线天线与阵列电磁散射特性的-研究

《线天线与阵列电磁散射特性的-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章绪论第一章绪论【摘要】本章首先介绍了目标雷达散射截面的基本概念及电磁散射研究的背景和意义，然后概述了电磁场数值方法及天线雷达散射截面的基本概念和分析方法，最后介绍本文的主要研究工作。1.1引言当电磁波照射到一定尺寸的障碍物上时，产生的与目标的结构、位置以及入射波频率、极化等相关的能量分布称为散射。产生散射的物体称为散射体。对电磁波的散射机理及其散射特性的研究具有重要意义，比如雷达探测、遥感探测、模式识别、无损检测等许多工程技术都需要以目标电磁散射特性分析为基础，散射特性的定量分析是这些应用系统设计和运行的主要依据

2、。军事应用中隐身与反隐身技术的发展使得电磁散射问题在电子对抗中显得越来越重要；在遥感探测中得到地面或海面背景下的军事目标散射情况；在无线通信方面利用电离层、对流层进行散射通信；其它的工程应用如随机粗糙面散射、地下勘测、电磁兼容等问题都与电磁波的散射有关；因此电磁散射问题的研究一直是电磁学中的一个重要组成部分。雷达散射截面[1](RadarCrossSection，RCS)是定量描述目标雷达特征的参量，表示目标对入射雷达波呈现的有效散射面积。雷达探测的回波强度就与该散射面积成正比。雷达散射截面s的定义为：ΕH½s½2½s

3、½2s=lim4pR=lim4pR22®¥½Ε½®¥½Η½i2i2RR(1.1)式中Εi、Ηi分别表示入射波的电、磁场强度，Εs、Hs分别表示散射波的电、磁场强度，R为目标和雷达之间的距离。çΕsç2和çHsç2表示单位面积上的散射波功率，因此4pR2½Εs½2或4pR2½Hs½2表示散射波在半径为R的整个球面上的总散射功率。因此，目标雷达散射截面可理解为：目标各向同性散射时，总散射功率与1安徽大学硕士学位论文：线天线及阵列电磁散射特性的研究单位面积入射波功率之比。实际应用中鉴于雷达的远程识别能力，因此雷达发射机和接收

4、机距离目标很远，所以可将雷达入射波看成平面波。接收机和发射机之间的夹角称为双站角g，当雷达接收机和发射机位于同一位置时，称为单站散射，也称为后向散射，此时g=o；当接收机不是指向发射机时，称为双站散射。0对于三维几何结构，散射场Εs在远区按1/R衰减，因此，式(1.1)中出现的R2抵消了距离的影响，即雷达散射截面与距离无关。对于简单的二维情况雷达散射截面可定义为½s½2½s½2ΕH½s½2½s½2s¢=lim2pr=lim2prΕΗ½i½2½i½2r®¥r®¥.(1.2)由于雷达散射截面是标量，所以常用对数形式给出，即

5、s=s(1.3)dBsm10lg三维情形的雷达散射截面单位为m2或dBsm；二维情形的雷达散射截面单位为m或dBm。1.1研究背景及意义电磁散射问题的分析和解决需要现代化的设备为依托，而雷达则是迄今为止最有效的远程电子探测设备，是通过发射电磁波对目标进行照射并接收回波来获得目标的位置、尺寸、变化速率等信息的装置。其实质是对雷达回波的分析来判定目标的确定位置和方位信息等。雷达发射特定波形的电磁波通过目标散射，再接收散射信号，从中提取目标的尺寸及特征信息，雷达目标的散射特征是电磁散射研究的重要组成部分。当电磁波入射目标时，

6、其回波向各个方向散射，在空间形成的总场为入射场与散射场之和。由于目标表面凹凸和渐变等因素影响，电磁波在入射时会发生绕射、衍射等现象。由经典的麦克斯韦方程组[2]可知，变化的电场和磁场交替演变，使得入射到目标表面的电磁场会产生感应的电磁流，感应的电磁流会进一步产生二次辐射，在空间形成与入射波的频率、极化以及目标结构、形状相关的能量分布，称为散射方向图。在现代战争格局下，基于电磁特性的雷达隐身技术充分发挥了局部区域内有2第一章绪论效的突防攻击作用。1989年，美国入侵巴拿马战争中F-117A隐形战斗机初显威力；1991年，

7、海湾战争中更是将隐身技术提升到决定局部战争成败的重要因素。现代战争的胜负很大程度上取决于高科技在战争中的应用，因此隐身与反隐身技术越来越受到关注，所以目标的电磁散射研究对RCS缩减和整体的隐身都有重要的意义。1.1电磁场数值方法概述用于分析电磁场问题的方法可近似归结为解析法、高频近似法和数值法[3-5]等。利用麦克斯韦方程组的各种数学方程形式解析电磁场问题就是解析法的原理，这是人们开始研究电磁问题的理想方法，虽然解是精确的且具有普遍适用性，但其仅对简单、规则的目标适用。在电磁频谱的低频区，雷达波长较长，可以同时照射到目

8、标的各个部分，采用准静态法和电路理论方法来分析研究；在高频区，物体远大于入射波长，对目标的照射是局部化的，此时各单元之间是相互独立的，高频近似以及光学方法可以很好地解决高频区的散射问题；介于低频区和高频区之间称为谐振区，物体尺寸与入射波长相当，每一部分的散射都会对其他部分产生影响，每一部分的散射场都是入射场和其他部分引起的散射场的