天线双站RCS柱面近场测量方法研究

发布时间：2020-05-29 06:46

【摘要】：天线作为能够有效辐射和接收电磁波的重要装备,其散射特性在军事领域一直作为一个重要的设计参数。传统的远场天线散射测量方法不仅对测量环境的要求较高,而且保密性及获取的信息量相较于近场测量也有着较多的劣势。本文对双站柱面近场测量的三维算法进行推导,设计了一款可用双站柱面近场散射测量的近远场变换程序,输入对应的近场散射数据文件,便可求解出相应的远场散射特性,同时根据天线散射时所特有的模式项,设计了可用于分离天线的模式项的具体算法。通过与理想平面波入射时的远场RCS进行对比,验证了该双站柱面近场散射测量三维算法的正确性。本文的主要工作如下∶首先,介绍了关于柱坐标下电磁场的相关理论,推导了双站柱面的三维近远场变换算法,并对雷达散射截面进行了介绍,以及天线散射相关的理论进行了分析,从而设计出了一款可用于柱面近远场变换的三维程序。其次,通过FEKO仿真了典型目标理想导体球的远场双站RCS,并与理想导体球的解析解RCS进行了对比,从而说明了FEKO在仿真待测目标RCS时的准确性,可以将FEKO仿真的结果作为理论值与近远场变换结果进行比较。将理想导体球的近场数据做近远场变换后与理论值进行对比。另外,还将一个理想的导体圆柱作为待测目标,并设置理想的平面波从某个方向上入射,利用FEKO仿真出该导体圆柱对平面波进行散射时的近场数据及远场的RCS。通过所编写柱面近远场变换的三维程序,得到近远场变换后的RCS,并与理论的RCS进行对比,从而验证了该算法的正确性和可行性。然后,将一个螺旋天线作为待测目标,设置好螺旋天线的馈电端口,并设置理想的平面波沿着某个方向入射,利用FEKO仿真出此时的远场双站RCS及相应的近场数据。将得到的近场数据文件代入到柱面近远场变换的三维程序中去,便可得到含有模式项和结构项的近远场变换后的RCS。已知天线在完全匹配时,其散射时仅含有相应的结构项RCS。通过计算机模拟出此时的馈电端口的天线阻抗,并在相应的天线端口加上相应的匹配负载,便可得到仅含有结构项的远场RCS,利用相关程序,通过矢量加减的方法,便可分离出天线的模式项。另外,还将螺旋阵列天线作为待测目标,比较了螺旋阵列天线的近远场变换结果与仿真的理论远场RCS。分析了阵列天线阵列单元的端口阻抗,阵列天线由于单元之间的相互耦合作用,导致了阵列天线单元的端口阻抗与单个天线单元的端口阻抗有所不同。所以阵列天线在分离模式项RCS时,天线单元端口所加的共轭匹配负载也与单个天线单元时存在差异。最后,取部分区域的扫描面的近场数据,通过加余弦窗函数的方法,对近场数据进行加权处理计算结果表明,将余弦窗函数用于双站柱面近场散射测量,可以有效减小由于扫描面截断引起的误差。
【图文】：

单站RCS和双站RCS示意图

近场测量的扫描方式
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN820

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本文编号：2686557