相控阵偶极子天线单元散射场的有限元法研究

摘要

新一代机载相控雷达天线阵—金属底板上立体介质片上偶极子天线阵的后向RCS研究具有重要价值。目前尚未见到文献报道，它不能用现在广泛用的复镜像技术和混合位积分方程的MOM求解。拟采用有限元法和吸收边界方法计算其一个单元的散射和后向雷达散射截面RCS。国外文献报道了用这一方法求解(立体介质片)的Vivaldi天线的散射，本题目采用此方法研究偶极子天线是一次创新。
　　实际的机载相控阵雷达天线，其单元数达1000以上。其散射场的分析是采用有限元分区技术(FEM-DDM)将全域分解成子域(一个单元即一个子域)计算，从而将变量数高达710—910减小到目前计算资源允许的范围内(106—107)，一个单元的计算量大约为(104—105)。
　　本文机载相控阵雷达采用金属底板(d=680mm圆形平板)上竖立的电介质片上的印刷偶极子天线阵。它的立体介质片印刷电路的结构不适用于现有的分析微带贴片的全波混合位积分方程(Full wave mixed potential integral equation)用矩量法(MoM)的求解方法。原因是积分方程的核心(kernel)格林函数的求解非常困难。
　　有限元法(FEM)有很强的处理复杂介质的能力。场域只需写出一个FEM方程，场域中有不同的介质时只需在剖分单元中代入相应介质的介电常数和磁导率即可。对复杂的辐射单元采用FEM分析，容易建立计算模型和获得较准确的电磁场解。但对于大型天线阵，由于变量数太大(例如，大于710)，从而需要很长的计算时间和对内存的很大需求。
　　本文采用FETI-DPEM方法研究印刷偶极子天线的一个单元在平面波入射下的散射场的计算方法、后向RCS机理分析和减小后向RCS的可行性研究；为相控阵雷达天线阵的散射分析和减小后向RCS研究奠定基础。并为雷达天线的隐身设计提供理论指导及参考价值。
　　相控阵天线是一门高度综合的科学技术，它的发展很大程度上依赖于微电子、电真空、光电子等技术的发展。对相控阵雷达的需求也是对这些相关技术发展的一种重要推动力。总之，自适应程度越来越高、共形阵列雷达、缩小体积、减轻重量、降低成本提高可靠性和可维修性是未来之态势。

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第一章 绪 论

1.1本文的研究背景和意义

1.2国内外金属底板相控阵雷达天线的研究现状及发展趋势

1.3本文所研究内容的贡献以及文章的结构

第二章 FETI－DPEM方法及FEM－ABC方法理论分析

2.1相控阵雷达天线散射计算方法的分析比较

2.2有限元方法（FEM）的基本理论分析

2.3有限元法在求解相控阵雷达天线的电磁散射中的分析

第三章 FETI－DPEM方法计算偶极子单元散射截面积RCS问题

3.1印刷偶极子单元的剖分及编码处理

3.2影响边集

3.3 K矩阵的计算

3.4强加边界条件

3.5激励列矩阵分析

第四章 计算软件的设计与说明

4.1单元矩阵元的计算说明

4.2边界条件的处理问题

4.3激励列向量的编程处理

4.4整个计算分析流程

4.5程序结构简单说明

4.6实际代码编写说明

第五章 计算结果的处理与比较分析

5.1入射波照射模型及计算范围

5.2简单模型的计算结果比较

5.3 Eφ入射情况结果分析

5.4 Eθ入射情况结果分析

5.5简单天线阵的RCS分析

第六章 结 论

6.1工作总结

6.2后面需继续进行的工作

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间取得的成果