混合快速算法在天線輻射和散射問(wèn)題中的研究與應(yīng)用.pdf

1、復(fù)雜電大尺寸載體平臺(tái)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(tái)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(lái)解決上述問(wèn)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(guò)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(wèn)題以及天線輻射問(wèn)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(shí)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(duì)于電大尺寸載體平臺(tái)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(lái)分析。以線而連接結(jié)構(gòu)作為主要研究對(duì)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(shí)現(xiàn)過(guò)程,提高了對(duì)電大尺寸載體平臺(tái)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(jì)中,通過(guò)調(diào)整陣元間距來(lái)優(yōu)化輻射陣因子,有效地實(shí)現(xiàn)了考慮互耦情況下副瓣電平的抑制,真實(shí)的考慮了天線的整個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)于輻射方向圖的影響。針對(duì)MoM-PO混合法自身存在的一些問(wèn)題,本文對(duì)其作了相應(yīng)的改進(jìn)和擴(kuò)展性研究。本文對(duì)PO電流在陰影區(qū)失效的問(wèn)題作了有效的修正,

4、分析了電大尺寸載體平臺(tái)上有線面連接結(jié)構(gòu)的天線輻射特性。針對(duì)MoM-PO混合算法中未考慮邊緣繞射對(duì)PO區(qū)域電流的影響,本文利用等效邊緣電流法對(duì)PO區(qū)域的電流進(jìn)行了修正,計(jì)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(tái)上陣列天線的散射特性分析中,修正后MoM-PO混合算法的計(jì)算精度得到了明顯的提高(尤其是對(duì)于散射問(wèn)題來(lái)說(shuō)),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(shí)際應(yīng)用中,我們往往關(guān)心的是如何快速有效地計(jì)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(jì)算效率,通過(guò)比較得出了AWE技術(shù)和Maehly逼近在計(jì)算導(dǎo)體目標(biāo)寬頻帶和寬角域的單站RCS時(shí)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(shì)在于Maehly逼近不需要計(jì)算阻抗矩陣的高階導(dǎo)數(shù)矩陣,減小了程序編寫(xiě)的復(fù)雜度,很容易和現(xiàn)有的MoM和MoM-PO混合算法的計(jì)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(kāi)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(jì)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(tái)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(shí)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(shí)獲取。單變量的Maehly逼近在計(jì)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(wú)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