雷達隱身技術是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中隱蔽和突防的重要技術手段,而雷達散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷達隱身技術的關鍵參數(shù)。如何更有效地降低目標的雷達散射截面,增強隱身性能,以及如何更準確地探測具有低雷達散射截面的目標,增強反隱身手段,都涉及到對目標時域和頻域散射特性的研究。本文旨在研究周期性結(jié)構的頻域和時域散射特性,通過對周期性結(jié)構時、頻域散射特性的分析,揭示周期性結(jié)構的散射機理,探索利用結(jié)構的周期性縮減雷達散射截面、以及利用結(jié)構不同部分的時域響應探測低散射周期性目標的方法。本文工作為提高目標的隱身性能以及為隱身目標的探測提供了新的思路。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:1.通過對高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到周期性頻率選擇表面后產(chǎn)生的時域散射波形進行分析,發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構的電磁濺射現(xiàn)象,即其散射波形在開始時有較大幅度、經(jīng)過一段時間穩(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反射和透射電流進行了分析,從電路角度揭示了這種結(jié)構產(chǎn)生時域濺射現(xiàn)象的機理:即縫隙陣列等效電路中的電容和電感在散射開始時產(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,其時域濺射現(xiàn)象更顯著。為了驗證本文工作,對不同尺寸、相同頻率的縫隙陣列的時域濺射特性進行了實際測量,測量結(jié)果與理論分析結(jié)果一致性較好。2.對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行了研究,揭示了其帶內(nèi)的低RCS特性主要是由來自電磁帶隙和來自目標自身的散射在后向相抵消形成的。在此基礎上,通過對高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到低RCS目標后產(chǎn)生的時域散射波形進行分析,發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構的電磁濺射現(xiàn)象,探討了電磁濺射現(xiàn)象的形成機理,并進行了實驗驗證。利用這種濺射現(xiàn)象,有可能探索出一種探測低RCS目標的時域新方法。3.提出了利用各向異性結(jié)構不同方向上折射率不同的特性來設計低散射人工電磁表面的方法,并進行了實驗驗證。這種表面利用了由不同旋轉(zhuǎn)角度金屬貼片構成的陣列產(chǎn)生的等效各向異性介電常數(shù),使得在這個表面上傳播的表面波可以沿著設定的方向傳播,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。實驗結(jié)果與理論設計相吻合。4.為了實現(xiàn)不同極化波入射下的低RCS,提出了極化無關梯度折射率表面的概念,并采用圓環(huán)形貼片設計實現(xiàn)了準極化無關的梯度折射率表面。同時,基于廣義折射率原理,還設計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,并對其散射特性進行了深入研究。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,設計了適用于不同極化波入射時的低RCS超材料表面,和在較寬頻帶上實現(xiàn)低RCS的超材料表面。這些表面可將入射波散射到多個方向,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計方法,該方法先從數(shù)學上推導了能用于表示人工電磁材料表面電場分布的近似公式,再通過優(yōu)化調(diào)整公式中的各參數(shù),使散射滿足預先的設計要求。然后根據(jù)確定的公式參數(shù)推算出能夠?qū)崿F(xiàn)寬角度散射時所需的表面電場的相位分布條件,最后通過相位分布反推出對應位置處的單元結(jié)構,從而實現(xiàn)電磁表面的設計。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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)時間（ｋｅ）。圖２－１給出的是持續(xù)時間為０到４ｎｓ的時域散逡逑射波形，后向散射電場的包絡在圖中用藍色線標出，五ｍａｘ是散射電場的最逡逑大值。定義散射電場包絡值由包絡最大值下降到最大值一半時、兩個時刻逡逑之間的時間為濺射現(xiàn)象持續(xù)時間，用ｔｅｅ表示。逡逑０．００６邋邐逡逑？邐——包絡￡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Аⅲ哄义希姡蛇姡边�？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逡逑時間（ｎｓ）逡逑圖２－１覆蓋介質(zhì)層的縫隙陣列后向散射電場波形（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邋時域有限差分方法逡逑為了研宄周期性結(jié)構的時域散射波形，本文采用時域有限差分逡逑（Ｆｉｎｉｔｅ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ邋Ｍｅｔｈｏｄ

（Ｐ“ｉｘ）邋＝邋ｋ，ｘ邐（２－２５）逡逑其中０ａ0ｃ）表示每兩個相鄰子單元的相位差。如圖２－３所示，當電磁波從外逡逑界入射時，如果電磁波全部轉(zhuǎn)化為束縛于梯度表面的表面波，＆此時的數(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邐空間場的傅里葉變換解法逡逑在數(shù)學上，時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理論中，無論是自由空間還是封閉的傳輸波導，傳輸逡逑１４逡逑

列總的長度和寬度都是１８０毫米。在諧振頻率上，縫隙陣列的作用如同一個逡逑帶通濾波器，整個縫隙陣列對于入射波來說是全透明的。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。在計算逡逑過程中，時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。逡逑為了計算ＲＣＳ，入射場和后向散射場通過傅里葉變換換算到頻率上，逡逑然后通過下式計算逡逑ＲＣＳ邋＝邋１０１ｏｇ（４＾－ｉ—Ｌ）邐（３－２）逡逑此處廬是散射電場。為了得到Ｋｓ，用了近遠場變換的方法（近場結(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，縫隙單元長４５邋ｍｍ，寬２０邋ｍｍ，縫隙長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】

相關期刊論文 前1條

1 張宏波;龔書喜;賀秀蓮;;分形開槽減縮微帶天線RCS[J];微波學報;2006年06期

本文編號：2834231