混合快速算法在天線輻射和散射問題中的研究與應(yīng)用.pdf

1、復(fù)雜電大尺寸載體平臺上天線的輻射特性分析以及天線雷達(dá)散射截面(RCS)的分析與預(yù)估一直是備受關(guān)注的難點(diǎn)課題之一。本文研究的主要內(nèi)容是如何快速分析電大尺寸載體平臺上天線的輻射特性以及電大尺寸導(dǎo)體目標(biāo)和陣列天線RCS的頻空二維特性。本文采用以矩量法為基礎(chǔ)的高低頻混合算法(矩量法結(jié)合物理光學(xué)混合法)以及與快速掃頻技術(shù)相結(jié)合的混合算法來解決上述問題。
　　 由于矩量法是本文后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ),詳細(xì)介紹了其建模以及求解的具體過程,其中包括基函

2、數(shù)的選取,奇異性的處理以及矩陣方程的求解。采用矩量法求解自由空間中理想導(dǎo)體散射問題以及天線輻射問題,并將其引入到陣列天線散射特性的分析中,詳細(xì)地分析了振子陣列天線在接不同負(fù)載時其RCS的變化情況,比較了平面振子陣列天線與圓柱面振子陣列天線之間RCS的差異。
　　 對于電大尺寸載體平臺附近天線輻射性能的分析,本文采用矩量法結(jié)合物理光學(xué)混合算法(MoM-PO)來分析。以線而連接結(jié)構(gòu)作為主要研究對象,引入面/面連接模型,詳細(xì)介紹了Mo

3、M-PO混合法結(jié)合面/面連接模型的具體實現(xiàn)過程,提高了對電大尺寸載體平臺上天線輻射性能的分析能力。將MoM-PO混合算法和混合優(yōu)化算法用于考慮互耦情況下滿足最小陣元間距約束的陣列天線設(shè)計中,通過調(diào)整陣元間距來優(yōu)化輻射陣因子,有效地實現(xiàn)了考慮互耦情況下副瓣電平的抑制,真實的考慮了天線的整個結(jié)構(gòu)對于輻射方向圖的影響。針對MoM-PO混合法自身存在的一些問題,本文對其作了相應(yīng)的改進(jìn)和擴(kuò)展性研究。本文對PO電流在陰影區(qū)失效的問題作了有效的修正,

4、分析了電大尺寸載體平臺上有線面連接結(jié)構(gòu)的天線輻射特性。針對MoM-PO混合算法中未考慮邊緣繞射對PO區(qū)域電流的影響,本文利用等效邊緣電流法對PO區(qū)域的電流進(jìn)行了修正,計算精度得到了顯著的提高。并且將修正后的MoM-PO混合算法引入到電大尺寸導(dǎo)體目標(biāo)和電大尺寸載體平臺上陣列天線的散射特性分析中,修正后MoM-PO混合算法的計算精度得到了明顯的提高(尤其是對于散射問題來說),使得MoM-PO混合算法的應(yīng)用范圍得到了大大的擴(kuò)展。
　　

5、 考慮到在實際應(yīng)用中,我們往往關(guān)心的是如何快速有效地計算導(dǎo)體目標(biāo)的寬頻帶和寬角域的雷達(dá)散射截面以及天線輻射特性和散射特性的寬頻帶分析。本文首先詳細(xì)介紹了AWE技術(shù)和Maehly逼近的基本原理和相關(guān)公式,將MoM分別與AWE技術(shù)和Maehly逼近相結(jié)合用于快速分析三維任意形狀導(dǎo)體目標(biāo)RCS的頻率響應(yīng)和角度響應(yīng),有效地提高了單站RCS的計算效率,通過比較得出了AWE技術(shù)和Maehly逼近在計算導(dǎo)體目標(biāo)寬頻帶和寬角域的單站RCS時的優(yōu)缺點(diǎn)。由

6、于AWE技術(shù)自身的不足和局限性,使其應(yīng)用范圍受到了限制。Maehly逼近與AWE技術(shù)相比,最大的優(yōu)勢在于Maehly逼近不需要計算阻抗矩陣的高階導(dǎo)數(shù)矩陣,減小了程序編寫的復(fù)雜度,很容易和現(xiàn)有的MoM和MoM-PO混合算法的計算機(jī)代碼相結(jié)合。與AWE技術(shù)中Padé逼近相比,在相同的展開階數(shù)的情況下,Maehly逼近能在更寬的頻帶和角域內(nèi)很好地與MoM計算的結(jié)果相吻合。因此,本文提出將Maehly逼近結(jié)合修正后的MoM-PO混合算法引入到電

7、大尺寸載體平臺上線天線輸入阻抗和回波損耗的分析中,進(jìn)一步擴(kuò)展了MoM-PO混合算法的應(yīng)用范圍。在實際應(yīng)用中,我們往往關(guān)心的是導(dǎo)體目標(biāo)在寬頻帶和寬角域內(nèi)RCS值的同時獲取。單變量的Maehly逼近在計算導(dǎo)體目標(biāo)雷達(dá)散射截面的頻率響應(yīng)中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了,但一維單變量的Maehly逼近無法獲得導(dǎo)體目標(biāo)三維的RCS數(shù)據(jù)。因此,本文將Maehly逼近擴(kuò)展成二維雙變量外推技術(shù),應(yīng)用于快速分析三維任意形狀導(dǎo)體目標(biāo)和陣列天線的雷達(dá)散射截面的空頻二維