)量設(shè)備應(yīng)該能夠提供不同極化狀態(tài)、寬頻帶的幅度和相位信息，并且具有足夠的精度和較高的測(cè)量效率。緊縮場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)能滿足天線與目標(biāo)特性測(cè)量的測(cè)量距離、電磁環(huán)境、測(cè)量設(shè)備三方面要求。對(duì)緊縮場(chǎng)技術(shù)的深入研究與測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)成為天線測(cè)量、目標(biāo)特性測(cè)量以及電磁兼容測(cè)量技術(shù)研究領(lǐng)域的前沿課題。

圖1 天線場(chǎng)區(qū)劃分及不同場(chǎng)區(qū)方向圖示意

圖1給出了天線場(chǎng)區(qū)的劃分以及對(duì)應(yīng)的方向圖示意。理想的測(cè)量場(chǎng)地應(yīng)該滿足均勻平面波條件，即等相位面是一個(gè)平面，并且在電磁波傳播的方向上沒(méi)有幅度衰減。天線的方向圖、增益、極化等電參數(shù)測(cè)量是在滿足遠(yuǎn)區(qū)距離條件的外場(chǎng)進(jìn)行的。根據(jù)天遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件可知，當(dāng)目標(biāo)尺寸D很大而波長(zhǎng)很短時(shí)，測(cè)試距離R必須很大，有些天線的最小測(cè)試距離可能需要幾公里乃至幾十公里，實(shí)際中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外，外場(chǎng)測(cè)試還存在受氣候影響大、保密性差、背景電平高等缺點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，20世紀(jì)90年代以后，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注緊縮場(chǎng)（CompactAntenna Test Range， CATR）技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

它采用精密的反射面，配合饋源的合理照射，可在近距離上獲得較為理想的均勻平面波，從而滿足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試要求。緊縮場(chǎng)已成為是天線測(cè)量的重要手段，但緊縮場(chǎng)研制難度很大，其性能會(huì)影響到測(cè)試的精度和可靠性。

緊縮場(chǎng)系統(tǒng)主要由緊縮場(chǎng)天線和微波暗室兩部分組成，根據(jù)緊縮場(chǎng)天線的不同，緊縮場(chǎng)系統(tǒng)可分為三種基本類型：反射面型、透鏡型、全息緊縮場(chǎng)。相對(duì)于外場(chǎng)和微波暗室內(nèi)近場(chǎng)，緊縮場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)主要有三：一、緊縮場(chǎng)產(chǎn)生的平面波將聚集在平行波束內(nèi)，暗室內(nèi)四個(gè)側(cè)壁的照射電平很低，從而降低了對(duì)暗室的要求。二、室內(nèi)緊縮場(chǎng)保密性好，室內(nèi)緊縮場(chǎng)受氣候境影響小，改善了測(cè)試條件，提高了RCS測(cè)試效率。三、緊縮場(chǎng)工作頻率很寬，可以滿足毫米波和亞毫米波測(cè)試要求。

1.2暗室技術(shù)簡(jiǎn)介

暗室（AnechoicChamber）技術(shù)是上世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)美國(guó)麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室的工作人員將海綿浸入石墨水中，充分?jǐn)D壓，使海綿中吸入足量的石墨水，而后將其中的水分烘干，這樣石墨粉末便充滿了整個(gè)海綿；再將其用高溫細(xì)線切割成角錐形，從而構(gòu)成了最初的吸波材料；最后將該材料貼在房間的墻壁上，這就構(gòu)成了第一個(gè)微波暗室。

所謂的微波暗室，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是通過(guò)在擬作暗室的房間內(nèi)壁上鋪設(shè)無(wú)線電吸收材料，使墻壁反射減少到最低程度，從而在房間內(nèi)部出現(xiàn)一個(gè)幾乎無(wú)回波、近似“自由空間”的區(qū)域，以便對(duì)各種類型的無(wú)線電系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，尤其是對(duì)天線參數(shù)的測(cè)試和對(duì)雷達(dá)目標(biāo)散射特性的測(cè)量等。

微波暗室的作用是顯而易見(jiàn)的，有了這個(gè)設(shè)施，就可以大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)備自動(dòng)化，無(wú)論在任何天氣條件下進(jìn)行測(cè)試都不受影響，而且測(cè)量精度比較理想。

在微波暗室中，最關(guān)注的就是其靜區(qū)的性能。所謂“靜區(qū)”，就是指暗室內(nèi)受各種雜波干擾最小的特定測(cè)試區(qū)域。靜區(qū)的形狀、大小及性能主要是由暗室的類型、大小、工作頻率及吸波材料的性能等因素決定的；靜區(qū)的優(yōu)劣乃是衡量微波暗室性能的主要指標(biāo)。而微波暗室的性能如何，則對(duì)緊縮場(chǎng)系統(tǒng)具有直接影響。

在設(shè)計(jì)暗室時(shí)，可以設(shè)定各種不同的邊界條件，對(duì)尖劈的高度、頂角、吸波材料及暗室的長(zhǎng)、寬、高和入射角的變化等參數(shù)加以改變和優(yōu)化，得出一系列靜區(qū)大小的數(shù)據(jù)，再根據(jù)不同的要求，選擇不同性能和形狀的材料，就可以篩選出暗室設(shè)計(jì)的最佳方案。

二、緊縮場(chǎng)的各類系統(tǒng)介紹

在緊縮場(chǎng)系統(tǒng)中，可以利用電磁波的折射、反射和衍射，借助于反射面、透鏡或者全息技術(shù)來(lái)獲得滿足測(cè)量要求的近似均勻平面波照射，以達(dá)到縮短測(cè)量距離目的。緊縮場(chǎng)中用于形成近似均勻平面波的透鏡或者反射面、全息片等裝置及其安裝所需的附屬物構(gòu)成準(zhǔn)直器（Collimator）。準(zhǔn)直器必須和經(jīng)過(guò)良好設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)校的饋源一起工作。

緊縮場(chǎng)建造過(guò)程中，必須采取措施削弱準(zhǔn)直器本身繞射、環(huán)境反射、外部干擾等因素對(duì)近似均勻平面波區(qū)域的擾動(dòng)。緊縮場(chǎng)中受擾動(dòng)較少、滿足測(cè)量要求的近似均勻平面波區(qū)域也被人們形象地稱為靜區(qū)。緊縮場(chǎng)測(cè)量是一種等效的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)測(cè)量，但待測(cè)天線或目標(biāo)并不處于準(zhǔn)直器和饋源組成的等效天線的遠(yuǎn)區(qū)，而是處于輻射近區(qū)（Fresnel區(qū)）。由于饋源和準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)的多樣性，進(jìn)行天線輻射近區(qū)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一表述是困難的，但可以從下面三點(diǎn)來(lái)理解緊縮場(chǎng)的輻射近區(qū)中存在近似均勻平面波區(qū)域：

首先，饋源與準(zhǔn)直器之間的距離滿足饋源的遠(yuǎn)區(qū)距離條件，在這個(gè)距離條件下饋源的空間場(chǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)是遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)，表現(xiàn)為輻射電磁波。

其次，準(zhǔn)直器的良好設(shè)計(jì)使得準(zhǔn)直器將饋源的輻射電磁波轉(zhuǎn)化為均勻平面電磁波，能在與準(zhǔn)直器一定的縱向距離范圍內(nèi)形成具有足夠大橫截面尺寸的靜區(qū)。

第三，饋源與準(zhǔn)直器的良好設(shè)計(jì)與裝配使得二者間不存在影響靜區(qū)性能的互耦或者互耦非常微弱。

緊縮場(chǎng)通常建立在暗室內(nèi)，吸波材料的運(yùn)用可以降低墻壁的背景反射電平，改善靜區(qū)性能。有的無(wú)回波室為了達(dá)到保密和減少外界干擾的目的，還在墻壁內(nèi)鋪設(shè)了屏蔽網(wǎng)，從而使得無(wú)回波室可以很好地滿足天線、目標(biāo)特性、電磁兼容等各種電磁測(cè)量需求。

2.1 反射面緊縮場(chǎng)

2.1.1 反射面緊縮場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)實(shí)現(xiàn)近似均勻平面波的方式的不同，緊縮場(chǎng)系統(tǒng)可分為三類：反射面緊縮場(chǎng)、介質(zhì)透鏡緊縮場(chǎng)和全息緊縮場(chǎng)。其中反射面緊縮場(chǎng)是至今技術(shù)發(fā)展最成熟的一種緊縮場(chǎng)，也是常規(guī)微波波段應(yīng)用最廣泛的一類緊縮場(chǎng)，它的通用性和先進(jìn)性已得到了全世界范圍的公認(rèn)。因此，這里也著重闡述反射面緊縮場(chǎng)的設(shè)計(jì)。

根據(jù)副反射面數(shù)量的不同，反射面緊縮場(chǎng)可以分為單反射面緊縮場(chǎng)和多反射面緊縮場(chǎng)，而反射面的形狀可以是柱面或者旋轉(zhuǎn)拋物面等。圖2給出了單反射面緊縮場(chǎng)示意圖，圖3-6給出了多反射面緊縮場(chǎng)示意圖。

圖2 單反射面緊縮場(chǎng)

圖3 雙柱面緊縮場(chǎng)

圖4 格利高里緊縮場(chǎng)

圖5 卡塞格倫緊縮場(chǎng)

圖6 三反射面緊縮場(chǎng)

2.1.2 反射面的口徑設(shè)計(jì)以及邊緣繞射

反射面對(duì)靜區(qū)性能影響的主要因素有兩個(gè)——表面精度和邊緣結(jié)構(gòu)，其中表面精度主要影響頻率高端的靜區(qū)性能，對(duì)反射器表面精度的一般要求為起伏均方根不超過(guò)（為最高頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)），而邊緣結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的繞射會(huì)影響全頻帶的靜區(qū)性能，并對(duì)頻率低端的靜區(qū)性能起決定性作用。為了獲得要求的靜區(qū)場(chǎng)分布，需要對(duì)反射面形狀和照射場(chǎng)分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)場(chǎng)等效原理，這一問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為對(duì)其口徑等效源輻射近場(chǎng)的分析和計(jì)算。

口徑優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括兩方面內(nèi)容，一方面是口徑整體形狀和邊緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和處理，另一方面是口徑場(chǎng)分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其基本原理是通過(guò)使電磁波在邊緣的能量分布逐漸降低，或使邊緣繞射方向分散、偏離，以達(dá)到減少邊緣繞射波對(duì)靜區(qū)擾動(dòng)的目的。

口徑輻射的近區(qū)空域場(chǎng)形成不均勻的空間駐波分布，在頻率改變時(shí)，空域場(chǎng)分布隨之改變。為了考察口徑設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，常規(guī)方法是在多個(gè)頻率下比較空間駐波的峰峰值或RMS值，并在全頻段進(jìn)行綜合，工作量較大。而且由于這些指標(biāo)只反映了多種繞射場(chǎng)并存條件下的總場(chǎng)變化，并沒(méi)有建立起與某一類型繞射場(chǎng)的直接關(guān)系，因而不能有針對(duì)性地指導(dǎo)和改進(jìn)設(shè)計(jì)。

根據(jù)繞射理論，有限尺寸口徑可以看作是由口徑面和邊緣組成，口徑輻射近場(chǎng)可以認(rèn)為是口徑面的直接輻射場(chǎng)和邊緣繞射場(chǎng)的疊加。在近場(chǎng)區(qū)?？趶降母鱾€(gè)等效場(chǎng)源中心在時(shí)域具有不同的特征。具體表現(xiàn)為等效源中心到觀察點(diǎn)的距離不同。因而各繞射波到達(dá)觀察點(diǎn)的時(shí)刻不同。利用這種場(chǎng)的時(shí)域特征，可以將口徑直達(dá)波及各種繞射波成分在時(shí)域上分離，并進(jìn)行定量描述，這為指導(dǎo)口徑設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。

口徑設(shè)計(jì)需要考慮的基本問(wèn)題有：口徑的擴(kuò)散效應(yīng)、整體形狀、口徑場(chǎng)錐削。

（1）口徑擴(kuò)散效應(yīng)

口徑擴(kuò)散效應(yīng)表現(xiàn)為，隨著觀察面到口徑距離增大，口徑邊緣繞射波和口徑面直達(dá)波到觀察點(diǎn)距離趨于一致，口徑利用率逐漸降低。良好的緊縮場(chǎng)口徑設(shè)計(jì)應(yīng)該保證靜區(qū)主波和繞射波在時(shí)域上有良好的隔離，主波電平分布均勻，邊緣繞射電平低。

（2）整體形狀

整體形狀指口徑整體外形的輪廓。口徑整體形狀對(duì)靜區(qū)場(chǎng)有較大影響，常用的緊縮場(chǎng)反射面口徑外形輪廓有圓形和方形兩種。方口徑中心軸線上邊緣繞射波影響要遠(yuǎn)小于圓口徑，因而比較適合用于緊縮場(chǎng)設(shè)計(jì)。方口徑在水平和豎直方向都能獲得較理想的場(chǎng)性能，并且相對(duì)于圓口徑不會(huì)在軸線上出現(xiàn)較大的駐波起伏。

（3）口徑場(chǎng)錐削

為了抑制或消除口徑邊緣繞射在近場(chǎng)區(qū)的影響，一般將口徑場(chǎng)設(shè)計(jì)成從中心到邊緣呈錐削分布。在緊縮場(chǎng)設(shè)計(jì)中，不僅要消除口徑邊緣繞射對(duì)近區(qū)場(chǎng)的影響，而且要使近場(chǎng)區(qū)場(chǎng)幅度呈均勻分布。這就要求盡量減少口徑場(chǎng)錐削度，與降低繞射場(chǎng)電平的要求形成矛盾，為此，可采用一種基于多項(xiàng)式設(shè)計(jì)的理想連續(xù)錐削分布。

在緊縮場(chǎng)工程設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)對(duì)饋源方向圖的設(shè)計(jì)，使反射面口徑場(chǎng)呈一定錐削分布，但很難實(shí)現(xiàn)理想的連續(xù)錐削。為此，一般將反射面邊緣設(shè)計(jì)成如圖8所示的鋸齒形狀，使口徑場(chǎng)呈現(xiàn)等效的連續(xù)錐削。鋸齒設(shè)計(jì)難以達(dá)到理想連續(xù)錐削設(shè)計(jì)效果，但要優(yōu)于均勻分布的圓口徑和方口徑。在緊縮場(chǎng)工程中，針對(duì)具體要求，可以對(duì)邊齒參數(shù)進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，如調(diào)整邊齒個(gè)數(shù)、齒間距離等，以期獲得更好的結(jié)果。

（a）直角直邊齒

（b）直角曲邊齒

圖7 反射面邊緣形狀

實(shí)際上，反射面邊緣類型有刀形邊緣、鋸齒邊緣、卷繞邊緣三種，如圖8所示，它們對(duì)靜區(qū)產(chǎn)生的影響也不一樣。

圖8 邊緣繞射示意圖

圖8（a）是刀形邊緣示意，這種邊緣產(chǎn)生的繞射在垂直于邊緣的平面上最強(qiáng)，將對(duì)靜區(qū)性能造成嚴(yán)重影響。這種邊緣出現(xiàn)在早期的緊縮場(chǎng)準(zhǔn)直器上，現(xiàn)在個(gè)別大口徑時(shí)域緊縮場(chǎng)系統(tǒng)的準(zhǔn)直器上仍然可以看見(jiàn)。

圖8（b）是鋸齒形邊緣示意，由于鋸齒的傾斜，繞射線被斜邊引導(dǎo)偏離靜區(qū)，所以鋸齒邊緣可以改善靜區(qū)平面波質(zhì)量。這種邊緣設(shè)計(jì)的研究比較深入，也是當(dāng)前最常用的緊縮場(chǎng)邊緣。

圖8（c）是卷繞邊緣示意，卷繞設(shè)計(jì)延伸了反射面，邊緣終止前經(jīng)歷一段漸進(jìn)變化區(qū)，使得繞射射線指向靜區(qū)以外的其他方向。卷繞邊緣設(shè)計(jì)被用于高頻段的準(zhǔn)直器上，雖然它從原理上講具有很大的優(yōu)勢(shì)，但其設(shè)計(jì)復(fù)雜，制作工藝更是困難，因而沒(méi)有被用于大型、寬帶的緊縮場(chǎng)中。

2.1.3 反射面緊縮場(chǎng)靜區(qū)的干擾源及分析方法

在緊縮場(chǎng)電氣測(cè)試調(diào)整中，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是有效地排除或控制干擾源對(duì)靜區(qū)場(chǎng)的擾動(dòng)。靜區(qū)干擾波泛指除反射面反射主波以外所有通過(guò)其它路徑到達(dá)靜區(qū)的電磁波。如圖9所示，靜區(qū)內(nèi)的干擾場(chǎng)主要來(lái)自于以下幾個(gè)方面：

（1）饋源—》靜區(qū)觀察點(diǎn)；

（2）饋源—》反射面邊緣（縫隙）—》靜區(qū)觀察點(diǎn)；

（3）饋源—》暗室四壁和地面測(cè)試支架等—》靜區(qū)觀察點(diǎn)；

（4）饋源—》障礙物—》反射面—》靜區(qū)觀察點(diǎn)；

（5）系統(tǒng)其它多次反射和耦合—》靜區(qū)觀察點(diǎn)。

圖9 靜區(qū)干擾源示意圖

緊縮場(chǎng)靜區(qū)場(chǎng)不是準(zhǔn)直器的口徑場(chǎng)，更不是準(zhǔn)直器天線的遠(yuǎn)場(chǎng)，因此既不能采用簡(jiǎn)單的口徑場(chǎng)計(jì)算方法，也不能采用遠(yuǎn)場(chǎng)近似。在低頻區(qū)域，尚可采用矩量法、有限元法、時(shí)域有限差分法等數(shù)值計(jì)算方法較為精確地分析靜區(qū)性能，但此時(shí)緊縮場(chǎng)的建設(shè)必要性不大，因?yàn)樵凇熬o縮”的空間內(nèi)很難得到可用的靜區(qū)，而這時(shí)又可以使用常規(guī)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)。

在高頻區(qū)域使用嚴(yán)格的解析方法或者數(shù)值計(jì)算方法來(lái)求解饋源和龐大的、帶有復(fù)雜邊緣結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)直器曲面所共同確定的邊值問(wèn)題至少在現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)技術(shù)條件下看來(lái)是不現(xiàn)實(shí)的，因此必須對(duì)物理模型作出合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化。這些假設(shè)和簡(jiǎn)化主要有兩種：

第一，物理光學(xué)近似，即在饋源的場(chǎng)結(jié)構(gòu)已知，且反射面對(duì)饋源特性沒(méi)有影響的前提下，靜區(qū)場(chǎng)近似為饋源在反射面上的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的場(chǎng)，這種近似對(duì)應(yīng)了物理光學(xué)法。物理光學(xué)法是一種直接積分的方法，它在準(zhǔn)直器曲率半徑較大、饋源對(duì)準(zhǔn)直器邊緣照射幅度較小的時(shí)候具有較高的精度，缺陷是由于準(zhǔn)直器尺寸很大、靜區(qū)三維取樣點(diǎn)多，對(duì)應(yīng)積分的計(jì)算需要很長(zhǎng)時(shí)間。

第二，幾何繞射理論，即假定饋源的場(chǎng)結(jié)構(gòu)己知，考慮反射面邊緣繞射場(chǎng)來(lái)取代邊緣截?cái)啾仨殱M足的電流連續(xù)性條件，則靜區(qū)場(chǎng)等于幾何光學(xué)場(chǎng)與邊緣繞射場(chǎng)的疊加。幾何繞射理論的計(jì)算速度快，主要缺陷是射線尋跡困難，這是由于準(zhǔn)直器邊緣通常都經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理造成的。多次繞射的射線尋跡則更加困難，當(dāng)然，由于邊緣的一次繞射對(duì)靜區(qū)的影響是主要的，所以在采用幾何繞射理論分析時(shí)還常常作出忽略多次繞射的近似。

為了更準(zhǔn)確的評(píng)估反射面緊縮場(chǎng)的靜區(qū)性能，通常需要考慮饋源輻射幅度、相位的不均勻性的影響?？梢岳靡恍┑皖l電磁場(chǎng)分析方法，例如矩量法、有限元法、時(shí)域有限差分法等，求出饋源上的電流分布，得到饋源輻射的幅度、相位數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用物理光學(xué)或幾何繞射理論，得出靜區(qū)場(chǎng)的頻域和時(shí)域特性。

2.2 介質(zhì)透鏡緊縮場(chǎng)

反射面緊縮場(chǎng)研究的不斷深入使得該項(xiàng)技術(shù)迅速成熟并得以實(shí)用，但在微波頻率高端的特殊應(yīng)用中，要使反射面精度滿足起伏小于0.01波長(zhǎng)的一般要求，就要付出很高的代價(jià)，此時(shí)介質(zhì)透鏡緊縮場(chǎng)和全息緊縮場(chǎng)就成為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇，透鏡緊縮場(chǎng)、全息緊縮場(chǎng)的待測(cè)對(duì)象和饋源分別處于準(zhǔn)直器的兩側(cè)，因此可以方便地在準(zhǔn)直器周圍放置吸波材料，削弱繞射對(duì)靜區(qū)性能的影響。圖10給出了介質(zhì)透鏡緊縮場(chǎng)的示意圖。

圖10 介質(zhì)透鏡緊縮場(chǎng)示意圖

2.3 全息緊縮場(chǎng)

近十年來(lái)，全息緊縮場(chǎng)技術(shù)由赫爾辛基理工大學(xué)發(fā)展起來(lái)并得以應(yīng)用。當(dāng)頻率高于200GHz時(shí)，全息緊縮場(chǎng)成為很好的選擇，但它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其極化單一和頻帶較窄的固有缺陷，好在它的成本不高，全息片的加工也方便，可以制作不同的全息片來(lái)滿足不同極化和不同頻帶的緊縮場(chǎng)測(cè)量需求，這也使得全息緊縮場(chǎng)的建立相對(duì)反射面和透鏡緊縮場(chǎng)要方便，在毫米波導(dǎo)引頭、衛(wèi)星通信與遙感等領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價(jià)值。圖11給出了全息緊縮場(chǎng)的示意圖。

圖11 基于微波全息技術(shù)的緊縮場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)

根據(jù)已知入射光和需要的出射光，借助計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，設(shè)計(jì)制作全息光柵，從而達(dá)到獲得所需出射光（電磁場(chǎng)）的目的。全息光柵結(jié)構(gòu)分為二元相位和二元幅度光柵結(jié)構(gòu)，相位和幅度傳輸系數(shù)分別為兩組離散的值。比如二元幅度全息光柵，對(duì)輻照在它上面的光要么完全透射（傳輸系數(shù)為1），要么完全阻擋（傳輸系數(shù)為0）。

出射場(chǎng)的相位由全息光柵板上的透射槽的位置和深度決定，而出射場(chǎng)的幅度由透射槽的寬度決定。全息衍射光柵的這種二元結(jié)構(gòu)主要功能就是把各階全息衍射的能量進(jìn)行重新分配組合，設(shè)計(jì)全息衍射光柵的幾何結(jié)構(gòu)，獲取需要的靜區(qū)場(chǎng)。圖12為全息衍射光柵的局部結(jié)構(gòu)截面圖。對(duì)相位全息光柵來(lái)說(shuō)，介質(zhì)基材上凹槽的寬度w和深度h決定出射場(chǎng)相位，對(duì)幅度全息結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，因?yàn)榻橘|(zhì)基上的金屬層的厚度是固定的，所以只需要優(yōu)化蝕刻槽的寬度w即可得到需要的場(chǎng)。

（a）截面圖

（b）正視圖

圖12 全息衍射光柵結(jié)構(gòu)圖

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