第6章-电磁散射测量
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第六章 平面电磁波
一维电磁波，设电场仅为z的函数：
∂2Ex ∂z 2
−1 υ2
∂2Ex ∂t 2
=0
此方程的通解为
Ex ( z, t)
=
f
(t
−
z υ
)
+
f
(t
+
z υ
)
f ( t- z / v ) f ( t- z / v )
图 7-1 向+z方向传播的波
1
无界媒质中，一般没有反射波存在，只有单一行进方向的波。 假设平面波沿+z方向传播，只有Ex(z, t)分量，方程式的解
旋圆极化波 其它情况是椭圆极化波。
例1：试求下列均匀平面波的极化方式和传播方向。
(1) E = ex Em sin (ωt − kz ) + ey Em cos (ωt − kz )
(2) E = ex E0e− jkz − ey jE0e− jkz
(3)
E
=
ex
Em
sin
⎛⎜⎝ ωt
−
kz
+
π 4
入射波和反射波的形式
Ex
=
E e j(ωt−kz) 0
+
E e' j(ωt+kz) 0
自由空间：
∂Ex = ∂z
Ex
=
E e j(ωt−kz) 0
− jkE0e j(ωt−kz) = −μ
∂H ∂t
y
= − jωμH y
Hy =
E0
e = E e j(ωt−kz)
0 j(ωt−kz)
μ /ε
η
η具有阻抗的量纲，单位为欧姆(Ω)，与媒质参数有关，称为媒
MLFMA用于三维电大目标电磁散射特性的快速计算
随着计算电磁学的迅猛发展出现了快速多极子方法fastmultipolemethodfmm和多层快速多极子方法multilevelfastmultipolealgorithmmlfma该类方法从电磁散射的矢量积分方程出发能够准确描述边界条件互耦和矢量散射关系而且快速多极子方法fmm和多层快速多极子方法mlfma分别具有onlogn的计算复杂度使矩量法应用于电大尺寸散射体目标的电磁散射成为可能
第 27 卷第 6 期
Vol127 No16
长春师范学院学报 ( 自然科学版 )
Journal of Changchun Normal University (Natural Science)
2008 年 12 月 Dec. 2008
MLFMA 用 于 三 维 电 大 目 标 电 磁 散 射 特 性 的 快 速 计 算
[ 收稿日期 ] 2008 - 09 - 23 [作 者简 介 ] 李清 波 (1982 - ) , 男 , 江苏淮安人 , 淮阴师范学 院电子 与电气 工程系讲 师 , 从事 电磁场数 值计算 以及电 磁散射
(1 )
分析 研究 。
26
曲面三角形贴片灵活多变 , 适合各种复杂形状的物体 , 其优点主要为剖分更灵活 , 能处理复杂精细结 构 , 更易于拟合复杂三维 不规则目标表面 。我们可以借助于目前市 面上的许多计算机辅助 设计软件包 如 3DS , AutoCAD , ANSY S 等进行计算机自动剖分 , 以提高复杂目标几何建模的高效性和可靠性 。 考虑 xyz 平面的一个曲面三角形贴片 , 使用参数映射到参数空间成为右旋平面三角贴片。因为采用二阶 参数变换 , 一个曲三角贴片需要 6 个点描述 。具体表达式为 :
[ 关键词 ] 矩量法 ; 曲面 RWG 基函数 ; 多层快速多极子方法 ; 雷达截面积 [ 中图分类号 ] O44 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1008 - 178X( 2008) 06 - 0026 - 05
第 27 卷第 6 期
Vol127 No16
长春师范学院学报 ( 自然科学版 )
Journal of Changchun Normal University (Natural Science)
2008 年 12 月 Dec. 2008
MLFMA 用 于 三 维 电 大 目 标 电 磁 散 射 特 性 的 快 速 计 算
[ 收稿日期 ] 2008 - 09 - 23 [作 者简 介 ] 李清 波 (1982 - ) , 男 , 江苏淮安人 , 淮阴师范学 院电子 与电气 工程系讲 师 , 从事 电磁场数 值计算 以及电 磁散射
(1 )
分析 研究 。
26
曲面三角形贴片灵活多变 , 适合各种复杂形状的物体 , 其优点主要为剖分更灵活 , 能处理复杂精细结 构 , 更易于拟合复杂三维 不规则目标表面 。我们可以借助于目前市 面上的许多计算机辅助 设计软件包 如 3DS , AutoCAD , ANSY S 等进行计算机自动剖分 , 以提高复杂目标几何建模的高效性和可靠性 。 考虑 xyz 平面的一个曲面三角形贴片 , 使用参数映射到参数空间成为右旋平面三角贴片。因为采用二阶 参数变换 , 一个曲三角贴片需要 6 个点描述 。具体表达式为 :
[ 关键词 ] 矩量法 ; 曲面 RWG 基函数 ; 多层快速多极子方法 ; 雷达截面积 [ 中图分类号 ] O44 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1008 - 178X( 2008) 06 - 0026 - 05
第6章 微波辐射测量
4) 波束效率与波束宽度
天线辐射方向图立体角为： 主波束立体角为：
M
P Fn ( , )d
4
( , )d F F ( , ) max
4
dP S r dA r 2 S r
dA F , d r2
主波束
Fn ( , )d
电子信息工程学院
电子信息工程学院
微波遥感分类
微波无源遥感
探测信息
微波遥感分类
微波有源遥感
探测信息
微波频段范围从300MHz到300GHz。 微 主要是对地物所辐射微波进行探测。
微波频段范围从300MHz到300GHz。主要是 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测。
2).点源和面源
点源：辐射源对观测点（接收天线相位中心）所张的立体角小 接收天线 波束 体角 发射天线 于接收天线的主波束立体角。（发射天线）
3). 谱辐射量和谱功率
物质的热辐射不仅与温度有关，还与辐射波的频率有关。 物质在某绝对温度下，可辐射各种不同频率的电磁辐射，微波遥
（来自于张祖荫，微波辐射测量 技术及应用，1995）
ˆE ˆE E
H
1
ˆ E) (r
1 ˆ ˆE ) (E
功率密度：
S
2 1 1 2 ˆ ( E E ) Re( E H ) r 2 2
S
2 1 2 ( E E ) 2
•
点源辐射场表 式 点源辐射场表达式： （远场条件）
6) 弗里斯传递公式
2. 无源微波辐射测量基础
1). 辐射测量术语简介
功率密度和输入功率的关系 功率密度和输入功率的关系：
课程作业
精品课程作业：第一章双测向测井习题一1.为什么要测量地层的电阻率？2.测量地层电阻率的基本公式是什么？3.普通电阻率测井测量地层电阻率要受到那些因素的影响？4.聚焦式电阻率测井是如何实现对主电流聚焦？如何判断主电流处于聚焦状态？5.画出双测向电极系，说明各电极的名称及作用。
6.为什么双测向的回流电极B和参考电极N要放在无限远处？“无限远处”的含义是什么？7.为什么说监控回路是一个负反馈系统？系统的增益是否越高越好？8.为什么说浅屛流源是一个受控的电压源？9.试导出浅屛流源带通滤波器A3的传递函数。
10.已知该带通滤波器的中心频率为128Hz，求带通宽度、11.为什么说深测向的屛流源是一个受控的电流源。
12.监控回路由几级电路组成？各起何作用？13.试画出电流检测电路的原理框图，说明各单元的功用？14.双测向测井仪为什么要选用两种工作频率？15.测量地层冲洗带电阻率的意义是什么？16.和长电极距的电阻率测井方法相比，微电阻率测井方法有什么异同？17.为了模拟冲洗带电阻率R xo为1000Ω·m和31.7Ω·m，计算出微球形聚焦测井仪的相应刻度电阻值R(K＝0.041m)。
18.为了测量地层真电阻率，应当选用何种电极系？19.恒流工作方式有什么优点？20.求商工作方式有什么有缺点？21.给定地层电阻率变化范围为0.5～5000Ω·m，电极系常数为0.8m，测量误差δ为5％，屛主流比n为103，试计算仪器参数：G、G v、G I、W0max、W lmax、r、E（用求商式）。
第二章感应测井习题二1.在麦克斯韦方程组中，忽略了介质极化的影响，试分析这种做法的合理性。
2.已知感应测井的视电导率韦500（Ms/m），按感应测井公式计算地层的真电导率，要求相对误差小于1％。
3.单元环的物理意义是什么？4.相敏检波器可以从感应测井信号中检出有用信号，那么，为什么在设计线圈系时好要把信噪比作为一个重要的设计指标？5.画出1503双感应测井仪深感应部分的电路原理框图，说明各部分电路功能。
电磁散射特性研究
方案，并用时域有限差分（FDTD）方法[6]对等离子体隐 身翼面结构进行了优化设计。
1 FDTD迭代公式
各向同性媒质中麦克斯韦旋度方程为：
荦 × 軖H = ε0εr鄣E軑/鄣t + σE軑
（1a）
荦 × E軑 = - μ0 μr鄣軖H/鄣t - σm軖H
（1b）
式中：μ0和ε0分别为真空中的磁导率和介电常数；εr、μr、
第 22 卷 第 4 期 2012 年 12 月
天津职业技术师范大学学报 JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION
Vol.22 No.4 Dec. 2012
等离子体隐身翼面的电磁散射特性研究
成 丹，郑宏兴
（天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所，天津 300222）
电磁散射计算模型
导读：复合网格法在电磁散射问题中的应用研究，电磁散射问题中的频域有限元算法，电
磁散射的高效混合计算方法，电磁散射问题的有限元分析，电磁散射特性仿真研究，电磁散 射计算模型。
中国学术期刊文辑（2013）
目录
一、理论篇 等离子体隐身翼面的电磁散射特性研究 1 电磁散射问题中的频域有限元算法 5 短切碳纤维电磁散射特性仿真研究 8 二维改进分形海面微波电磁散射计算模型 13 非高斯海面后向电磁散射的小斜率近似方法 19 复合目标电磁散射的高效混合计算方法 24 复合网格法在电磁散射问题中的应用研究 31 基于 POEEC 的各向同性介质薄层涂覆目标电磁散射 34 基于 SIBC 的等离子体薄涂层电磁散射的 FDTD 分析 39 基于基尔霍夫近似的改进分形海面电磁散射特性 48 基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析 54 介质粗糙面及其与上方目标的复合电磁散射 60 二、发展篇 介质涂层金属圆柱体有限元法电磁散射特性的分析 63 金属介质涂覆的 S 形扩压器电磁散射特性 64 均匀介质中衍射光栅的电磁散射 73 雷达目标电磁散射特性仿真与测量 78 某型轮式自行突击炮电磁散射场特性与表面电流分布 83 偏心介质柱电磁散射 87 三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究 92 双尺度法下改进分形海面电磁散射特性研究 98 水面目标复合电磁散射的并行迭代快速计算 104 指数型分布粗糙地面电磁散射的 FDTD 研究 110
6-高等电磁场理论-电磁散射
电磁散射分层媒质上的电偶极子理想导电圆柱对平面波的散射理想导电圆柱对柱面波的散射理想导电球对平面波的散射理想导电球对球面波的散射散射矩阵与散射截面61散射矩阵与散射截面散射体波源观察点散射矩阵散射矩阵散射体波源观察点10logdbsm定义
第6章
电磁散射
散射矩阵与散射截面
理想导电圆柱对平面波的散射 理想导电圆柱对柱面波的散射 理想导电球对平面波的散射 理想导电球对球面波的散射
an H (ka) ( j ) J n (ka) 0
J n (ka ) an ( j ) (2) H n (ka )
n
故得到
★ 讨论： ① 远区散射场
J n (ka ) (2) E ( j ) H n (k )e jn (2) H n (ka ) n
xLeabharlann es 1 (2) e jkz cos an H n (k sin )e jn k 0sin n
ei es 边界条件： ( )
a
0
an
§6.3 理想导电圆柱对柱面波的散射
问题：如图所示，一半径为a 的无限长理想
导体圆柱沿z 轴放置，附近放置一根无限长 的线电流 I，计算导体圆柱的散射场。 1. 无限长线源的场 位于 ( 0 ,0 ) 的无限长的线源的位函数满足方程
e
jkx
a
0
(Ei E S )
a
0
a
n
(2) an H n (ka )e jn 0
★ 平面波→基本柱面波函数展开 r (ex cos ey sin ) ez z jk r ， 平面波： e k k (ex cos k ey sin k ) ez kz
第6章
电磁散射
散射矩阵与散射截面
理想导电圆柱对平面波的散射 理想导电圆柱对柱面波的散射 理想导电球对平面波的散射 理想导电球对球面波的散射
an H (ka) ( j ) J n (ka) 0
J n (ka ) an ( j ) (2) H n (ka )
n
故得到
★ 讨论： ① 远区散射场
J n (ka ) (2) E ( j ) H n (k )e jn (2) H n (ka ) n
xLeabharlann es 1 (2) e jkz cos an H n (k sin )e jn k 0sin n
ei es 边界条件： ( )
a
0
an
§6.3 理想导电圆柱对柱面波的散射
问题：如图所示，一半径为a 的无限长理想
导体圆柱沿z 轴放置，附近放置一根无限长 的线电流 I，计算导体圆柱的散射场。 1. 无限长线源的场 位于 ( 0 ,0 ) 的无限长的线源的位函数满足方程
e
jkx
a
0
(Ei E S )
a
0
a
n
(2) an H n (ka )e jn 0
★ 平面波→基本柱面波函数展开 r (ex cos ey sin ) ez z jk r ， 平面波： e k k (ex cos k ey sin k ) ez kz
电磁场与电磁波(第6章)
由导线构成的天线，具有结构简单、成本低、易于制造等优点， 广泛应用于通信、广播等领域。
面天线
由金属面或金属网构成的天线，具有增益高、方向性强等优点，常 用于卫星通信等领域。
阵列天线
由多个天线单元组成的阵列，通过相位和振幅的调整实现定向辐射 和接收，具有较高的增益和方向性。
天线接收原理
电磁波接收
天线通过感应电磁场中的变化，将电磁波转化为电流或电压信号。
波的极化
电磁波的极化是指电场矢量的方向随时间变化的方式，可以分为线极化、圆极化和 椭圆极化等类型。
极化的方向和方式由波源和传播介质共同决定，不同的极化方式会导致电磁波与物 质的相互作用方式不同。
在某些情况下，极化方式的变化可以用于信息传输和信号处理等领域，例如在雷达、 卫星通信和无线通信等领域的应用。
屏蔽是利用导电或导磁材料将需要保 护的电子设备或系统包围起来，以减 少外界电磁场对它们的干扰。
接地是将电子设备或系统的接地端子 与大地连接起来，以减少外界电磁场 对它们的干扰。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
电磁场与电磁波（第6 章
目录
• 电磁场的基本性质 • 电磁波的传播 • 电磁波的应用 • 电磁波的吸收与散射 • 电磁波的辐射与接收 • 电磁波的干扰与防护
01
电磁场的基本性质
电场与磁场的关系
电场与磁场是电磁场的两个基本组成部 分，它们之间存在相互依存的关系。变 化的电场会产生磁场，变化的磁场又会 产生电场，它们相互激发，形成电磁波
反射等。
05
电磁波的辐射与接收
天线辐射原理
电磁波辐射
天线通过电流在空间中产生变化的磁场，进而产生电 磁波辐射。
辐射效率
面天线
由金属面或金属网构成的天线，具有增益高、方向性强等优点，常 用于卫星通信等领域。
阵列天线
由多个天线单元组成的阵列，通过相位和振幅的调整实现定向辐射 和接收，具有较高的增益和方向性。
天线接收原理
电磁波接收
天线通过感应电磁场中的变化，将电磁波转化为电流或电压信号。
波的极化
电磁波的极化是指电场矢量的方向随时间变化的方式，可以分为线极化、圆极化和 椭圆极化等类型。
极化的方向和方式由波源和传播介质共同决定，不同的极化方式会导致电磁波与物 质的相互作用方式不同。
在某些情况下，极化方式的变化可以用于信息传输和信号处理等领域，例如在雷达、 卫星通信和无线通信等领域的应用。
屏蔽是利用导电或导磁材料将需要保 护的电子设备或系统包围起来，以减 少外界电磁场对它们的干扰。
接地是将电子设备或系统的接地端子 与大地连接起来，以减少外界电磁场 对它们的干扰。
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电磁场与电磁波（第6 章
目录
• 电磁场的基本性质 • 电磁波的传播 • 电磁波的应用 • 电磁波的吸收与散射 • 电磁波的辐射与接收 • 电磁波的干扰与防护
01
电磁场的基本性质
电场与磁场的关系
电场与磁场是电磁场的两个基本组成部 分，它们之间存在相互依存的关系。变 化的电场会产生磁场，变化的磁场又会 产生电场，它们相互激发，形成电磁波
反射等。
05
电磁波的辐射与接收
天线辐射原理
电磁波辐射
天线通过电流在空间中产生变化的磁场，进而产生电 磁波辐射。
辐射效率
6高频方法
第六章高频方法电磁辐射和散射问题的计算方法，从适用的电尺寸范围看，可分为高频方法和低频方法。
低频方法精确，但随着电尺寸增加，计算量及内存需求迅速增加，计算速度慢，限制其只能应用于电小尺寸目标；高频方法适用于电大尺寸目标，计算量小，速度快，但其精度有待进一步提高，并且不适用于一些特殊部件（例如凹腔结构）的计算。
高频方法主要包括以射线求迹为基础的几何光学法(GO)、复射线理论和以等效流为基础的物理光学法(PO)、等效电流法(MEC)及计算绕射场的几何绕射理论(GTD)、一致性绕射理论(UTD)、一致性渐进绕射理论(UAT)、物理绕射理论(PTD)和增量长度绕射系数(ILDC)等。
§6.1 几何绕射理论的基本概念几何光学只研究直射、反射和折射问题，它不能解释绕射现象。
当几何光学射线遇到任意一种表面不连续，例如边缘、尖顶，或者在向曲面掠入射时，将产生它不能进入的阴影区。
按几何光学理论，阴影区的场应等于零，但实际上阴影区的场并不等于零。
这是由绕射现象造成的。
凯勒在1951年前后提出了一种近似计算高频电磁场的新方法。
他把经典几何光学的概念加以推广，引入了一种绕射射线以消除几何光学阴影边界上场的不连续性，并对阴影区的场进行适当的修正。
凯勒的这一方法称为几何绕射理论（GTD）。
几何绕射理论的基本概念可以归结为下列三点：（1）绕射场是沿绕射射线传播的，这种射线的轨迹可以用广义的费马原理确定。
原始的费马原理认为：几何光学射线沿从源点到场点的最短路径传播。
广义的费马原理则把绕射射线也包括在内，认为绕射射线也是沿最短路径传播的。
（2）场的局部性原理：在高频极限情况下，像反射和绕射这一类现象只取决于反射点和绕射点领域的电磁特性和几何特性。
由此就可以对某种几何形状的散射体，即所谓典型几何构形，导出把入射场和绕射场联系起来的绕射系数。
根据局部性原理，对于复杂几何形体的散射问题，可以把各个局部简单几何形体的散射场叠加起来得到整个系统产生的总场。
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缩比测量是目标特性研究的主要手段之一，缩比测量的理 论依据是电磁相似律，电磁相似律可以从经典电动力学的麦 克克斯韦方程组出发推导。
H B J t
E B t
B 0
D
矢量运算符( 和 )体现 了上述各场量间的时间与空间耦
合关系
第6章 电磁散射测量
同时，时间也进行减缩
t Tt 1 t f
虽然多种计算方法能够估算出目标的RCS性能，但每 种算法都有各自的局限性；
数值程序估算精度也需要测量数据的验证。
1. RCS测量目的：
取得对目标基本散射现象的了解 取得目标的特征数据 检验系统的性能 建立目标特性数据库
第6章 电磁散射测量
3. 高水平RCS 测量对测试系统的基本要求：
(1)所测RCS 值须与目标方位和距离相关联。 (2) 有足够的数据记录速率反映细微信息。 (3) 能测量所有的目标频段和极化方式。 (4) 信噪比足够小，能测量所需的低RCS 目标。 (5) 有足够的幅度动态范围。 (6) 具备监控功能，可以实时判断测量数据的质量。 (7) 能保存数据用于后续处理。
1
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
6.1.2 RCS测试原理
雷达方程
Pr
PtG2 2 (4)3 R4
由雷达距离方程可知，当式中除Pr 和 外其它各项参数固定
不变时，目标的雷达散射截面 的值仅与接收功率Pr 成正比。 据此，我们可确立目标RCS的测量方法，得到RCS测量的表达
式
0
Pr P0
式中，0 为标定目标(如标准的金属球或金属平板)的RCS值；P0 为在相同条件下对标定目标进行测量时的接收功率。
t
1 T
t
f
t
T 是模型系统时间与原型系统时间的比率。由于场的时间 跨度与频率成反比，则f为模型频率与原型频率的比率。
有意义的缩比要求模型的电磁特性跟原型完全相同，只在 量值上相差一个因子
E eE
H
hH
e 和h 分别是模型系统中的电场和磁场与原型系统对应量 的比率。
3
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
对大型复合目标而言， 往往可以在小于标准远 场距离处进行测量。
第6章 电磁散射测量
对于各向同性介质，有如下本构关系
DE B H J E
E H
H t
E t
E
要使缩比模型严格相似于全尺寸原型，它们间的场变换关 系须使麦克斯韦方程从模型系统变换到原型系统，即两个系 统中的电磁场均须满足麦克斯韦方程。
E H
1 l 1 l
E
e l
E
H t
H
h l
H
E t
E
E H
H t
E t
E
第一式乘以 l / e ，第二式乘以l / h ，继续变换得到
E 1 H lf h
e t
e
H l E E = h t
H t lf e
h
E t
l
e h
E
态角 低噪声环境：如微波暗室和“隐蔽”式目标支撑结构等，
使干扰信号对有用信号的影响最小 被测目标
根据室外和室内的不同特点，所使用的测量仪器有所不同， 并可能用其他仪器和装置去改进和补充这五个基本单元
第6章 电磁散射测量
6.1 电磁散射测试原理
6.1.1雷达截面测量目的
尽管电磁理论有其完整性，可以分析若干典型的散射 机理，但理论并不是万能的；
1; 1
高频局部场原理：在高频时，目标各部分的散射能量几乎 与其他部分的散射能量无关。
对于较为复杂的目标，组合目标不满足远场条件，而每个 局部却可能满足远场条件；由于高频场局部性原理，各个 局部的散射幅度的大小，以及散射图的主瓣、副瓣和零点 等，对测试距离并不敏感。
该情况下，小于R0的测 试距离对RCS 测量的主 要影响是散射方向图的 波瓣和零点略有变化， 但对被测目标的RCS 的 主瓣峰值影响却较小。
lf
h
e
lj e h
l e h
重新定义ε 、μ 和σ 分别为模 型系统与原型系统的介电常数、 磁导率和电导率的比率
lf
h e
1
lf
e h
1
l
e h
1
第6章 电磁散射测量
最为直接的限定条件是，要求缩比模型的电磁场与原模型完 全相同， e 1; h 1
进一步限定模型缩比时介质的极化、磁化特性保持不变，即
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
6.1 电磁散射测试原理 6.2 RCS测量基本概念 6.பைடு நூலகம் 目标RCS测量方法 习题六
第6章 电磁散射测量
2. RCS测量设备至少应包括以下5部分：
测试雷达：应能有发射和接收足够强度微波信号的能力 记录仪：能以模拟的或数字的方式存储信息 转台：能够承载和固定目标，并通过旋转而改变目标的姿
用分贝表示为
10 lg
Pr P0
0
20 lg | |
Er E0
| |
0
第6章 电磁散射测量
对于低频而言，远 场要求不难满足； 但对高频，一般的 测试雷达灵敏度和 测试场地尺寸就难 以满足远场要求。
有时为保证足够的 接收信号强度，不 得不选择较小的测 量距离。减小测量 距离的主要影响是 入射场的横向相位 偏差和轴向幅度衰 减。
通常要求 kh / 8 ，即 h /16
由此得到： R ≥ 2 d 2
其结果与曲面散射的等相位宽度及天线测量的远场条件相似。
第6章 电磁散射测量
对于很简单的目标，例如平板、圆柱体等，近场影响的主要 特征表现为零点被充填和主副瓣电平变化。
5 5 平板的RCS分布
2
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
RCS测量的远场条件
第6章 电磁散射测量
6.2 RCS测量基本概念
6.2.1 远场测量条件 考察入射到与目标同宽度的口径
上相位波前偏离均匀分布的情况：
h R R2 (d / 2)2
h R 1
1
d 2R
2
球面波前在目标口径面上的相位偏差 假设 d 2R ，则有 h d 2 8R
假设模型尺寸是原型尺寸的l倍(l 可以大于或小于1)，模型 的各部分均须与原型的相应部分同比例几何缩小或放大。
L lL
L pL
p 1/ l 定义为缩比因子
第6章 电磁散射测量
6.2.2 电磁缩比测量
缩比模型测量是将目标几何尺寸按一定的比例因子缩小， 并按相似率缩小雷达波长和材料参数，以实现在小尺度空间 (通常是微波暗室)内的模拟测量，并据此反演实际尺寸目标的 散射特性。
H B J t
E B t
B 0
D
矢量运算符( 和 )体现 了上述各场量间的时间与空间耦
合关系
第6章 电磁散射测量
同时，时间也进行减缩
t Tt 1 t f
虽然多种计算方法能够估算出目标的RCS性能，但每 种算法都有各自的局限性；
数值程序估算精度也需要测量数据的验证。
1. RCS测量目的：
取得对目标基本散射现象的了解 取得目标的特征数据 检验系统的性能 建立目标特性数据库
第6章 电磁散射测量
3. 高水平RCS 测量对测试系统的基本要求：
(1)所测RCS 值须与目标方位和距离相关联。 (2) 有足够的数据记录速率反映细微信息。 (3) 能测量所有的目标频段和极化方式。 (4) 信噪比足够小，能测量所需的低RCS 目标。 (5) 有足够的幅度动态范围。 (6) 具备监控功能，可以实时判断测量数据的质量。 (7) 能保存数据用于后续处理。
1
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
6.1.2 RCS测试原理
雷达方程
Pr
PtG2 2 (4)3 R4
由雷达距离方程可知，当式中除Pr 和 外其它各项参数固定
不变时，目标的雷达散射截面 的值仅与接收功率Pr 成正比。 据此，我们可确立目标RCS的测量方法，得到RCS测量的表达
式
0
Pr P0
式中，0 为标定目标(如标准的金属球或金属平板)的RCS值；P0 为在相同条件下对标定目标进行测量时的接收功率。
t
1 T
t
f
t
T 是模型系统时间与原型系统时间的比率。由于场的时间 跨度与频率成反比，则f为模型频率与原型频率的比率。
有意义的缩比要求模型的电磁特性跟原型完全相同，只在 量值上相差一个因子
E eE
H
hH
e 和h 分别是模型系统中的电场和磁场与原型系统对应量 的比率。
3
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
对大型复合目标而言， 往往可以在小于标准远 场距离处进行测量。
第6章 电磁散射测量
对于各向同性介质，有如下本构关系
DE B H J E
E H
H t
E t
E
要使缩比模型严格相似于全尺寸原型，它们间的场变换关 系须使麦克斯韦方程从模型系统变换到原型系统，即两个系 统中的电磁场均须满足麦克斯韦方程。
E H
1 l 1 l
E
e l
E
H t
H
h l
H
E t
E
E H
H t
E t
E
第一式乘以 l / e ，第二式乘以l / h ，继续变换得到
E 1 H lf h
e t
e
H l E E = h t
H t lf e
h
E t
l
e h
E
态角 低噪声环境：如微波暗室和“隐蔽”式目标支撑结构等，
使干扰信号对有用信号的影响最小 被测目标
根据室外和室内的不同特点，所使用的测量仪器有所不同， 并可能用其他仪器和装置去改进和补充这五个基本单元
第6章 电磁散射测量
6.1 电磁散射测试原理
6.1.1雷达截面测量目的
尽管电磁理论有其完整性，可以分析若干典型的散射 机理，但理论并不是万能的；
1; 1
高频局部场原理：在高频时，目标各部分的散射能量几乎 与其他部分的散射能量无关。
对于较为复杂的目标，组合目标不满足远场条件，而每个 局部却可能满足远场条件；由于高频场局部性原理，各个 局部的散射幅度的大小，以及散射图的主瓣、副瓣和零点 等，对测试距离并不敏感。
该情况下，小于R0的测 试距离对RCS 测量的主 要影响是散射方向图的 波瓣和零点略有变化， 但对被测目标的RCS 的 主瓣峰值影响却较小。
lf
h
e
lj e h
l e h
重新定义ε 、μ 和σ 分别为模 型系统与原型系统的介电常数、 磁导率和电导率的比率
lf
h e
1
lf
e h
1
l
e h
1
第6章 电磁散射测量
最为直接的限定条件是，要求缩比模型的电磁场与原模型完 全相同， e 1; h 1
进一步限定模型缩比时介质的极化、磁化特性保持不变，即
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
6.1 电磁散射测试原理 6.2 RCS测量基本概念 6.பைடு நூலகம் 目标RCS测量方法 习题六
第6章 电磁散射测量
2. RCS测量设备至少应包括以下5部分：
测试雷达：应能有发射和接收足够强度微波信号的能力 记录仪：能以模拟的或数字的方式存储信息 转台：能够承载和固定目标，并通过旋转而改变目标的姿
用分贝表示为
10 lg
Pr P0
0
20 lg | |
Er E0
| |
0
第6章 电磁散射测量
对于低频而言，远 场要求不难满足； 但对高频，一般的 测试雷达灵敏度和 测试场地尺寸就难 以满足远场要求。
有时为保证足够的 接收信号强度，不 得不选择较小的测 量距离。减小测量 距离的主要影响是 入射场的横向相位 偏差和轴向幅度衰 减。
通常要求 kh / 8 ，即 h /16
由此得到： R ≥ 2 d 2
其结果与曲面散射的等相位宽度及天线测量的远场条件相似。
第6章 电磁散射测量
对于很简单的目标，例如平板、圆柱体等，近场影响的主要 特征表现为零点被充填和主副瓣电平变化。
5 5 平板的RCS分布
2
电波传播与散射
第6章 电磁散射测量
RCS测量的远场条件
第6章 电磁散射测量
6.2 RCS测量基本概念
6.2.1 远场测量条件 考察入射到与目标同宽度的口径
上相位波前偏离均匀分布的情况：
h R R2 (d / 2)2
h R 1
1
d 2R
2
球面波前在目标口径面上的相位偏差 假设 d 2R ，则有 h d 2 8R
假设模型尺寸是原型尺寸的l倍(l 可以大于或小于1)，模型 的各部分均须与原型的相应部分同比例几何缩小或放大。
L lL
L pL
p 1/ l 定义为缩比因子
第6章 电磁散射测量
6.2.2 电磁缩比测量
缩比模型测量是将目标几何尺寸按一定的比例因子缩小， 并按相似率缩小雷达波长和材料参数，以实现在小尺度空间 (通常是微波暗室)内的模拟测量，并据此反演实际尺寸目标的 散射特性。