吸波涂料用于腔體rcs減縮計(jì)算方法研究

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1、吸波涂料用于腔體的RCS減縮的計(jì)算方法研究摘要：進(jìn)氣道等腔體結(jié)構(gòu)是飛行器的強(qiáng)散射源之一，在腔體內(nèi)表面涂覆吸波涂料可以有效地減縮其RCS，應(yīng)用等效表面阻抗邊界結(jié)合迭代物理光學(xué)法能夠高效、快速計(jì)算涂覆有損耗材料腔體的散射特性，進(jìn)而對(duì)吸波涂料的電磁參數(shù)和涂覆部位進(jìn)行比較優(yōu)化。給出的計(jì)算結(jié)果表明計(jì)算方法是正確有效的。關(guān)鍵詞：迭代物理光學(xué)法，腔體，等效表面阻抗邊界條件1．引言腔體是飛行器的強(qiáng)散射源之一，如圖1所示，在腔體內(nèi)部涂覆損耗材料能夠有效降低其雷達(dá)散射截面，這種非理想導(dǎo)體表面的腔體的散射特性分析一直是散射計(jì)算一個(gè)難度較大的熱門(mén)課題[1-5]。對(duì)于介質(zhì)涂覆的電大腔體，由于受到

2、內(nèi)存與計(jì)算速度的限制，難以應(yīng)用低頻數(shù)值方法求解?；谏渚€的SBR方法盡管可以處理腔體內(nèi)壁涂覆有吸波材料的問(wèn)題，但是其有著射線方法固有的計(jì)算精度不高、難以處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等不足。F.O.Basteiro等人提出的迭代物理光學(xué)法(IPO)能夠有效地對(duì)一般形狀腔體的電磁散射特性進(jìn)行分析，因?yàn)榭紤]了腔體內(nèi)面元的相互作用，IPO比一般的基于射線的方法(諸如彈跳射線法(SBR)、廣義射線展開(kāi)法(GRE)等)具有更高的精度，而且IPO是基于高頻的物理光學(xué)近似，面元剖分密度小，它又比純粹的數(shù)值計(jì)算方法有更高的計(jì)算效率[4,6]，為了處理涂覆有損耗材料的腔體，一些學(xué)者對(duì)IPO方法作了擴(kuò)展

3、，文獻(xiàn)[6-7]應(yīng)用Fresnel反射系數(shù)來(lái)處理吸波介質(zhì)，這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是由于無(wú)法通過(guò)Fresnel反射系數(shù)獲得位于同一平面的涂覆面元的相互作用，必須通過(guò)介質(zhì)涂覆格林函數(shù)等其它方法來(lái)處理。在文獻(xiàn)[2]中用表面阻抗邊界條件結(jié)合IPO來(lái)解決介質(zhì)涂覆腔體問(wèn)題，但是精度不高，該作者進(jìn)一步作了改進(jìn)，在文獻(xiàn)[3]中用等效表面阻抗邊界條件(EIBC)來(lái)處理?yè)p耗介質(zhì)，在入射波入射角度不是特別大的情況有著較高精度，而且這種方法可以方便地應(yīng)用到多層介質(zhì)涂覆地情況，該文應(yīng)用并矢格林函數(shù)處理磁流的貢獻(xiàn)，計(jì)算公式較為繁瑣，本文給出一種更易處理的混合計(jì)算公式，應(yīng)用等效阻抗邊界條件結(jié)合IPO來(lái)

4、計(jì)算介質(zhì)涂覆腔體。圖1涂覆有吸波涂料的腔體2．理論分析2.1等效阻抗邊界條件阻抗邊界是前蘇聯(lián)學(xué)者提出的，并由Leontovich進(jìn)行了系統(tǒng)的論證，因此又稱為萊昂托維奇阻抗邊界條件(LIBC)。它將目標(biāo)表面電磁場(chǎng)的切向分量用一個(gè)常數(shù)聯(lián)系起來(lái)，形式簡(jiǎn)單，在工程上有著廣泛的應(yīng)用，是計(jì)算介質(zhì)涂覆的有效方法。（1）其中為自由空間的阻抗，為表面的相對(duì)阻抗，為絕對(duì)阻抗。對(duì)于理想導(dǎo)體表面，。一般阻抗邊界條件的矢量形式為：（2）通常是和入射波的角度有關(guān)的，但是對(duì)于有著較大折射率的涂覆吸波材料，可以近似認(rèn)為和角度無(wú)關(guān)，此時(shí)有[3,4]：（3）其中、為相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)介電常數(shù)，為涂覆材料的厚

5、度，為自由空間的波數(shù)。2.2介質(zhì)涂覆腔體的IPO+EIBC混合計(jì)算公式對(duì)于理想導(dǎo)體表面腔體，IPO迭代公式為[5]：（4）式(4)中的表示主值積分，表示自由空間格林函數(shù)的梯度：(5)其中，。初始光學(xué)電流值為：（6）在腔體內(nèi)表面涂覆吸波涂料后，腔體內(nèi)表面除面電流外還存在磁流，因此迭代公式改寫(xiě)為：（7）其中磁流由等效表面阻抗邊界條件得到：（8）3．計(jì)算結(jié)果與討論為了驗(yàn)證本文提出的計(jì)算方法，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。計(jì)算結(jié)果是在P4-2.4G兼容機(jī)上完成的，操作系統(tǒng)為Windows2000，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Vc++6.0。如圖2所示，這里計(jì)算了一個(gè)4波長(zhǎng)×4波長(zhǎng)的介質(zhì)涂覆腔體[3]，其

6、中腔體內(nèi)壁涂覆吸波介質(zhì)，，，涂覆材料厚度6mm，入射波頻率10G。為了對(duì)比RCS減縮的效果，圖中也給出了沒(méi)有涂覆吸波涂料腔體的模式法計(jì)算結(jié)果。圖24波長(zhǎng)×4波長(zhǎng)圓柱介質(zhì)涂覆腔體的RCS從圖2中可以看到，在入射角度較小時(shí)，計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果吻合得相當(dāng)好，隨著入射角度的增大，腔體外部散射的作用增強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果開(kāi)始出現(xiàn)偏差。4．結(jié)論與應(yīng)用前景等效表面阻抗邊界條件結(jié)合迭代物理光學(xué)法在入射角度不是特別大的情況下能夠有效地計(jì)算介質(zhì)涂覆腔體的散射特性。文中的計(jì)算方法可以方便的應(yīng)用于腔體局部涂覆介質(zhì)的情況，在沒(méi)有介質(zhì)涂覆的部分面元磁流項(xiàng)為0。該方法還能對(duì)腔體涂覆材料的電磁參數(shù)、

7、腔體涂覆部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。盡管IPO分塊密度較小，不過(guò)由于實(shí)際進(jìn)氣道的尺寸相當(dāng)大，其未知量的數(shù)目仍然是相當(dāng)驚人的，為此下一步的工作是引入快速多極子(FMM)方法加速這種混合計(jì)算方法。參考文獻(xiàn)[1]HaoLing,Shung-WuLeeandRI-CheeChou.IEEETrans.OnAntennasandPropagation,1989,37(5):648-654[2]MasatoTADOKORDandKoheiHONGOIEICETrans.Electron.,2001,E84-C,no.10:1583-1587[3]MasatoT