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《钴酸镍纳米结构的高频电磁特性与吸波性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、钴酸镍纳米结构的高频电磁特性与吸波性能研究1、相关定义1.1、基本概念及原理2.1引言2.1引言麦克斯韦方程组是电磁场理论中最重要的公式,也是本文公式推导的出发点。边界条件是本文公式推导的重要依据,也是麦克斯韦方程组定解的条件。RCS是本文的主题,在本章中对其定义和计算方法做了说明。在本章中也对后面章节计算用到的几何模型做了简要介绍。1.2、数值色散的概念由电磁波理论可知,若电磁波所在空间的媒质参数与频率有关,则电磁波的传播速度将是频率的函数,这种现象称为色散。存在色散现象的媒质称为色散媒质。显然,在非色散媒质中
2、,电磁波的传播速度应该与频率无关。但是,由于时域有限差分方程只是原Maxwell旋度方程的一种二阶精度的差分近似,当在计算机上对电磁波的传播过程进行模拟时,在非色散媒质中也出现色散现象,电磁波的相速度随波长、传播方向及变量离散化的情况而发生变化,我们称这种非物理的色散现象为数值色散。数值色散会导致脉冲波形的失真,出现人为的各向异性及虚假折射等现象。因此数值色散是时域有限差分法的一个重要问题,它是时域有限差分法计算精度的一个重要限制。1.3、RCS的基本定义当目标被电磁波照射到时,能量将向各个方向散射,散射场和入射
3、场的矢量和构成了总场。从射线的角度分析,散射场由介质阻抗突变在物体表面产生的反射和在边缘、尖端等表面不连续处产生的绕射构成。从感应电流的角度分析,散射场由目标表面的感应电磁流和电磁荷的二次辐射构成。散射场能量在空间的分布称为散射方向图,它跟目标的大小、形状、材质、结构以及入射波的频率和极化有关。当发射机和接收机在同一位置时称为单站散射,绝大多数雷达都是单站雷达。当散射方向和辐射源方向不同时,称为双站散射,目标对发射机和接收机方向之间的夹角称为双站角。因此前向散射是指双站角为1800的情况,而单站散射是指双站角为零
4、的情况。定量表征目标物体散射强度的物理量称为目标对入射雷达波的有效散射截面,它是一种假想的面积,是从雷达方程中得来的。雷达方程为P=PG111rtt4πR2Lσ4πR2LAetmtrmrL,(2.19)p式中Pr代表雷达接收到的总功率,Pt代表雷达发射的总功率,Gt代表雷达发射天线的增益,Ae代表雷达接收天线的有效面积,Lmt为发射射线的路径损耗,Lmr为接收射线的路径损耗,Lp为极化失配因子,σ为目标的雷达散射截面。经过简单的数学变换可以得到4πR2Pr=PtGt1rAπR2σe4tLmtLmrL,(2.20)
5、p式中Pr/Ae为接收机散射场的功率密度
6、S&s
7、。由坡印廷定理可以知道S&s=1E&s2×H&s,
8、S&s
9、=1&22Y0
10、Es
11、。(2.21)同理单位面积的入射功率
12、S&i
13、为8S&i=1E&i×H&i2,
14、S&i
15、=1YE&i220
16、
17、,(2.22)假定所有的路径损耗、匹配损耗、极化损耗为零,那么便可以得到s2s2σ=4πR2
18、E&
19、2
20、i
21、2=4πRH&
22、
23、E&
24、H&i
25、2,(2.23)令上式中R→∞,于是s2s2σ=lim42
26、E&
27、2
28、
29、R→∞πR
30、i
31、2=lim4H&E&R→∞πR
32、H&i
33、2。(2
34、.24)R→∞表明在目标物体处和接收雷达处的散射波可以近似为平面波。σ是一个标量,通常以对数的形式给出,单位为dBsm,σdBsm=10logσ。雷达方程适用于单站与双站,因此σ的定义也适用于单站和双站。1.4、电磁辐射的基本概念根据麦克斯韦的两个旋度方程可知,磁场不仅能由传导电流产生,而且也能由随时间变化的电场产生;电场不仅能由电荷产生,也能由随时间变化的磁场产生。时变电场可产生时变磁场,而时变磁场亦能激发出新的时变电场。由此可见,时变电场和时变磁场可相互激发而形成统一的时变电磁场[5]。因此,假定自由空间中某
35、一给定区域中的电场有变化,该时变电场在邻近区域激起时变磁场,这个时变磁场又在较远处的区域激起新的时变电场,而后又在更远的区域激发出时变磁场,以此类推,这种由近及远、交替激起电场和磁场的过程,就是电磁波产生的辐射过程。无线电设备中用来辐射和接收电磁波的装置称为天线。天线能有效辐射电磁波的条件有两个:①波源的频率要尽可能高,这是因为电磁波的辐射依赖于变化的电场(即位移电流)和变化的磁场,因此电磁场变化的快慢决定着所激发场的强弱,也决定着辐射能量的大小。换言之,在一定场强下,频率越高,位移电流越强,辐射的能量也越大。②
36、场源结构必须是开放系统,从而使波源激发出的电场和磁场分布在同一空间。例如,施加在两块平行导体板间的波源激发的电磁场主要束缚在两极板之间,大部分电磁场能量在场与源之间来回转换,其辐射能力很弱,但若将两块导体板拉开呈开放结构,则将形成与空间耦合很强的系统,可以获得很强的辐射[5]。1.5、电磁散射的基本概念物体被电磁波照射以后,能量将朝各个方向散射,散射场与入射场之和就构成了
