平面近场散射测量的计算机模拟.docx

平面近场散射测量的计算机模拟 一、 自发自收平面近场散射测量方法 近场散射测量技术是近场天线测量技术的发展和延伸，测量方法的研究一直是一个难题。关于近场散射测量,常规的方法是双探头共平面扫描近场散射测量。理论上,这种测量方法是正确、可行、有效的,原则上适用于任何目标的RCS测量,且有十分丰富的信息量,利用一次测量所得数据就可获得各种不同入射方向平面波照射下目标的空间散射特性,既能得到目标的单站(背向)散射特性,也能得到目标的小双站角散射特性。然而,在实际测量中,每固定一个发探头的位置,收探头要完成一次全程扫描测量,故测量时间漫长,背景对消十分困难。尤其是对电大尺寸或物理大尺寸的目标,工程上难以实现,对低RCS目标的测试则更为困难。为解决上述问题,基于物理光学近似的启发,提出自发自收平面近场散射测量方法。该方法不需两个探头交替顺序扫描,只需一个探头自发自收,作一次全程扫描,从而使测试时间按开方律下降。虽不能期望这种方法获得如双探头共平面扫描法那样多的信息,但可算出平面波照射时,在扫描面外法向附近一个角域内的散射场。本文着重研究自发自收单站平面近场散射测量,在不转动目标的情况下,直接由探头自发自收所得散射近场计算扫描面外法向附近一个角域内目标的单站RCS。 二、 nds,d有2.,2-2-x 考虑二维问题,如图1所示,目标中心位于xoz坐标系原点。扫描面与目标中心距离为d。取样点数为N。(假定N为奇数。)取样间隔为ds。假设在(x′,d)处有一个二维单位点源(即三维单位线源)→J=δ(x-x′)δ(z-d)?yJ?=δ(x?x′)δ(z?d)y?,此时在(x,z)点处产生的散射场为es(x,z;x′,d)。 将该二维单位点源相对于x′作如下变换,得 ?→J=?y∫∞-∞δ(x-x′)δ(x-d)ejkx′sinθ′dx′=δ(z-d)ejkxsinθ′?y(1)J??=y?∫∞?∞δ(x?x′)δ(x?d)ejkx′sinθ′dx′=δ(z?d)ejkxsinθ′y?(1) 所得“变换源”?→JJ??是位于z=d平面上幅度均匀且具有线性相位的面电流。由电磁理论知该“变换源”将产生沿θ′方向传播的平面波。设Es(x,z;θ′)表示沿θ′方向入射平面波投射到目标时在(x,z)点产生的散射场,则由电磁场的线性性质知该散射场将等于二维单位点源→J=δ(x-x′)(z-d)?yJ?=δ(x?x′)(z?d)y?发射时在(x,z)点处产生的散射场es(x,z;x′,d)作相应的变换,即 Es(x,z;θ′)=∫∞-∞es(x,z;x′,d)ejkx′sinθ′dx′(2)Es(x,z;θ′)=∫∞?∞es(x,z;x′,d)ejkx′sinθ′dx′(2) 将Es(x,z;θ′)作平面波展开,有 Es(x,z;θ′)=∫∞-∞A(kx,θ′)e-j(kxx+kzz)dkx=∫∞-∞A(kx,θ′)e-jkxxe-j√k2-k2xzdkx(3) 当ρ→∞时,用驻相法可得 Es(ρ,θ;θ′)ρ→∞=√2πkρkcosθA(ksinθ,θ′)e-jkρejπ4(4) 由式(3)和式(2)可得 A(kx,θ′)=12πej√k2-k2xd∫∞-∞Es(x,d;θ′)ejkxxdx=12πej√k2-k2xd∫∞-∞[∫∞-∞es(x,d;x′,d)ejkx′sinθ′dx′]ejkxxdx(5) 令kx=ksinθ,则有 A(ksinθ,θ′)=12πejkdcosθ∫∞-∞∫∞-∞es(x,d;x′,d)ejkx′sinθ′ejkxsinθdxdx′(6) 对于单站情况,有θ′=θ,故 A(ksinθ,θ)=12πejkdcosθ∫∞-∞∫∞-∞es(x,d;x′,d)ejk(x+x′)sinθdxdx′=12πejkdcosθ∞∑m=-∞∞∑n=-∞es(mds,d;nds,d)ejk(m+n)dssinθds2≈ds22πejkdcosθΝ′2-1∑m=-Ν′2Ν′2-1∑n=-Ν′2es(mds,d;nds,d)ejk(m+n)dssinθ(7) 显然,为求A(ksinθ,θ),需要知道es(mds,d;nds,d)的完整信息,即位于(nds,d)处的单位线电流发射时在(mds,d)处产生的散射场。如果只考虑自发自收的贡献,即只考虑位于(mds,d)处的单位线电流发射时在该点所产生散射场的贡献,则令n=m,可得 A(ksinθ,θ)≈Ν′ds22πejkdcosθΝ′2-1∑m=-Ν′2es(mds,d;mds,d)ej2kmdssinθ(8) 式中,es(mds,d;mds,d)表示位于(mds,d)处的单位线电流发射时在该点产生的散射场。 令2kx=2ksinθ=2πnΝ′?ds,n=-Ν′2,-Ν′2+1???Ν′2-1(9) 则有