毫米波无衍射波束及其在毫米波无损检测成像中的应用研究

本项目以毫米波无衍射波束为研究对象，采用理论推导、仿真设计与实验相结合的方式开展研究。揭示毫米波段无衍射贝塞尔波束和马丢波束的传播规律，特别是TMo模贝塞尔波束和eTMo模马丢波束的矢量传播特性；掌握在毫米波段产生无衍射波束的方法，设计在W波段将高斯波束高效率地转换为准TMo模贝塞尔波束的二元衍射透镜和转换为准eTMo模马丢波束的衍射透镜，实现W波段无衍射波束的产生与接收，验证理论推导和设计方法；建立采用毫米波无衍射波束的透射式和反射式成像系统，将TMo模贝塞尔波束和eTMo模马丢波束应用于毫米波无损检测成像，开展毫米波成像实验研究，分析不同目标对无衍射波束的散射特性，使毫米波无衍射波束的介质无损检测成像图像分辨率达到3mm量级。本项目研究工作不仅将完善毫米波无衍射波束的理论，同时也为毫米波无衍射波束在毫米波无损检测成像中的应用奠定基础。

本项目采用理论推导、仿真设计与实验相结合的方式,对毫米波无衍射波束的特性及其应用进行了研究，完成了项目研究内容，实现了研究目标，主要研究成果包括：详细推导了毫米波无衍射贝塞尔波束和马丢波束的传播规律，特别分析了TMo 模贝塞尔波束和eTMo模马丢波束的矢量传播特性；设计了在W 波段将高斯波束高效率地转换为准TMo 模贝塞尔波束的透镜和转换为准eTMo模马丢波束的衍射透镜；提出一种四孔移相单元，设计了将高斯波束转换为贝塞尔波束的移相透镜，降低了波束变换透镜的加工难度；搭建了在毫米波段产生无衍射波束的实验平台，实验测试得到了贝塞尔波束，验证理论推导和设计方法的正确性；建立采用毫米波无衍射波束的成像系统，将TMo 模贝塞尔波束应用于毫米波无损检测成像，开展了毫米波成像实验研究，使毫米波无衍射波束在检测成像中的图像分辨率达到了1～2mm。同时，项目还对太赫兹波束的成像技术展开了拓展研究，搭建了太赫兹反射式成像系统，达到了较好的成像效果。本项目研究的成果不仅完善毫米波无衍射波束理论，同时也为无衍射波束在毫米波亚毫米波成像中的应用奠定了一定的基础。