多層介質(zhì)反射系數(shù)的計(jì)算＊

楊 俊，鞠智芹，童創(chuàng)明

（空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院，陜西三原 713800）

0 引言

由于各種新型探測系統(tǒng)和精確制導(dǎo)武器的相繼問世，隱身兵器的重要性與日俱增。與此同時(shí)，反隱身技術(shù)也在深入發(fā)展。雷達(dá)隱身的實(shí)質(zhì)在于通過對目標(biāo)的雷達(dá)特征進(jìn)行控制，因此，隱身與反隱身探索必須從目標(biāo)電磁散射特性研究入手。

減小目標(biāo)的RCS，除了對目標(biāo)進(jìn)行幾何造型處理外，還需要在目標(biāo)上涂覆RA M，所以研究涂覆RA M的雷達(dá)目標(biāo)的電磁散射特性對于預(yù)估隱身目標(biāo)的RCS有重要意義。在這個(gè)過程中，通常在物體表面施加合適的阻抗邊界條件，通過參照無限大平面情況的散射問題，確定出與材料散射特性相關(guān)的反射系數(shù)，從而求得介質(zhì)表面的散射場［1］。文中研究了反射系數(shù)與涂覆厚度、入射波頻率的關(guān)系，并比較了平板涂覆前后的RCS。

1 理論方法

如圖1所示，從自由空間到金屬體共N層，編號(hào)

垂直極化反射系數(shù)：

圖1 多層介質(zhì)反射模型

平行極化反射系數(shù)：

在此式中：

2 計(jì)算結(jié)果

1）垂直入射由金屬層和一層吸波材料組成的涂敷目標(biāo)表面［3］

介質(zhì)參數(shù)為εr＝2.5－j 0.16，金屬層參數(shù)為ε＝1.8×107，μ＝470，入射頻率f＝10GHz。

由圖2看出，當(dāng)涂層厚度增加時(shí)反射系數(shù)的絕對值逐漸減小，且在厚度達(dá)到7c m前震蕩得比較明顯。之后震蕩趨于穩(wěn)定，當(dāng)厚度達(dá)到比較大時(shí)，反射系數(shù)絕對值就等于0.226。

2）金屬平板上涂有5層不同介質(zhì)［4］

為研究多層介質(zhì)反射特性，將目前所能獲得的雷達(dá)吸波材料的典型特性概括為16種，這是現(xiàn)在比較流行也是被廣泛接受的方法。下面分別計(jì)算了入射波垂直入射與以40°角入射時(shí)，反射系數(shù)與頻率之間的關(guān)系變化。介質(zhì)參數(shù)見表1。

圖3顯示，不管是垂直入射還是斜入射，在頻率達(dá)到2GHz前反射系數(shù)隨著頻率的增大而減小，之后斜入射的反射系數(shù)增大，而垂直入射反射系數(shù)繼續(xù)減小。

圖2 垂直入射涂有一層介質(zhì)目標(biāo)的反射系數(shù)

圖3 垂直入射與斜入射時(shí)反射系數(shù)比較

表1 介質(zhì)參數(shù)

3）平板在涂吸波材料前后RCS比較［5］

平板尺寸為0.3 m×0.3 m，入射波頻率為8.6GHz，吸波涂層介質(zhì)參數(shù)分別為ε′r＝16.05，ε′i＝－1.64，μ′r＝1.75，μ′i＝－1.72。

由平板涂覆介質(zhì)前后的RCS比較，充分說明吸波材料對減小RCS起到明顯作用（見圖4）。

圖4 平板涂覆介質(zhì)前后的RCS比較

3 結(jié)論

在隱身武器的設(shè)計(jì)中，除對目標(biāo)進(jìn)行幾何造型處理以減小其RCS外，還需要在目標(biāo)的局部或全部涂敷雷達(dá)吸波材料（RA M），以減小某些較強(qiáng)的散射面或棱邊在一定的空域內(nèi)較強(qiáng)的散射貢獻(xiàn)［6］。因此通過單層或多層、局部或全部的涂敷RA M的復(fù)雜目標(biāo)進(jìn)行RCS分析對武器的設(shè)計(jì)、隱身與反隱身的研究尤為重要。文中研究了涂敷平板的反射系數(shù)的某些性質(zhì)，并通過一平板在涂敷RA M前后的RCS比較，更進(jìn)一步證明了RA M對減小目標(biāo)的RCS的作用，顯示了RA M對隱身技術(shù)的貢獻(xiàn)。下一步工作是引入優(yōu)化算法，探討RA M的層數(shù)、各層厚度和介電常數(shù)、磁導(dǎo)率設(shè)置為多少使得散射截面最小的問題。

［1］ 王超.NURBS曲面的RCS算法研究［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004.

［2］ Brekhovskikh L M.Waves in layered media［M］.New Yor k：Academic Press，1996.

［3］ Klement D，Preissner J，Stein V.Special problems in applying the physical optics method for backscatter co mputations of complicated objects［J］.IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1988，36（2）：228－237.

［4］ Michielssen E，Sajer J，Ranjithan S.Design of light weight，broad－band microwave absor bers using genetic algorith ms［J］.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，1993，41（6／7）：1024－1031.

［5］ 匡磊.高頻區(qū)涂覆雷達(dá)吸波材料的復(fù)雜目標(biāo)的實(shí)時(shí)RCS預(yù)估［D］.合肥：安徽大學(xué)，2004.

［6］ 阮穎錚.雷達(dá)截面與隱身技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1998.