多層介質目標及介質覆蓋金屬目標的電磁散射特性分析.pdf

1、薄殼介質材料，特別是分層介質材料，具有質量輕、強度高等優(yōu)點，已在實際工程中越來越多地用作天線罩、隔熱罩和雷達吸波結構。但是，介質電磁散射的數(shù)值建模長期面臨未知量數(shù)目巨大、迭代收斂性能較差等技術挑戰(zhàn)。面對上述問題，本文從薄介質片建模方法以及基函數(shù)改進兩個方面著手，在如何準確、快速地求解多層薄介質以及介質覆蓋金屬目標的電磁散射特性問題中開展了一系列研究工作。
　　首先，本文介紹了積分方程方法的理論基礎和數(shù)值實現(xiàn)，包括表面積分方程、體積

2、分方程和體面積分方程方法。除此之外，基于體積分方程方法的薄介質片(TDS)等效方法也得以詳細介紹。在此基礎上，系統(tǒng)地闡述了矩量法的數(shù)值實現(xiàn)和關鍵技術，并研究了利用數(shù)值方法求解電磁散射問題的具體步驟。
　　其次，研究了適用于單層薄介質涂敷金屬目標的修正單層TDS等效方法?？紤]到格林函數(shù)取值精度對積分結果的影響，在有效控制計算量的前提下，使離散網格中格林函數(shù)的取值更逼近真實值，從而提高數(shù)值積分精度；同時，在保證精度不變的前提下還擴大了

3、單層介質厚度的適用范圍。
　　基于上述改進的單層TDS模型，提出了適用于多層薄介質以及多層薄介質覆蓋金屬目標的修正多層TDS等效方法，并推導出相應的遞推公式。在本文提出的修正多層TDS等效模型中，各介質薄層的體電流可根據不同的電流方向分解為切向體電流和法向體電流分量；其中，體電流切向和法向分量的橫向分布在橫向電流面內分別用CRWG基函數(shù)和脈沖基函數(shù)展開；法向體電流分量的法向分布則依據麥克斯韋方程推導出法向的遞推關系式。為了節(jié)約未知

4、量個數(shù)，先前的多層TDS方法在描述法向體電流的法向分布時僅使用了單向的遞推公式來減少法向未知量的個數(shù)。然而，對于厚度偏大的介質層，單向遞推過程將導致較大的遞推誤差。本文提出的修正多層TDS等效方法改進了法向未知量的遞推公式，使其由單向遞推變?yōu)殡p向(上下兩方向同時)遞推，從而提高了處理同一厚度介質層散射問題的求解精度。在給定數(shù)值解容差的前提下，該方法則增加了可模擬的介質層厚度。
　　為實現(xiàn)電大尺寸目標的高效求解，本文分別將修正單層T

5、DS方法與修正相位提取基函數(shù)、修正多層TDS方法與相位提取基函數(shù)相結合，進一步簡化了電大尺寸薄介質涂敷金屬目標和多層薄介質目標的電磁散射模型。當介質涂敷金屬目標中介質涂敷層非常薄時，受PEC邊界條件的規(guī)范，介質體內體電流的切向分量可視為零，那么體電流法向分量則與金屬表面感應電流相關。采用修正相位提取基函數(shù)來描述金屬表面感應電流，可對單層薄介質涂敷的凹、凸金屬目標予以快速準確分析。另一方面，多層薄介質殼具有多層薄介質波導的導波特性，因此介

6、質體內體電流沿介質體切向方向的分布可認為主要是行波分布。僅采用行波類型的相位提取基函數(shù)來描述介質體內電流分布，即可對多層薄介質目標快速準確分析。
　　針對夾層介質罩的電磁特性建模，本文提出了分層體積分方法。對于夾層介質罩而言，它不再是單一的薄層，而是薄層與厚層并存，例如 A-夾層介質罩就是內外表面高強度薄層之間有透波率較高的厚夾層的結構。針對夾層介質罩的具體結構，提出了等效分層模型；根據天線罩厚度的不同提出相應的未知量選擇準則，使

7、未知量個數(shù)最大程度地減少。
　　最后，作為本文方法的另一典型應用，文中考察了臨近空間高超聲速飛行器及其等離子體鞘套、飛行器天線的一體化理論建模與數(shù)值分析。當入射電磁波頻率提升到接近微波頻段時，臨近空間高超聲速飛行器即是典型的電大尺寸目標。臨近空間飛行器在做高速飛行時，飛行器周圍的氣體在高溫摩擦下產生大量的等離子體分布在飛行器表面。與飛行器的電尺寸相比，等離子體鞘套是很薄的。本文將等離子體鞘套等效為多層介質材料，因此，覆蓋等離子體鞘