近年来，太赫兹科学与技术的不断发展促使太赫兹雷达在诸多领域产生广泛应用。作为共性基础问题，螺丝阵列结构特性分析是太赫兹雷达系统论证、设计以及实际应用的基础，也是催生新的雷达系统形态的前提。掌握太赫兹频段螺丝阵列结构特性分析已成为该研究领域一项迫切而重要的任务。但是，由于太赫兹频段恰好处于由宏观电子学向微观光子学过渡的频段，目前螺丝阵列结构材料对太赫兹波的响应机理尚且不明，同时有效的特性分析计算方法与实验测量手段缺乏，这些问题的存在给太赫兹频段螺丝阵列结构特性分析理解与太赫兹雷达技术的实际应用带来了严峻挑战。结合微波频段和光学频段螺丝阵列结构特性分析技术研究手段与方法，可为太赫兹频段螺丝阵列结构特性分析研究提供一定的思路和启发。
本文首先在 CST(COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY)微波工作室软件平台进行CAD 建模，从简单的单一几何螺丝阵列结构出发，再到复杂的阵列几何结构，分别建立了典型理想导电体 PEC(PERFECT ELECTRICAL CONDUCTOR)材料下十一种的模型。再利用CST 软件平台中的 A（ASYMPTOTC）求解器获得了螺丝阵列结构在太赫兹频段关于频率、方位角、俯仰角的 RCS(RADAR CROSS SECTION)值。接着编写程序将 RCS 导入MATLAB生成对应的三维矩阵。然后对数据进行加窗处理，又建立了基于转台成像方法的CBP(CONVOLUTION BACK PROJECTION)成像算法，（设定动态显示范围等。）该方法可获得螺丝阵列结构在二维或者三维多普勒平面的成像结果,并可用于螺丝阵列结构的散射点诊断与分析。而在后续工作中，通过实验得到实物模型的 RCS，通过格式转换程序将其导入MATLAB 利用算法成像。
1. 阵列击芯铆钉阵列圆板结构目标建模与散射回波计算
1.1 圆板结构
a) 方位角变化
如图 1，其他条件不变，改变方位角范围，上下成像对比，方位角范围大时(a)(b)(c) (d),由于逆傅里叶变化叠加的缘故，方位向图像明显比方位角范围小时(e)(f)(g)(h),更清晰。由于频率不变，在距离向图像清晰度一致。
图 1. 方位角范围改变成像对比 1
其他条件一定，其中俯仰角 67°。改变方位角，所得图像如图 2。在图 2 (a)中，视角为5°附近，由于阵列结构间相互遮挡的缘故，2 列铆钉中只有上下边缘的 2 行铆钉回波明显，且其中下边的铆钉回波和圆板侧壁回波叠加。当视角变为 45°附近，可以观测到 2 列铆钉结构的回波叠加所成的 2 条竖线，其宽度与铆钉宽度相当。如图 2(c)(e)(f) 俯仰角67°、观测平面z = 0，当方位角分别为 60°、120°和 240°附近，由于视角相对其他图较小，只有 3.82°，成像结果较为稀疏，且由于此时铆钉间距与其单个宽度所构成的夹角与视角近似相同或互补，故其多次反射不强烈，成像不明显。而视角 90°左右时(d)，每行铆钉较明显。
图 2. 方位角改变成像对比 2
图 3 所示，同上面类似，俯仰角 67°、观测平面为z = 0.00125，在不同方位角下成像规律类似。
图 3 方位角改变成像对比 3
同上面类似，俯仰角分别为 60°和 50°，方位角改变，图 4 以及图 5 大致能反映阵列铆钉结构与视线角的关系。其中图 4 为 Kaiser(β=6)窗函数。
图 5. 方位角改变成像对比 5
观测平面由z = 0逐渐变化到z = 0.002，铆钉阵列结构基本不变，说明其回波垂直传播且强度不变。
b) 俯仰角变化
由于铆钉结构原因，由几何关系界定临界俯仰角分别是 46°、79°，如图 6 所示。
图 6. 击芯铆钉结构俯仰临界角
如图 7 所示，取频率为 600GHz、方向角取 120°，由于击芯铆钉的几何结构，回波产生的 RCS 随俯仰角发生了类周期变化，且几何关系界定的临界俯仰角 46°和 79°确实会成为 RCS 变化的转折点。
图 7. 击芯铆钉回波 RCS 与俯仰角关系
c) 类周期性变化
如图 8 所示，观测平面、方位角一定，俯仰角在不同位置产生的散射叠加强度会不同，随着俯仰角变化，当俯仰角为 50°时，如图 8 (a)所示，其成像结构比图 8(b)(c)，俯仰角分别为 68°、78°时，要更发散。且从三个图大致可以分辨铆钉平头细微结构，其成像由圆形平头的边缘散射点组成。且平头细微结构周围有一圈弧形散射结构，其为铆钉斜面。可见击芯铆钉细微结构的成像散射中心主要由平头结构与铆钉斜面的镜面反射组成。
图 8. 击芯铆钉阵列结构之俯仰角改变
图 9 中，方位角为 90°附近，在此角度下会明显观测到击芯铆钉的周期排列引起的独特散射行为。在俯仰角分别为 76°、63°、50°和 30°下，成像为一条条阵列块，而其形状与阵列排列方式有关。在阵列铆钉的镜面反射方向，俯仰角变化使得成像直线发生展宽。
图 9. 小方位角击芯铆钉阵列结构
如图 10 (a)~(h)，其他条件不变，改变俯仰角，依次为 76°、69°、67°、66°、65°、63°、60°和 50°。由于击芯铆钉阵列结构的几何关系，其成像结果出现了一种类似周期性的变化，随着俯仰角的减小，强度先减小又增加，俯仰角 69°左右为其强度临界角。且69°位于几何关系界定的临界俯仰角 46°和 79°之间。
图 10. 俯仰角改变成像对比 1
为了验证以上结论，如图 11，在频率范围 580GHz 到 620GHz，方位角 0°到359.82°，成像平面为z = 0，方位向范围从-0.03 到 0.03 米，距离向在 0.001 米处。改变俯仰角 30°到 90°，回波强度确实会呈现类似周期性的变化。且在几何关系界定的临界俯仰角 46°和 79°，以及从错误!未找到引用源。(b)所在的 69°上观察到，该方位向范围内的回波强度确实近似为 0。
图 11. 击芯铆钉阵列结构回波强度变化
为了验证上述结论，改变俯仰角，从图 12(a)~(f)大致可以呈现该规律：90° (f)、75°(e)、69°(d) 时，回波强度弱，65°时(c)回波强度强。
图 12. 俯仰角改变成像对比 2
图 13、图 14 也能验证类周期变化结论，俯仰角 76°时图 13 (a)，回波强度较弱，67°时图13 (b)回波强度更弱，50°时图 13 (c) 回波强度更强。
图 13. 俯仰角改变成像对比 3
图 14. 俯仰角改变成像对比 4
1.2 方板结构
图 15 为频率范围 215.18GHz~228GHz，方位角 0°~19.36°，俯仰角 80°，成像平面为z = 0.0015的回波图像。可以较清晰地观察到阵列铆钉的图像，且图像下部分为平板下棱镜面反射。
图 15. 方板结构阵列铆钉图像
结论：由于几何结构的缘故，随着俯仰角的变化，击芯铆钉阵列成像的强度出现了一种类似周期性的强弱变化。
