波导与开口腔体瞬态特性研究

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1、波导与开口腔体瞬态特性研究第41卷第10期2007年10月西安交通大学JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITYVo1.41No10Oet.2007波导与开口腔体瞬态特性研究张安学,师振盛,蒋延生,汪文秉(西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安)摘要:从理论上分析了矩形波导中传播模式的瞬变过程,给出了在冲激脉冲,阶跃脉冲和高斯脉冲波形激励下,波导中电磁波瞬态响应的解析公式,并采用时频分析方法对波导中传播信号,开I:/腔体的散射信号的瞬态特性进行了分析.分析结果发现,当电磁脉冲信号投射到开I:/腔体上时,其散射信号中含有与

2、其腔体形状,尺寸特征有关的谐振模式,不同的腔体目标,其散射信号后期信号中的谐振频率不同,通过提取散射信号中的谐振特征,可对带腔体目标进行目标识别.关键词:波导;开I:/腔体;瞬态特性;目标识别;时频分析中图分类号:TN95文献标识码:A文章编号:0253—987X(2007)10—1179—05StudyonWaveGuideandOpenCavityTransientResponseZhangAnxue,ShiZhensheng,JiangYansheng,WangWenbing(SchoolofElectronicsandInformationEn

3、gineering,XianJiaotongUniversity,Xian710049,China)Abstract:Thetransientprocessofpropagationpatterninrectanglewaveguideisanalyzedtheo—reticallyandtheanalyticalformulasofelectromagneticwavetransientresponseexcitedbyim—pulse,stepsignalandGaussianpulseswaveinthewave—guidearegiven.Th

4、etime-frequencyanalysismethodisusedtoanalyzethetransientresponsecharacteristicsofsignalspropagatedalongwaveguideandopencavitiesscatteringsigna1.Throughanalyzingitisfoundthatthescat—teringsignalcontainsresonancepatternthatisrelatedwiththesizeandshapeofcavitieswhenanelectromagneti

5、cpulsesignalisprojectedonopencavities.Withdifferentopencavitytargettheresonantfrequencywillbedifferentinscatteringsubsequentsigna1.Thetargetswithopencavi—tiescanbeidentifiedbyextractingtheresonancefeatureinscatteringsigna1.Keywords:waveguide;opencavity;transientcharacteristics;t

6、argetrecognition;time-frequencyanalysis飞行目标的腔体结构可视为开口波导谐振腔_1],开口腔体的谐振模式信号较强,可以从散射场中提取腔体所对应的谐振频率.不同的飞行目标所携带的腔体不同,可以通过分析目标携带腔体的谐振特性进行识别.为了能激励起目标腔体的谐振模式,雷达需采用宽带信号进行探测,为此需要研究波导与开口腔体在宽带信号激励下的瞬态特性.近年来,国内外学者们的研究主要集中在波导与传输线瞬态计算方法上,如文献[2—4]给出的半解析方法,文献[5—6]给出的数值计算方法等,对于开口腔体瞬态特征分析的研究尚未查出报道

7、文献.本文重点分析波导与开口腔体散射信号的瞬态特征,为带腔体目标的识别提供依据.本文首先给出了在冲激脉冲,阶跃脉冲和任意脉冲波形激励下,电磁波在波导中传播的瞬变响应表达式.然后,利用联合时频分析方法L7分析了波导中传播信号和开口金属腔体散射信号的时一频特征.分析结果发现,当用超宽带脉冲照射开口腔体时,散射场中含有腔体谐振模式信息,不同的腔体结收稿日期:2007—04—19.作者简介:张安学(1972～),男,博士,副教授.基金项目:国家自然科学基金资助项目(6051004).西安交通大学第41卷构具有不同的谐振频率,利用此信息可对带腔体目标进行识别.1

8、波导中的瞬变过程1.1波导中的瞬变过程理论分析如图1所示,假设波导截面沿管轴(z轴)是均匀的,