辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展

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关于散射成像的文章

关于散射成像的文章散射成像是一种非侵入式的成像技术，可以用于研究材料的内部结构和性质。

它通过对样品所散射的信号进行探测和分析，得出样品内部的图像信息。

在本文中，我们将介绍散射成像技术的基本原理、实验步骤和应用前景。

一、散射成像的基本原理散射成像的原理基于样品中的成分和结构不同，使其对入射光产生不同的散射行为。

这可以通过测量样品所发出的散射光强度来观察到。

当样品受到光辐射时，其成分和结构对光线的反射和散射影响光线的传播。

经过多次散射后，这些光线构成了样品发出的散射光。

散射光的光学性质与样品结构、光线的波长和入射角度有关，因此可以通过调整光源角度和探测器位置来实现散射成像。

二、散射成像的实验步骤散射成像的实验步骤可以分为光学排布、样品制备、数据采集和处理等几个方面。

1.光学排布：选择合适的光源和探测器，配合设计出合适的光路排布，使得光从光源发射到样品，再由样品发出的散射光被探测到。

2.样品制备：根据需要制备样品，并根据光源和探测器的位置，将样品置于特定的位置，并留出一定的空间进行控制。

3.数据采集：调整光源和探测器的角度，分别测量一定角度范围内的散射光强度，得到散射光的分布情况。

4.数据处理：利用计算机进行图像处理，将采集到的散射光数据转换为成像结果，并进行分析和解释。

三、散射成像的应用前景散射成像技术具有广泛的应用前景，特别是在材料科学和生物科学领域。

它可以帮助人们了解材料和生物体的内部结构和变化，探索物质的性质和功能。

例如，利用散射成像技术可以研究金属材料的微观结构、生物细胞的形态和浓度分布、纳米颗粒的尺寸和分布等等。

此外，散射成像技术还可以用于制药、环境监测、光学通讯等领域。

总之，散射成像技术作为一种非侵入式的成像技术，具有很高的应用价值。

它通过测量样品发出的散射光信号，可实现对材料和生物组织内部结构和性质的分析和解读。

随着该技术的不断进步和发展，我们相信将有更多的应用和成果涌现。

辐射近场测试

辐射近场测试辐射近场测试是指对电子设备或电磁场产生的电磁波辐射进行测量和评估，以确定是否符合相关的辐射标准和限值。

该测试可以用来评估设备的辐射性能，保证设备在正常使用过程中对用户的健康和安全没有危害。

辐射近场测试通常包括以下几个步骤：1. 测试准备：确定测试场地和测试设备，并按照相关的测试标准和要求进行准备。

测试场地应具备良好的屏蔽性能，以确保测量结果的准确性。

2. 测试设备设置：将待测设备放置在测试场地的固定位置，并将测试设备与辐射源（如无线电台、基站等）之间建立连接或通信。

3. 测量参数设置：根据测试要求，设置测量仪器的参数，包括频率范围、功率范围、测量时间等。

4. 测试测量：启动测量仪器，进行辐射近场测试。

通过测量仪器对待测设备周围的电磁辐射进行测量，并记录测量数据。

5. 数据分析与评估：根据测量数据，对待测设备产生的辐射进行分析和评估。

将测量结果与相关的辐射标准和限值进行比较，以确定设备是否符合要求。

6. 结果报告：根据测试结果，编制测试报告，包括测试方法、测试仪器、测试参数、测量数据、数据分析和评估等内容。

报告可以用于设备的质量控制、合规认证等用途。

辐射近场测试是一项重要的测试工作，对保障电子设备的辐射安全具有重要意义。

通过对设备的辐射进行准确测量和评估，可以避免设备产生过高的辐射量，对人体健康和环境造成危害。

同时，辐射近场测试也是对设备性能和质量的一项重要评估指标，可以帮助电子设备制造商不断改进产品设计和生产工艺，提高产品竞争力。

总之，辐射近场测试对于电子设备的安全性和合规性非常重要。

通过进行准确有效的测试，可以保证设备的辐射安全性，保护用户的健康和安全。

近代显微成像技术的研究进展与应用

近代显微成像技术的研究进展与应用狄伶【摘要】The development of microscope imaging technology was introduced, and the imaging principle and application of fluorescence microscopy, confocal microscopy and super-resolution microscopy were outlined. The technology of stimulated emission depletion (STED) was clarified in the super-resolution microscopy. With the rapid development of computer technology and photo-electricity technology, a new generation of microscopy of living cells is developed, and cells tracking, real-time observation, 3D reconstruction, fluorescence quantification and four-dimensional dynamic analysis can be carried out at molecular and ion levels.%本文简述显微成像技术的发展历史,介绍荧光成像、共聚焦显微成像和超分辨显微成像技术的工作原理及应用.超分辨显微成像技术中主要介绍受激发射损耗技术.随着计算机技术和光电技术的飞速发展,新一代显微成像技术对活细胞微观生命活动实现了分子和离子水平的形态定位、实时动态观察、三维结构重组、荧光定量分析和四维动态分析.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2018(033)002【总页数】4页(P107-110)【关键词】显微成像技术;共聚焦显微镜;受激发射损耗;超分辨显微成像技术【作者】狄伶【作者单位】上海交通大学分析测试中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TH74引言显微成像技术是一种借助物理方法观察微小物体的技术手段，它的发展与物理学领域对光的认识密不可分。

低温散射式近场光学显微镜的研发

低温散射式近场光学显微镜的研发刘凡微;陈思丹;张嘉未;陈欣中;毛寒青;黄思思;陈曦【期刊名称】《电子显微学报》【年(卷),期】2022(41)6【摘要】散射式扫描近场光学显微镜(s-SNOM)是现代光学技术的重要分支。

s-SNOM突破了衍射极限,在红外和太赫兹波段实现了纳米尺度成像。

目前市面上商用的s-SNOM大多适合在常温常压环境下使用。

而很多具有新奇物性的材料需要低温的测试环境。

本文作者设计并搭建了一套采用液氦杜瓦维持低温环境的超高真空近场光学显微镜。

该系统基于原子力显微镜(AFM),可以同时获得样品的形貌和近场光学成像。

自制的压电驱动电机用于探针、样品和抛物面镜的位移控制。

作者用标准样品TGQ1评估了s-SNOM的性能,并对NdNiO_(3)薄膜的金属绝缘体相变(MIT)进行红外近场成像。

测量结果展现了该系统在低温下的优异性能。

低温s-SNOM技术能够为NdNiO_(3)等关联氧化物薄膜相变过程提供介观尺度的丰富信息。

【总页数】7页(P627-633)【作者】刘凡微;陈思丹;张嘉未;陈欣中;毛寒青;黄思思;陈曦【作者单位】清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室;美国纽约州立大学石溪分校物理与天文系;中国科学院物理研究所【正文语种】中文【中图分类】TH742;TG115.21【相关文献】1.反射式近场光学显微镜样品近场光分布特性2.散射型近场扫描光学显微镜的探针振动参数优化研究3.太赫兹散射式扫描近场光学显微镜中探针与样品互作用及其影响探究4.倒置式低温光学显微镜5.散射式扫描近场光学显微系统的研制及应用测试因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浅谈电磁辐射测定技术的发展趋势

关键词：电磁辐射；测定技术；辐射源
电磁波作为我们Ｅｔ常生活的一部分，在给予人类生活提供方便定仪有日本协立公司研制的 “ 干扰场强测量仪器” （型号：Ｋ；频带：的同时也造成了电磁波污染。虽然电磁辐射中单个量子的能量较０．１５ — １０００Ｍ；量程１０ — １２０ｄＢｕＶ／ｍ）、德国Ｓ公司研制的 “ 场强一无小，只有１０－６－１０电子伏特／光子，但过大的电磁辐射强度及作用时线电信号自动扫描测量仪” （型号：ＥＳＰ；频带：９Ｋ一１Ｇ）等。在对远场间达到一定值时就会对人的生命活动产生不良的影响。人体本身有区的辐射监测方面，国内重视度不高，只有少量的厂家和研究机构着微弱的电磁场，所有细胞运动都在规定的功能序列内完成相应的对其进行纵向研究，如无线电仪器二厂生产的 “ 干扰场强测量仪” 工作，如果受到外界电磁场的干扰，这种序列可能会被打乱，导致细（型号：ＲＲＩ＼ＲＲ７；频带１０ — １５０Ｋ；量程２４ — １２４ｄＢｕＶ／ｍ）、成都７６６厂研胞的损伤、死亡，甚至是变异。其次，更加值得注意的是电磁场对人制的 “ 广播电视场强测量仪 ” （型号：ＺＮ３９７０；频带：４７ — １２０Ｍ、１６０ — 类活动中正常磁场的干扰，例如，对飞机航行信号、卫星遥测信号２３０Ｍ、４７０ — ８６０Ｍ；量程２０ — １２０ｄＢｕＶ／ｍ）等。等，这些干扰如果程度难以控制就会造成不同程度的代价损失，给３我国电磁辐射测定技术发展趋势人类生活带来隐患，需要引起重视。３．１更加注重测量仪器功能的综合性和灵活性１电磁辐射源由上述关于国内外对近场区和远场区的测量技术的阐述上可辐射源，顾名思义，就是电磁波信号发射或者泄露的来源。在地以看到，以美国为例，其辐射测量系统已经实现近场和远场的双重球上，这种辐射源主要来源于两个方面：一个是自然辐射源，如太精确度，其功能较为全面，且测量范围较为广泛。我国对辐射测量的阳、黑子等；另一个是人为电磁辐射源。这里我们主要讲述人为辐射研究还不足够，目前对两个场区的测量都是以单一功能为主，在场源，可以将其分为以下几个方面：区之间的功能转换尚不可行，在将来，需要投入力量在功能集成化 ①广播电视电磁辐射。这种电磁辐射的特点为大功率、全方位、和场区之间的转化灵活性方面有所研究，例如可以通过对圆形、方定点产生，频率的不同产生的电磁辐射量也不同，广播波段一般有形、一字形天线和测量元件的模块化来实现场区功能的灵活转变中波广播、短波广播以及调频广播等。等。 ②通讯、雷达与导航设备电磁辐射。通讯设备包括发射端，例如３．２更加注重监测系统的智能化和预测功能发射台、通信站、通信基站，传输网络。智能化和预测功能是指对电磁辐射的综合预警功能，这包括对 ③工业、科学以及医学使用的电磁辐射。工业使用的高频炉、塑辐射量的实时监测、数据传输与处理以及对辐射水平的预测和警料焊接机、高频烘干机等；学科上用于研究的超声波设备、微波炉告。这种趋势是由我国的客观情况决定的，我国地域较广、人口和辐等；电力系统电磁辐射发电厂、变电站等架空输电线和地下电缆等射源密度大，然而对电磁辐射的监测网点却不足，无法短时间内解产生电磁辐射；交通系统电力辐射。电气化铁路、地铁以及某些城市决相关技术难题，这就要求需要建立区域性的监测网，通过由规模使用的有轨电车、无轨电车等，这些使用电力的交通系统也能产生较小的监测网点向大规模网点进行数据汇总和分析的方式应对这电磁辐射。种客观局面。因此，必须要求各个网点的自动监测和数据传输的能２国内外电磁辐射测定技术发展现状力强，同时需要有很强的预测功能，来避免因为瞬间的辐射危机而电磁辐射有两个场共同作用，感应场和辐射场，其中感应场又无法有足够的时间启动相关应急响应的局面。称近区场，以感应为主，辐射场又称远区场，以辐射为主。根据距离３．３更加注重布点方式的合理性的不同，电磁辐射测定技术可以分为近场区测定和远场区测定，相这里所说的布点方式并不是指移动信号基站等辐射源基站的关的测定设备也分为近场区电磁辐射测定仪和远场区电磁辐射测布置方式，而是对已经存在的辐射源分布局面进行合理的监测点的定仪，无论适用于哪一种电磁场区，相关的测量仪器都是由天线和布置，我国对这方面的研究已经有一定的基础，例如，黄欣等发表的主机组成的，前者是用来探测信号，后者则用来计算和输出。《电磁辐射固定点监测布点方案》等，所以有一定的研究优势。在目２．１国内外近场区电磁辐射测定技术前电磁辐射的测量技术还不够成熟的情况下，合理的监测点布局方在进行感应场的测量时，由于其上限值较大，所以一般采用综式可以在保证全方位的监控体系下，最大限度的降低在监测点设备人力和财力方面的投入，将这部分资金转移到技术研发上，更合场强仪进行测量，即非选频式宽带辐射测量仪。这类电磁辐射测建设、定仪一般为宽频带、直读式，配备２－３个三维探头，测量准确率较具有实际利用价值。高，仪器便于携带，操纵方便。根据测量目的不同，可以选择电场探４结束语电磁辐射污染是一种无形的污染方式，往往这类污染会在不经头和磁场探头，前者又分为偶极子和检波二极管探头和热电偶型探头。对近场区的探测，国外研究电磁辐射检测较于我国早，相关技术意间造成巨大地生命财产损失。在环境监测体系日益发展和完善的相对较为成熟，例如，美国目前电磁辐射测定已实现全自动环境监进程中，电磁辐射污染也将逐渐引起中央级地方环境部门的重视，深入对其开展硬件、软件和测量理念的研究是非常控，频段可以高达２６ＧＨＺ。我国电磁辐射研究较晚，电磁辐射近场仪在这个过程中，有船舶总公司７０１研究所研制的“ 宽带电磁场强计” （型号：Ｉ；频带必要的。０．１ — ３０００Ｍ；量程０．１ｕＷ／ｃｍ２－２ＯＯＷ／ｃｍ２；三维探头）、江苏宿迁无线电参考文献１１孙秀莲．国内外电磁辐射检测技术概况及其发展趋势［ＪＪ＿山东环厂研制的“ 微波漏能仪” （型号：ＤＣＨＹ一８０１；频带１－１０Ｇ；量程０．００５ — ｆ１９９５（２）．３０ＭＷ／ｃｍ２；非全向探头）等。可以看出，在近场区的探测方面，我国境．２］张建宏．电磁辐射污染与电磁环境监测【ＪＪ．电力学报，２００７（１）．的探测范围较窄、探测功能的综合性差，此外，其可靠性方面仍有待『

应用近场线散射技术测量天线辐射方向图

应用近场线散射技术测量天线辐射方向图
田晓霞
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2000()4
【摘要】本文描述了天线方向图的一种测量方法。

当一根细金属导线在天线口径面上移动时,馈源处的反射系数会产生变化。

如果天线口径场分布是可分的,那么它的反射系数的变化就与导线位置处积分口径场的平方成比例。

以金属导线散射信号引起的反射系数变化的平方根作为导线位置处的函数,可得到积分口径场,由此可推导出天线这场辐射方向图。

这种测量系统现已建成,其测量结果与传统的远场测量结果相比较一致性很好。

这种测量方法能使我们快速简便地检测天线性能。

【总页数】4页(P13-16)
【关键词】天线;近场线散射技术;辐射方向图;测量
【作者】田晓霞
【作者单位】信息产业部39所
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.12
【相关文献】
1.天线柱面近场测量的散射源误差抑制方法研究 [J], 王义;陈运涛;温中贺;刘浩
2.墙壁散射对超低副瓣天线平面近场测量的影响 [J], 于丁;傅德民;刘其中;毛乃宏
3.近场散射测量中的天线方向图修正技术 [J], 徐志浩;李南京;胡楚锋;党娇娇
4.平面近场天线测量中模式滤波技术的应用 [J], 张廷恒
5.辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展 [J], 张福顺;焦永昌;马金平;刘其中;张进民;毛乃宏
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同步辐射成像技术研究

同步辐射成像技术研究一、介绍同步辐射成像技术是一种新兴的非破坏性测试方法，它能够高精度地测量物质的结构和性质，成为材料科学、生物学、医学等领域的重要研究手段。

本文将介绍同步辐射成像技术在材料科学和生物医药领域的应用，通过对其原理、实验方法和实验结果的分析，探讨其优势和不足。

二、同步辐射成像技术原理同步辐射成像技术利用硬X射线在高亮度同步辐射光源的作用下，穿透物质结构，利用相干性和对比增强的效果来检测并成像样品，并对样品的结构和性质进行分析。

其原理是将同步辐射光注入样品，通过对同步辐射光在样品中的透射、反射、散射等多种效应进行分析，从而获得具有高分辨率和对比度的3D图像，其横向分辨率可达到10~0.1微米级别，纵向分辨率可达到毫米级别。

三、同步辐射成像技术在材料科学中的应用1、材料显微学同步辐射成像技术在材料显微学中的应用主要体现在对材料的内部结构及晶体结构的研究上。

例如，在半导体加工过程中，它能够对化学物质的扩散、衬底、多晶层等结构进行瞬态观察。

2、表面分析同步辐射成像技术可通过多种方法对材料表面进行分析，如通过衍射技术对材料的表面结构进行高分辨率成像，通过显微成像技术对表面特性进行描述及分析。

四、同步辐射成像技术在生物医药中的应用1、生物分析同步辐射成像技术常被用于分析生物大分子，如DNA，荷尔蒙，蛋白质等，通过成像和分析，确定其结构和功能，并对其发生的生理过程进行研究。

2、医学成像同步辐射成像技术在医学成像中的应用越来越广泛，它可以非破坏性地获得高分辨率的人体内部结构图像，可以为病理学研究提供有力的工具，同时也可以用于药物的开发研究。

五、同步辐射成像技术的优势和不足同步辐射成像技术具有高分辨率、非破坏性、对比度高等显著优势。

它的缺点也显而易见，例如成本较高、设备限制性大、成像难度大等。

六、未来发展方向同步辐射成像技术是一项前沿性技术，其将在材料科学、生物医学、化学、地质学等领域发挥更广泛的作用。

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辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展张福顺，焦永昌，马金平，刘其中，张进民，毛乃宏摘要：近场技术是近年来兴起的一种先进的测量技术，它已广泛地应用于辐射、散射测量以及目标成像．概述了目前辐射、散射近场测量及近场成像技术理论研究和测量方法的发展现状以及主要研究成果；并探讨了有关这几个分支需要进一步研究的主要问题．关键词：近场测量；辐射；散射；成像中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1001-2400(1999)05-0651-06The state of the art of near field techniques for radiation,targets scattering measurements and object imagingZHANG Fu-shun，JIAO Yong-chang，MA Jin-ping，LIU Qi-zhong，ZHANG Jin-min，MAO Nai-hong(Research Inst. of Antenna and EM Scattering, Xidian Univ., Xi′an710071， China)Abstract: The near field technique is a new kind of measurement technique, which arose two decades ago. It has been widely used in the fields of radiation, targets scattering measurements and objects imaging. In this paper, the state-of-the-art of the theory and measurement research on near field techniques for these three fields is surveyed, and the main issues in these branches for the further study are suggested.Key Words: near field techniques；radiation measurements；scattering measurements；objects imaging众所周知，在离开被测目标3λ～5λ(λ为工作波长)距离上测量该区域电磁场的技术称为近场测量技术．如果被测目标是辐射器，则称为辐射近场测量；若被测目标是散射体，则称为散射近场测量；对测得散射体的散射近场信息进行反演或逆推就能得到目标的像函数，这就是目标近场成像．但是，截止目前为止，关于辐射、散射近场测量以及近场成像技术溶为一体的综述性文章还未见到公开的报导，这对从事这方面研究的学者无疑是一种遗憾．为使同行们能全面地了解该技术的发展动态，该文概述了近几十年来关于辐射、散射近场测量及近场成像技术前人所做的工作及其最新进展，并指出了未来研究的主要方向．1 辐射近场测量辐射近场测量是用一个已知探头天线(口径几何尺寸远小于1λ)在离开辐射体(通常是天线)3λ～5λ的距离上扫描测量(按照取样定理进行抽样)一个平面或曲面上电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换计算出天线远区场的电特性．当取样扫描面为平面时，则称为平面近场测量；若取样扫描面为柱面，则称为柱面近场测量；如果取样扫描面为球面，则称为球面近场测量．其主要研究方法为模式展开法，该方法的基本思想为：空间任意一个时谐电磁波可以分解为沿各个方向传播的平面波或柱面波或球面波之和；主要研究成果及进一步要解决的问题如下所述．1.1 辐射近场测量的发展现状辐射近场测量的研究起始于50年代，70年代中期处于推广应用阶段(商品化阶段)．目前，分布在世界各地的近场测量系统已有100多套［1］．该技术的基本理论［2～4］已基本成熟，这种测量方法的电参数测量精度比常规远场测量方法的测量精度要高得多，而且可全天候工作，并具有较高的保密性，因此，在军用、民用中都显示出了它独特的优越性．1.2 辐射近场测量研究的主要成果几十年来，辐射近场测量的研究在以下4个方面取得了突破性的进展：(1) 常规天线电参数的测量天线近场测量可以给出天线各个截面的方向图以及立体方向图，可以分析出方向图上的所有电参数(波束宽度、副瓣电平、零值深度、零深位置等)和天线的极化参数(轴比、倾角和旋向)以及天线的增益．(2) 低副瓣或超低副瓣天线的测量天线方向图副瓣电平在-28～-35 dB之间的天线称为低副瓣天线；副瓣电平小于-40 dB的天线称为超低副瓣天线．对它们的测量要用到“零探头”技术［5］，据文献报导，副瓣电平在-40 dB以上时，测量精度为±3dB，副瓣电平为-55 dB 时，测量精度为±5 dB［6］．(3) 天线口径场分布诊断天线口径场分布诊断是通过测量天线近区场的分布逆推出天线口径场分布，从而判断出口径场畸变处所对应的辐射单元，这就是天线口径分布诊断的基本原理．该方法对具有一维圆对称天线口径分布的分析是可靠的，尤其对相控阵天线的分析与测量已有了充分的可信度［7］．(4) 测量精度及误差分析辐射近场测量的研究与误差分析的探讨是同时进行的，研究结果表明：辐射近场测量的主要误差源为18项，大致分为4个方面，即探头误差、机械扫描定位误差、测量系统误差以及测量环境误差．对于平面辐射近场测量的误差分析已经完成，计算机模拟及各项误差的上界也已给出；柱面、球面辐射近场测量的误差分析尚未完成［8］．1.3 辐射近场测量的可信域对于平面辐射近场测量而言，由基本理论可知，在θ=-90°或90°(θ为场点偏离天线口面法线方向的方向角)时，这种方法的精度明显变差，因此平面辐射近场测量适用于天线方向图为单向笔形波束天线的测量，可信域(-θ，θ)中的θ值与近场扫描面和取样间距有如下关系(一维情况)：θ=arctg［(L-X)/2d］，(1)式中L为扫描面的尺寸；X为天线口径面的尺寸；d为扫描面到天线口径面的距离．柱面辐射近场测量能够计算天线全方位面的辐射方向图，但在θ=-90°或90°时，柱面波展开式中汉克尔函数已无意义，所以，柱面辐射近场测量适用于天线方向图为扇形波束天线的测量．球面辐射近场测量能够计算除球心以外天线任意面上任意点的辐射场，但测量及计算时间都较长［8］．1.4 辐射近场测量需要解决的问题辐射近场测量的基本理论虽然已经成熟，且在实用中也取得了较多的研究成果，但对以下问题还应进行进一步的探讨研究：(1) 考虑探头与被测天线多次散射耦合的理论公式在前述的理论中，所有的理论公式都是在忽略多次散射耦合条件下而得出的，这些公式对常规天线的测量有一定的精度，但对低副瓣或超低副瓣天线测量就必需考虑这些因素，因此，需要建立严格的耦合方程．(2) 近场测量对天线口径场诊断的精度和速度近场测量对常规阵列天线口径场的诊断有较好的诊断精度，但对于超低副瓣天线阵列而言，诊断精度和速度还需要进一步研究．(3) 辐射近场扫频测量的研究就一般情况而言，天线都在一个频带内工作，因此，各项电指标都是频率的函数，为了快速获得各个频率点的电指标，就需要进行扫频测量．扫频测量的理论与点频的理论完全一样，只是在探头扫描时，收发测量系统作扫频测量．(4) 时域辐射近场测量的研究为了反映脉冲工作状态和消除环境及其他因素对测量数据的影响，时域测量是一个良好的解决此类问题的途径，但目前处于研究阶段［9］．(5) 无相位的辐射近场测量的研究前述的辐射近场测量方法都需要测量出近场的相位和幅度，才能利用近场理论计算出天线的远场电特性，为了简化计算公式和测量系统以及降低测量时间与测量的相位误差(在频率f很高的情况下，即f＞80 GHz，相位的测量误差是很大的)，于是，有学者提出只用近场测量值的幅度来重建天线远场的方法．该方法的基本思想为［10］：测出S1，S2两个面的幅度值(A1，A2)，人为选定S1面测量值的相位(φ1)，先由S1面的幅度、相位值(A1，φ1)计算出S2面的幅度、相位值(a2，φ2)，用A2代替a2，再由A2，φ2求出S1面的a1，φ1，用A1代替a1，重新由A1，φ1求出S2面新的a2，φ2，如此迭代下去，直至A1-a1≤ε，A2-a2≤ε(ε为测量精度)，便可得到S1或S2面的相位分布，这时，可由S1或S2实测的幅度和迭代过程所得到的相位求得天线的远场电特性．由于迭代收敛等原因，这方面的研究还未付诸实施．(6) 球面、柱面近场扫描方式误差上界的分析与估算．2 散射近场测量当辐射体变为散射体时，辐射近场测量转换为散射近场测量．由于散射体是无源的，因此需要一个照射源对其进行照射，同辐射近场测量一样，散射近场测量也有3种取样方式，分别称为平面散射近场测量和柱面散射近场测量以及球面散射近场测量．平面散射近场已取得了许多研究成果，柱面、球面散射近场测量的研究成果公开报道的文献很少［11］．散射体的散射特性通常用雷达散射截面(Radar Cross Section，简写为RCS)来衡量，有绝对量和相对量之分，绝对量一般是以一个已知散射体的RCS为标准来标定待测散射体的RCS，标准值来自理论计算和测量值；相对量用散射方向图来表示．散射体的RCS不仅是频率的函数，而且是入射波方向和观察点方向的函数，当入射波方向和观察点方向是同一方向时，这时散射体的RCS称为单站RCS(或者叫做后向雷达散射截面)，如果入射波方向和观察点方向不是同一方向，则称为双站RCS．对于双站RCS而言，入射波方向和测量扫描面法线方向之间夹角＜90°锥角内的RCS称为小双站角的RCS，入射波方向和测量扫描面法线方向之间夹角＞90°锥角内的RCS称为大双站角的RCS．2.1 散射近场测量的发展动态散射体RCS的理论研究开始于60年代，早期的研究主要任务是对一些典型散射体(例如，板、球、柱体)进行理论建模并进行数值计算，取得了较多的研究成果，检验计算结果正确与否的方法是远场测量或紧缩场法．这两种方法中的任意一种方法都是由硬件来产生准平面波的(等幅面上幅度的起伏值≤0.25 dB，等相面上相位的起伏值≤22.5°)，远场测量法是利用增加散射体与照射源之间的距离R(通常R=5D2/λ，D为散射体截面的最大尺寸)来实现球面波到平面波的转换；紧缩场法则是利用偏馈抛物面来产生平面波的．因而工程上称为模拟平面波法，其主要缺陷是受外界环境影响很大，因此，实用起来有很多问题(如远场法中对测量场地有苛刻的要求；紧缩场法对主反射面的机械精度有严格的要求)，为了克服这些问题，出现了散射近场的测量方法．2.2 平面散射近场测量研究的主要进展从80年代初至今，平面散射近场测量研究主要在以下几个方面取得了令人瞩目的进展：(1) 平面散射近场测量方法的理论探讨平面散射近场测量的基本理论已由文献［12～15］给出．其基本原理是综合平面波法，综合平面波的基本思想为：如果对一个由N个辐射单元组成的线阵同时进行激励，每个辐射单元产生一个准球面波e(θ，φ)，选择一个与方向角(θ，φ)有关的权函数W(θ，φ)对每个e(θ，φ)进行加权并求和(线性系统)，则所得的加权求和函数近似为均匀平面波，对不同方向的(θ，φ)选择不同W(θ，φ)就可以获得不同方向上的平面波对被测目标的照射．这一过程实现了对平面波的综合(这与综合口径雷达SAR的概念极为相似)，并很容易在计算机上完成．实际测量时，用一个辐射单元(探头)进行一维扫描(等效的看，相当于同时激励的状态)并在计算机上用软件完成各个方向上的平面波的综合，因此，称其为数字紧缩场．这种测量方法的优点是大大降低了为实现平面波对测量系统硬件的要求．该方法不仅能测量典型导体目标的RCS，而且能够对一些实用导体目标(如飞机、导弹等)小双站角的RCS进行测量．(2) 典型导体目标散射特性的研究典型导体目标(如板、球、柱)小双站角的RCS测量已经完成［13］，测得的不同方向照射待测目标后向散射方向图(照射波传播方向指向目标的方向规定为0°)及空间散射方向图与理论计算结果完全吻合；测量所得到的目标小双站角RCS的绝对值与理论计算值相比较还有误差．(3) 实用复杂导体目标散射特性的测量上述测量方法的优点是通过一次测量可获得较多的信息量，利用这些信息可计算出金属导体目标散射的平面和空间的散射方向图以及它的散射极化特性；也可计算出该导体目标RCS的绝对值，但在实际测量系统中，发射探头(提供照射源的探头)和接收探头是安装在同一个道轨上，因此，按照散射近场平面波扫描理论，发射探头扫描在一个位置时，接收探头需要在一维方向做一次扫描；发射探头扫描在另一个位置时，接收探头仍要在一维方向做一次扫描，发射探头位置不断向一个方向扫描，接收探头的扫描范围就会越来越小，因此，有一半的测量数据是得不到的，解决这一问题的方法是利用互易定理．测量环境对散射近场测量散射体电特性也有很大的影响，除了在测量区域附加吸收材料外，还需要用到“背景对消技术”，其基本原理为：在无散射体的情况下，先用收、发探头对测量区域空间扫描一次，并记录采样数据；在有散射体的情况下，记录这时扫描测量的采样数据，在保证一维扫描器(取样架)定位精度的条件下，利用计算机软件对两次对应位置的测量数据逐点进行矢量相减(复数相减)，这样就消除了环境对测量数据的影响．这种测量方法的另一致命弱点是测量时间很长，测量时间与取样点数几乎成四次方的关系，实用目标的测量时间达到了不可容忍的程度．“单发单收”的测量方法［16］是为了解决上述问题而提出来的．其理论依据是物理光学(P.O.)近似，基于此理论，散射体某个方向的后向散射总场仅仅与该方向散射场的波谱有关，其他方向散射场的波谱对该方向散射总场的贡献为零．此理论的建立为散射近场测量实用目标(如飞机的缩比模型)奠定了良好的基础，使散射近场测量真正走向了实用化．实验结果表明，该方法对飞机缩比模型散射方向图的测量曲线与远场法及紧缩场法的测量结果完全吻合［17］，但该方法的严格理论证明还未完成．(4) 扫描面截断误差的影响扫描面截断误差对测量结果的影响是学者们一直关注的一个问题．在散射近场测量中，目标将入射场向各个方向散射，这时，扫描面的截断误差使后向空间散射方向图的可信域变成了一个比90°小得多的锥形角域．典型目标扫描面截断误差对后向空间散射方向图可信域分析的理论公式已经给出，并进行了实验验证，验证结果与理论分析结果非常吻合［18］．(5) 其他误差分析辐射近场测量所有的误差源在散射测量中依然存在，除扫描面截断误差有定量的分析之外，其他方面的误差分析只做了简单的探讨，并未给出定量的计算公式．2.3 平面散射近场测量的可信域平面散射近场测量后向空间散射方向图的可信域［18］如下：(1) 平板若平板的几何尺寸为2a×2b，平面波垂直入射，可信域θ为-arcsin［(B/(d2+B2)1／2-(2 g″(A)/k)1／3］≤θ≤arcsin［(B/(d2+B2)1／2-(2 g″(A)/k)1/3］，(2)式中B=A+a，k=2π／λ，g(x)=x sin θ-［d2+(x+a)2］1／2-π/(4k)，且A为一维扫描面的边界点；a为被测目标长度的边界点；g″(A)为g(x)的二阶导数在扫描面边界点的值；k为传播常数；λ为波长；d为取样面与目标的距离；θ为远区散射场观察点位置矢量与扫描面法线的夹角．(2) 圆柱对于底半径为a，高度为L的圆柱体，当平面波垂直入射时，其可信域θ可用下式来估计sin θ1≤A/C1/2+2 A a d′/C5/2-3×(2/k)1／2│ g″(A)│，(3)sin θ2≤A/D1／2-3×(2/k)1／2［A2/D3/2-1/D3/2］．(4)取θ=min{θ1，θ2}，则可信域的角域为(-θ，θ)．式中C=A2+d′2；d′=d+a；D=A2+d2+L2．前述两种可信域的估算公式都是在平面波垂直入射条件下得出的．由估算公式可以看出，扫描面A越大，则可信域θ也随之增大，与截断电平关系不大．当平面波以α角斜入射时，只要将式(2)～(4)中的k用k cos α代换，sin θ用sin θ-sin α代换，估算公式仍然成立．在这种情况下，可信域的上限空间要变小，α＞0，可信域向θ方向移动，α＜0，可信域向-θ方向移动．2.4 平面散射近场测量尚未解决的问题(1) 平面散射近场的误差分析与模拟平面散射近场的误差分析与模拟只进行了很少一部分工作，并未见到各项误差对测量数据影响上界的报道．(2) 单发单收测量方法的严格理论证明单发单收测量方法在实验中证明是可信的，但该方法的理论机理还须进一步研究．(3) 其他扫描方式(柱面、球面)的理论探讨．3 目标的近场成像目标成像的研究已有几十年的历史了，其研究成果早已用于医学的X光诊断及雷达的目标识别．用近场研究目标的像是80年代末才开始的，它是在已知目标散射近场和入射场情况下，利用微波分集技术，逆推或反演表征目标几何特征的目标函数，由目标函数给出目标的几何形状，这一过程称为目标的近场成像．3.1 目标近场成像的发展状态从90年代末至今，近场微波成像已经引起了学者们的浓厚兴趣，但由于常规目标散射近场的复杂性，致使近场微波成像远远滞后于远场成像．近场微波成像中，着眼于潜在的应用，目标函数既可以是理想导体目标的轮廓函数，也可以是目标介电常数的分布函数．从照射天线与成像目标的相对运动方式来看，近场微波成像有两种模式：即直线扫描模式和转台模式，研究方法可分为电磁逆散射法和球背向投影法(Spherical Back Projection，简写为SBP)．其中电磁逆散射法散射机理清晰，但数学公式复杂且有很大的局限性，因而，实际中使用较少；而球背向投影法在实际中使用较多．利用球背向投影法在直线扫描模式和转台模式情况下的目标函数解析公式已经给出．3.2 目标的近场成像研究的进展程度近几年来，目标近场成像研究在以下几方面取得了可喜的进展：(1) 目标近场成像的理论建模球背向投影法在直线扫描模式和转台模式情况下，金属导体像的目标函数解析表达式已经给出［19］，非金属导体像的目标介电常数的分布函数［19］也有显式解．(2) 目标近场成像的实验研究近场成像实验与常规的近场散射实验相比，其显著差别就在于成像实验要进行扫频测量，这是理论所要求的．这样，测量系统就必须具备宽频带特性．发射、接收系统仪器的系统误差可以通过仪器自行校准进行消除，宽带发射、接收探头(天线)由于口径尺寸较大以及与目标之间的电磁耦合，所以对其发射、接收的电磁场必须进行修正，修正的方法是在它们发射、接收的电磁场中乘以复系数，系数的量值由理论值与测量值的比值来定．在此修正理论下，对金属长方体、圆柱体以及四尾翼导弹模型进行了实验测量，其成像结果是令人满意的．3.3 目标的近场成像研究需要探讨的问题(1) 成像的分辨率从成像实验的结果来看，与实物相比较，目标像的局部地方还有明显的失真，造成这种现象的原因之一就是成像的分辨率不够，因此，高分辨率数据处理方法仍须进一步探讨．(2) 广义成像理论的研究．(3) 误差分析．4 结束语该文从整体的观点出发阐述了辐射、散射、成像近场测量技术的发展动态和研究成果，对于各个研究方向的局部问题并未涉及到，目的是愿同行们从宏观上了解该技术的发展水平，为同行们的进一步研究提供一个必要的信息．作者简介：张福顺(1960-)，男，副教授．作者单位：(西安电子科技大学天线与电磁散射研究所陕西西安710071)参考文献：［1］张福顺，焦永昌，毛乃宏.天线近场测量综述［J］.电子学报，1997，25(9): 74～77.［2］Paris D T. 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