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本文对机载扁平椭球天线罩、小型天线罩、宽带天线罩、火控天线罩设计中迫切需要的电磁分析技术进行了系统的研究,提出了相应的计算方法,并得到了试验的验证。主要贡献和创新点包括:
(1)运用AI-SI(口径积分-表面积分)方法计算了扁平椭球罩对主雷达天线和二次雷达天线方向图的影响,在天线俯仰面尺度与波长相近及天线罩俯仰面曲率变化大的情况下,口径积分-表面积分方法比三维射线法更为精确,与平面波谱方法相比,该算法简捷,省时,仿真计算结果与试验结果较为符合。提出了扁平椭球天线罩对二次雷达天线影响的简化计算公式,计算与测试结果吻合。
(2)提出了小型天线罩的曲面口径积分/几何光学的混合分析方法。利用等效原理,将天线罩内表面上的反射场等效为面电流和面磁流,沿等效源所在曲面作口径积分,确定二次入射到罩壁上的入射场,经过局部平面的多层介质传输到天线罩外表面,在外表面上对一次传输场和二次反射场矢量叠加,对外表面切向场的表面积分得到天线带罩系统的远场方向图;解决了发射模式下一次传输场和二次反射场的矢量叠加问题,计算精度高;对小型天线罩性能仿真预测结果均为试验所证实。
(3)电子战对宽带和超宽带天线罩的需要越来越迫切,然而,相关的文献非常匮乏。天线罩内天线频率覆盖很宽的范围,罩内天线电尺寸较小而天线罩相对于波长尺寸较大,为了确保计算精度和计算效率,需要采用物理光学方法而不是几何光学、MoM或FDTD。提出了机载超宽带天线罩口径积分-表面积分-自适应网格分析方法(AI-SI-AG),给出了用AI-SI-AG的计算和实测结果,理论计算与实际测试符合较好。理论分析和实验结果表明,该算法能够高效、准确预测定向和全向天线的带罩方向图,对宽带和超宽带天线罩天线罩设计,有较大的实用价值。
(4)提出了一种新的求解旋转对称介质壳体(任意外形、任意介电常数)散射的快速、准确的方法,简称为LS方法。为了克服PMCHW和Muller解法存在的局限,从等效原理出发,将零场条件用一组定义在原表面的内移面和外推面的独立的电场/磁场积分方程组来描述,积分方程中的场点和源点分离,消除了矩量方程阻抗元素计算的数学奇异性,根据电场/磁场积分方程组的独立性和超定性,选用了最小二乘共扼梯度法迭代求解矩量方程最小残差(范数)的数值解,结合降维技术,并成功地用于不同外形、不同介电常数、不同尺寸(大到电中尺寸)的BOR介质体的散射截面的计算。
(5)对带空速管(Pitottube)的电大尺寸火控雷达天线罩的分析的需求由来已久,相关文献从未见公开发表,本文首次对火控雷达天线罩进行了MoM和PO混合分析,利用火控雷达罩的旋转对称性,将表面电磁流用柱面模式展开,运用LS方法,首次导出了带空速管的电大尺寸旋转对称天线罩的MoM和PO混合分析模型,编制了计算机程序计算了天线罩的性能,加罩后天线方向图和功率传输系数的计算结果与实测符合较好,还研究了不同空速管长度/管座直径参数情况下,天线罩的功率传输系数变化规律,为提高机载火控雷达罩的性能提供了理论基础。