關(guān)于金屬球雙站RCS探究和探析

1、關(guān)于金屬球雙站rcs探究和探析【摘要】不同量級(jí)的定標(biāo)體rcs值的測量具有很 強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，而其中最有用的定標(biāo)體之一就是金屬球，因 此金屬球的rcs以及與之相關(guān)問題的研究，其實(shí)踐意義重大?！娟P(guān)鍵詞】金屬球雷達(dá)散射截面(rcs)介質(zhì)1引言目標(biāo)電磁散射特性的研究經(jīng)久不衰，尤其是在現(xiàn)代軍事 和許多民用技術(shù)方面進(jìn)入了嶄新的階段。在該研究中，人們 習(xí)慣用雷達(dá)散射截面(radar cross section, rcs)來表征 目標(biāo)反射雷達(dá)波效率的特征，它是評(píng)價(jià)目標(biāo)電磁散射特性的 一個(gè)最基本的參數(shù)。用一個(gè)已知的、精確的rcs定標(biāo)體進(jìn)行 相對(duì)標(biāo)定，是測量求得各目標(biāo)rcs的前提，因此研究標(biāo)準(zhǔn)目 標(biāo)的電磁散射特性為

2、研究目標(biāo)電磁散射特性提供了理論依 據(jù)。同時(shí)它還具有實(shí)踐意義，比如在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，縮減目標(biāo) rcs以及對(duì)其進(jìn)行有效抑制，或者降低雷達(dá)熒威脅方向上的 rcs,均能使得目標(biāo)的生存幾率大大提高。2 rcsrcs是度量雷達(dá)目標(biāo)對(duì)照射電磁波散射能力的物理量， 其定義為：單位立體角內(nèi)目標(biāo)向接收方向散射的功率與從給 定方向入射于該目標(biāo)的平面波功率密度之比的4“倍1,2。從電磁散射觀點(diǎn)看，雷達(dá)目標(biāo)散射的電磁能量等于目標(biāo) 的等效面積與入射功率密度的乘積2。平面電磁波的入射 能量密度為(1) 其中：ei表示入射電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度；t10表 示自由空間波阻抗。借鑒天線口徑有效面積的概念，可得(2) 其中：p表不目標(biāo)截取

3、的總功率；o表不目標(biāo)等 效面積。假設(shè)功率是各向同性均勻地向四周立體角散射，則 在距離目標(biāo)r處的目標(biāo)散射功率密度為(3) 或者從雷達(dá)測量觀點(diǎn)看，rcs由雷達(dá)方程式推導(dǎo)可得，通常 用符號(hào)。表示，單位是m2,歸一化rcs曲線圖的縱坐標(biāo)為 o / x 2,橫坐標(biāo)為ka=2 n a/ x (a為目標(biāo)特征尺寸)，此時(shí) 兩維坐標(biāo)都無因次3, 4。從廣義上來講，在不滿足遠(yuǎn)場條 件下,rcs的測量值與測量距離有關(guān)，這樣可以定義近場rcs。3金屬球雙站rcs數(shù)值結(jié)果及相關(guān)問題討論金屬球是重要的定標(biāo)體之一，下面計(jì)算并討論金屬球的 雙站rcs值，首先假設(shè)平面波頻率為1ghz,沿-z方向入射, 電場的極化方向沿+x方向

4、，電場強(qiáng)度為lv/mo3. 1金屬球rcs假設(shè)金屬球的球心在直角坐標(biāo)系原點(diǎn)，半徑為0. 135m, 也恰好為0.45入。使用hfss軟件計(jì)算金屬球的雙站rcs, 并和相應(yīng)的級(jí)數(shù)解對(duì)比如圖1所示，兩者吻合較好，該方法 求解結(jié)果可靠，以后算例均用hfss軟件求解討論。3. 2涂敷不同介質(zhì)金屬球rcs半徑為0. 135m的金屬球分別涂覆2mm的介質(zhì)，相對(duì)介 電常數(shù)£1分別為7, 10, 50,相應(yīng)的雙站rcs數(shù)值結(jié)果如 圖2所示。由數(shù)值結(jié)果可知，涂敷介質(zhì)后在某些角度存在rcs 的減縮，而某些角度rcs反而增加了，且rcs減縮程度并不 是完全隨著介電常數(shù)的增大而增大的。例如0。到30。左右

5、的范圍內(nèi)，rcs的減縮程度隨著介電常數(shù)的增大而增大；而 在80°附近的位置，涂敷e r=7的介質(zhì)金屬球rcs的減縮最 小，其次是涂敷£ r=50的介質(zhì)，涂敷e r=10介質(zhì)金屬球的 rcs減縮程度最大。為了獲得較大的rcs減縮，可根據(jù)實(shí)際 的雷達(dá)位置情況，選擇合適的介質(zhì)進(jìn)行涂敷。3.3涂敷不同厚度介質(zhì)金屬球rcs半徑為0. 135m的金屬球涂敷e r=7的介質(zhì)，不同厚度 時(shí)的雙站rcs如圖1所示。由數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知，rcs并不 是隨著介質(zhì)厚度的增加而減小的。例如在介質(zhì)厚度為50mm 時(shí)，rcs幾乎在所有的方向上都大于沒有涂敷介質(zhì)時(shí)的情況。 而且，涂敷不同厚度的介質(zhì)，可以在相應(yīng)角度的位置獲得最 大的rcs減縮，但很難在所有的方向均實(shí)現(xiàn)減縮。表1列舉 了金屬球涂敷不同厚度介質(zhì)獲得rcs最大減縮值及其相應(yīng)的 位置，以及在全向上rcs減縮值的統(tǒng)計(jì)方差?？梢娡糠蠛穸?為5mm時(shí)rcs減縮值在各個(gè)方向上的變化最為平緩，厚度為 30mm時(shí)rcs減縮值變化最為劇烈。4結(jié)語本文對(duì)金屬球的雙站rcs進(jìn)行了研究，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與 解析結(jié)果吻合較好。在此基礎(chǔ)上，分別討論了涂敷不同介質(zhì), 以及同一介質(zhì)涂敷不同厚度金屬球的雙站rcs,發(fā)現(xiàn)對(duì)于給 定的入射波，每種介質(zhì)都有縮減rcs的最佳涂敷厚度，選 擇適當(dāng)?shù)耐糠蠛穸?，可在相?yīng)的角度達(dá)到