一種亞毫米波準光掃描天線結構的FDTD分析

2.2 吸收邊界處理

FDTD計算只能在有限區域進行，因此必須在計算區域的截斷邊界處給出吸收邊界條件。本文使用各向異性介質完全匹配層(UPML)。二維TM波的UPML時域微分方程如式（4）。通過驗證點源與高斯束傳播情形（如圖3，圖4）可以發現吸收效果良好。

(4)

圖3 點源傳播情形

圖4 高斯束傳播情形

3 計算結果分析

凸透鏡口徑30mm，外圓半徑54mm，擴展半球口徑6mm，擴展長度1.5mm，延伸部分外圓弧半徑3.6mm，延伸結構右端口徑0.3mm。波源設置為高斯束，并截斷800個時間步。計算得到各時間步的電磁波傳播狀態如圖5。口徑場分布如圖6，遠區場方向圖如圖7。可以看出，電磁波經過擴展半球沿著延伸結構逐漸引導會聚形成聚束電磁波，經過拋物面和極化扭轉板產生一個銳波束。副瓣電平小于-30dB，半功率波瓣寬度約為1.4º。

圖5 各時間步電磁波傳播情形

圖6 口徑場分布

圖7 遠區方向圖

4 結論

本次設計優化了透鏡參數，使得電磁波能夠很好的會聚形成聚束電磁波，并結合極化扭轉天線進行了整體分析計算，總體性能良好。極化扭轉板的掃描結果仍在繼續計算中。下一步也將對天線的帶寬性能進行分析計算。