發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 21:36

　　 雷達(dá)隱身技術(shù)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中隱蔽和突防的重要技術(shù)手段,而雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷達(dá)隱身技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)。如何更有效地降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面,增強(qiáng)隱身性能,以及如何更準(zhǔn)確地探測(cè)具有低雷達(dá)散射截面的目標(biāo),增強(qiáng)反隱身手段,都涉及到對(duì)目標(biāo)時(shí)域和頻域散射特性的研究。本文旨在研究周期性結(jié)構(gòu)的頻域和時(shí)域散射特性,通過(guò)對(duì)周期性結(jié)構(gòu)時(shí)、頻域散射特性的分析,揭示周期性結(jié)構(gòu)的散射機(jī)理,探索利用結(jié)構(gòu)的周期性縮減雷達(dá)散射截面、以及利用結(jié)構(gòu)不同部分的時(shí)域響應(yīng)探測(cè)低散射周期性目標(biāo)的方法。本文工作為提高目標(biāo)的隱身性能以及為隱身目標(biāo)的探測(cè)提供了新的思路。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.通過(guò)對(duì)高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到周期性頻率選擇表面后產(chǎn)生的時(shí)域散射波形進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構(gòu)的電磁濺射現(xiàn)象,即其散射波形在開(kāi)始時(shí)有較大幅度、經(jīng)過(guò)一段時(shí)間穩(wěn)定后幅度才變得很小的現(xiàn)象。采用等效電路分析方法對(duì)反射和透射電流進(jìn)行了分析,從電路角度揭示了這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生時(shí)域?yàn)R射現(xiàn)象的機(jī)理:即縫隙陣列等效電路中的電容和電感在散射開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生不均衡散射,從而造成總散射出現(xiàn)較大的峰值,如果等效電容增加,其時(shí)域?yàn)R射現(xiàn)象更顯著。為了驗(yàn)證本文工作,對(duì)不同尺寸、相同頻率的縫隙陣列的時(shí)域?yàn)R射特性進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量,測(cè)量結(jié)果與理論分析結(jié)果一致性較好。2.對(duì)帶電磁帶隙的微帶天線和覆蓋電磁帶隙的棋盤型人工電磁表面的散射特性進(jìn)行了研究,揭示了其帶內(nèi)的低RCS特性主要是由來(lái)自電磁帶隙和來(lái)自目標(biāo)自身的散射在后向相抵消形成的。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到低RCS目標(biāo)后產(chǎn)生的時(shí)域散射波形進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構(gòu)的電磁濺射現(xiàn)象,探討了電磁濺射現(xiàn)象的形成機(jī)理,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用這種濺射現(xiàn)象,有可能探索出一種探測(cè)低RCS目標(biāo)的時(shí)域新方法。3.提出了利用各向異性結(jié)構(gòu)不同方向上折射率不同的特性來(lái)設(shè)計(jì)低散射人工電磁表面的方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這種表面利用了由不同旋轉(zhuǎn)角度金屬貼片構(gòu)成的陣列產(chǎn)生的等效各向異性介電常數(shù),使得在這個(gè)表面上傳播的表面波可以沿著設(shè)定的方向傳播,從而可以使其向著和背離表面邊緣傳播,避免激發(fā)邊緣奇異電流,減小邊緣的散射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論設(shè)計(jì)相吻合。4.為了實(shí)現(xiàn)不同極化波入射下的低RCS,提出了極化無(wú)關(guān)梯度折射率表面的概念,并采用圓環(huán)形貼片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)極化無(wú)關(guān)的梯度折射率表面。同時(shí),基于廣義折射率原理,還設(shè)計(jì)了方形貼片和耶路撒冷貼片等2種不同類型的梯度折射率表面,并對(duì)其散射特性進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明,環(huán)形貼片梯度折射率表面能將不同極化的入射波轉(zhuǎn)化為表面波,耶路撒冷貼片梯度折射率表面能在較寬頻帶內(nèi)減低后向RCS。5.利用編碼的思想和環(huán)形貼片及耶路撒冷貼片單元的反射相位分布情況,設(shè)計(jì)了適用于不同極化波入射時(shí)的低RCS超材料表面,和在較寬頻帶上實(shí)現(xiàn)低RCS的超材料表面。這些表面可將入射波散射到多個(gè)方向,打散散射能量,從而減小后向RCS。6.提出了低散射寬帶人工電磁表面的設(shè)計(jì)方法,該方法先從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)了能用于表示人工電磁材料表面電場(chǎng)分布的近似公式,再通過(guò)優(yōu)化調(diào)整公式中的各參數(shù),使散射滿足預(yù)先的設(shè)計(jì)要求。然后根據(jù)確定的公式參數(shù)推算出能夠?qū)崿F(xiàn)寬角度散射時(shí)所需的表面電場(chǎng)的相位分布條件,最后通過(guò)相位分布反推出對(duì)應(yīng)位置處的單元結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)電磁表面的設(shè)計(jì)。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN95
【部分圖文】：

率最大值所降低或者升高的倍數(shù)，表示了電磁波開(kāi)始部分濺射出的功率大逡逑小程度。逡逑濺射現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間（ｋｅ）。圖２－１給出的是持續(xù)時(shí)間為０到４ｎｓ的時(shí)域散逡逑射波形，后向散射電場(chǎng)的包絡(luò)在圖中用藍(lán)色線標(biāo)出，五ｍａｘ是散射電場(chǎng)的最逡逑大值。定義散射電場(chǎng)包絡(luò)值由包絡(luò)最大值下降到最大值一半時(shí)、兩個(gè)時(shí)刻逡逑之間的時(shí)間為濺射現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間，用ｔｅｅ表示。逡逑０．００６邋邐逡逑？邐——包絡(luò)￡逡逑0■－邋廣＾逡逑ｒ＇／ｗ逡逑＿＿邐＊．邋ｉ－邋Ｉ邋＊邐？邐＊邐．邐１邐％邐＇邐？邐？逡逑袖－０．００２邋－邐ｊ邋；邋；邐；邋：邋＇ｔ邋：、＇：逡逑．邐�。海海海哼姡�、：逡逑｜邐Ｉ邐１邐？邋＊邐ｉ逡逑－０．００４邋－邐ｊ邐ｊ逡逑丨一、’邐’加邐＂—｜逡逑－０．００６邋邐■邐１邐邐邐１邐■邐１——＾邐１邐■邐逡逑０．０邐０．８邋ｔ0邋１．６邐２．４邋ｔ］邋３．２邐４．０逡逑時(shí)間（ｎｓ）逡逑圖２－１覆蓋介質(zhì)層的縫隙陣列后向散射電場(chǎng)波形（介質(zhì)層＆＝１０．２，厚度Ａ邋＝２邋ｍｍ）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｂａｃｋｗａｒｄ邋ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｔ邋ａｒｒａｙ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ逡逑（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ：邋ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ邋ｓｒ邋＝邋１０．２，邋ｈｅｉｇｈｔ邋ｈ邋＝２邋ｍｍ）逡逑２．２．２邋時(shí)域有限差分方法逡逑為了研宄周期性結(jié)構(gòu)的時(shí)域散射波形，本文采用時(shí)域有限差分逡逑（Ｆｉｎｉｔｅ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ邋Ｍｅｔｈｏｄ

（Ｐ“ｉｘ）邋＝邋ｋ，ｘ邐（２－２５）逡逑其中０ａ0ｃ）表示每?jī)蓚�(gè)相鄰子單元的相位差。如圖２－３所示，當(dāng)電磁波從外逡逑界入射時(shí)，如果電磁波全部轉(zhuǎn)化為束縛于梯度表面的表面波，＆此時(shí)的數(shù)逡逑值大于R<，從而可以得出在垂直于梯度表面方向上，傳播常數(shù)匕是一個(gè)虛逡逑數(shù)，電磁波在梯度表面法向上指數(shù)衰減。逡逑２．３．２邐空間場(chǎng)的傅里葉變換解法逡逑在數(shù)學(xué)上，時(shí)域與頻域之間的變換為：逡逑＾）＝＼ｍｅ＾ｄｔ邐（２．２６）逡逑ｍ邋＝邋＾＼Ｆ｛（0）ｅｒｉｍｄｃｏ逡逑ｌｎｉ邐（２－２７）逡逑空域與譜域之間的變換為（以二維情況為例）：逡逑ｗ（ｘ，ｙ）邋＝邐＼＼Ｕ（ｋｘ，ｋ邋ｙ邋，ｋ＇ｘ￣ｌｋ＇ｙｄｋｘｄｋｖ逡逑（２－２８）逡逑ｕｉ．ｋ＾ｋｙ）邋＝邋＼＼邋Ｕ（Ｘ＾邋ｙｙ＇Ｋｘ＋Ａ邋ｙｄｘｄｙ邐（２＿２９）逡逑在平面波譜展開(kāi)理論中，無(wú)論是自由空間還是封閉的傳輸波導(dǎo)，傳輸逡逑１４逡逑

列總的長(zhǎng)度和寬度都是１８０毫米。在諧振頻率上，縫隙陣列的作用如同一個(gè)逡逑帶通濾波器，整個(gè)縫隙陣列對(duì)于入射波來(lái)說(shuō)是全透明的。為了尋找縫隙陣逡逑列的諧振頻率，用ＦＤＴＤ算法算出縫隙單元的ＲＣＳ，如圖３－２所示。在計(jì)算逡逑過(guò)程中，時(shí)域入射波的極化方向平行于縫隙的短邊。入射波采用調(diào)制高斯逡逑脈沖逡逑４＾（／－０．８ｒ＇）Ｊ逡逑ｊ邐１＾２邐邐邐邋一邋邐邐逡逑Ｅ邋＝邋ｃｏｓ（２＾－／０／）ｘｅ邐（３－１）逡逑其中Ｔ’邋＝邋２／／ｇ邋，／0邋＝邋５邋ＧＨｚ邋并且邋／ｇ邋＝邋３邋ＧＨｚ。逡逑為了計(jì)算ＲＣＳ，入射場(chǎng)和后向散射場(chǎng)通過(guò)傅里葉變換換算到頻率上，逡逑然后通過(guò)下式計(jì)算逡逑ＲＣＳ邋＝邋１０１ｏｇ（４＾－ｉ—Ｌ）邐（３－２）逡逑此處廬是散射電場(chǎng)。為了得到Ｋｓ，用了近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的方法（近場(chǎng)結(jié)果由逡逑ＦＤＴＯ得到）。從圖３－２中可以看出，縫隙陣列的諧振頻率為５．３邋ＧＨｚ。逡逑圖３－１縫隙陣列的結(jié)構(gòu)，縫隙單元長(zhǎng)４５邋ｍｍ，寬２０邋ｍｍ，縫隙長(zhǎng)３０ｍｍ，寬１邋ｍｍ逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｌｏｔ邋ａｒｒａｙ：邋ｌｅｎｇｔｈ邋ａｎｄ邋ｗｉｄｔｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｕｎｉｔ邋ｃｅｌｌ邋ａｒｅ邋４５邋ｍｍ邋ａｎｄ邋２０逡逑ｍｍ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，邋ａｎｄ邋ｌｅｎｇｔｈ邋ａｎｄ邋ｗｉｄｔｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｔ邋ａｒｅ邋３０邋ｍｍ邋ａｎｄ邋１邋ｍｍ邋ｒｅ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張宏波;龔書喜;賀秀蓮;;分形開(kāi)槽減縮微帶天線RCS[J];微波學(xué)報(bào);2006年06期

本文編號(hào)：2834231