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《線天線與陣列電磁散射特性的-研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、第一章緒論第一章緒論【摘要】本章首先介紹了目標雷達散射截面的基本概念及電磁散射研究的背景和意義，然后概述了電磁場數(shù)值方法及天線雷達散射截面的基本概念和分析方法，最后介紹本文的主要研究工作。1.1引言當電磁波照射到一定尺寸的障礙物上時，產(chǎn)生的與目標的結(jié)構(gòu)、位置以及入射波頻率、極化等相關(guān)的能量分布稱為散射。產(chǎn)生散射的物體稱為散射體。對電磁波的散射機理及其散射特性的研究具有重要意義，比如雷達探測、遙感探測、模式識別、無損檢測等許多工程技術(shù)都需要以目標電磁散射特性分析為基礎(chǔ)，散射特性的定量分析是這些應用系統(tǒng)設(shè)計和運行的主要依據(jù)
2、。軍事應用中隱身與反隱身技術(shù)的發(fā)展使得電磁散射問題在電子對抗中顯得越來越重要；在遙感探測中得到地面或海面背景下的軍事目標散射情況；在無線通信方面利用電離層、對流層進行散射通信；其它的工程應用如隨機粗糙面散射、地下勘測、電磁兼容等問題都與電磁波的散射有關(guān)；因此電磁散射問題的研究一直是電磁學中的一個重要組成部分。雷達散射截面[1](RadarCrossSection，RCS)是定量描述目標雷達特征的參量，表示目標對入射雷達波呈現(xiàn)的有效散射面積。雷達探測的回波強度就與該散射面積成正比。雷達散射截面s的定義為：ΕH?s?2?s
3、?2s=lim4pR=lim4pR22?￥?Ε??￥?Η?i2i2RR(1.1)式中Εi、Ηi分別表示入射波的電、磁場強度，Εs、Hs分別表示散射波的電、磁場強度，R為目標和雷達之間的距離。?Εs?2和?Hs?2表示單位面積上的散射波功率，因此4pR2?Εs?2或4pR2?Hs?2表示散射波在半徑為R的整個球面上的總散射功率。因此，目標雷達散射截面可理解為：目標各向同性散射時，總散射功率與1安徽大學碩士學位論文：線天線及陣列電磁散射特性的研究單位面積入射波功率之比。實際應用中鑒于雷達的遠程識別能力，因此雷達發(fā)射機和接收
4、機距離目標很遠，所以可將雷達入射波看成平面波。接收機和發(fā)射機之間的夾角稱為雙站角g，當雷達接收機和發(fā)射機位于同一位置時，稱為單站散射，也稱為后向散射，此時g=o；當接收機不是指向發(fā)射機時，稱為雙站散射。0對于三維幾何結(jié)構(gòu)，散射場Εs在遠區(qū)按1/R衰減，因此，式(1.1)中出現(xiàn)的R2抵消了距離的影響，即雷達散射截面與距離無關(guān)。對于簡單的二維情況雷達散射截面可定義為?s?2?s?2ΕH?s?2?s?2s￠=lim2pr=lim2prΕΗ?i?2?i?2r?￥r?￥.(1.2)由于雷達散射截面是標量，所以常用對數(shù)形式給出，即
5、s=s(1.3)dBsm10lg三維情形的雷達散射截面單位為m2或dBsm；二維情形的雷達散射截面單位為m或dBm。1.1研究背景及意義電磁散射問題的分析和解決需要現(xiàn)代化的設(shè)備為依托，而雷達則是迄今為止最有效的遠程電子探測設(shè)備，是通過發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收回波來獲得目標的位置、尺寸、變化速率等信息的裝置。其實質(zhì)是對雷達回波的分析來判定目標的確定位置和方位信息等。雷達發(fā)射特定波形的電磁波通過目標散射，再接收散射信號，從中提取目標的尺寸及特征信息，雷達目標的散射特征是電磁散射研究的重要組成部分。當電磁波入射目標時，
6、其回波向各個方向散射，在空間形成的總場為入射場與散射場之和。由于目標表面凹凸和漸變等因素影響，電磁波在入射時會發(fā)生繞射、衍射等現(xiàn)象。由經(jīng)典的麥克斯韋方程組[2]可知，變化的電場和磁場交替演變，使得入射到目標表面的電磁場會產(chǎn)生感應的電磁流，感應的電磁流會進一步產(chǎn)生二次輻射，在空間形成與入射波的頻率、極化以及目標結(jié)構(gòu)、形狀相關(guān)的能量分布，稱為散射方向圖。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭格局下，基于電磁特性的雷達隱身技術(shù)充分發(fā)揮了局部區(qū)域內(nèi)有2第一章緒論效的突防攻擊作用。1989年，美國入侵巴拿馬戰(zhàn)爭中F-117A隱形戰(zhàn)斗機初顯威力；1991年，
7、海灣戰(zhàn)爭中更是將隱身技術(shù)提升到?jīng)Q定局部戰(zhàn)爭成敗的重要因素?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭的勝負很大程度上取決于高科技在戰(zhàn)爭中的應用，因此隱身與反隱身技術(shù)越來越受到關(guān)注，所以目標的電磁散射研究對RCS縮減和整體的隱身都有重要的意義。1.1電磁場數(shù)值方法概述用于分析電磁場問題的方法可近似歸結(jié)為解析法、高頻近似法和數(shù)值法[3-5]等。利用麥克斯韋方程組的各種數(shù)學方程形式解析電磁場問題就是解析法的原理，這是人們開始研究電磁問題的理想方法，雖然解是精確的且具有普遍適用性，但其僅對簡單、規(guī)則的目標適用。在電磁頻譜的低頻區(qū)，雷達波長較長，可以同時照射到目
8、標的各個部分，采用準靜態(tài)法和電路理論方法來分析研究；在高頻區(qū)，物體遠大于入射波長，對目標的照射是局部化的，此時各單元之間是相互獨立的，高頻近似以及光學方法可以很好地解決高頻區(qū)的散射問題；介于低頻區(qū)和高頻區(qū)之間稱為諧振區(qū)，物體尺寸與入射波長相當，每一部分的散射都會對其他部分產(chǎn)生影響，每一部分的散射場都是入射場和其他部分引起的散射場的
