基于目標(biāo)方向的斜極化響應(yīng)分析

秦 浩，金謀平

(中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十八研究所，合肥 230088)

基于目標(biāo)方向的斜極化響應(yīng)分析

秦 浩，金謀平

(中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十八研究所，合肥 230088)

作為電子對(duì)抗系統(tǒng)的主要工作極化方式， 斜極化在理論上對(duì)水平極化和垂直極化的響應(yīng)是相同的。本文通過(guò)對(duì)地面斜極化站對(duì)空中線(xiàn)極化目標(biāo)的極化響應(yīng)模型的分析，得出了向站和背站飛行目標(biāo)的水平線(xiàn)極化響應(yīng)不一致的結(jié)論。分析過(guò)程與結(jié)論對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)工作極化選擇具有很好的理論指導(dǎo)作用。

斜極化；水平極化；垂直極化；向站；背站

0 引 言

天線(xiàn)極化是描述天線(xiàn)輻射電磁波場(chǎng)矢量空間指向的參數(shù)。由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)有恒定的關(guān)系，故一般都以電場(chǎng)矢量的空間指向作為天線(xiàn)輻射電磁波的極化方向，以地面作為參考。電場(chǎng)矢量方向與地面平行的叫水平極化[1]，如圖1(a)所示。電場(chǎng)方向與x軸平行，當(dāng)電場(chǎng)方向與y軸平行時(shí)，為垂直極化。當(dāng)電場(chǎng)矢量取向隨時(shí)間而變化，即其矢量端點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面內(nèi)描繪的軌跡是一個(gè)圓時(shí)，則稱(chēng)為圓極化[1-2]，如圖1(b)所示。

當(dāng)電場(chǎng)方向不與x軸平行也不與y軸平行而是與兩個(gè)軸的均成45°夾角時(shí)，則稱(chēng)為斜極化，如圖2所示。

(a)

(b)

(a) 45°斜極化

(b) 135°斜極化

1 斜極化對(duì)線(xiàn)極化響應(yīng)理論分析

首先根據(jù)實(shí)際工作狀態(tài)建立物理模型。假設(shè)偵察或干擾裝備位于坐標(biāo)原點(diǎn)o，向東飛，遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)o，稱(chēng)為背站；飛機(jī)沿著以yoz平面對(duì)稱(chēng)的同樣距離和高度從東向西飛，稱(chēng)為向站，如圖3所示。

圖3 飛機(jī)向、背站模型示意圖

坐標(biāo)原點(diǎn)位于地面，飛機(jī)飛行的高度假設(shè)為ZF，即飛機(jī)在全局坐標(biāo)系XYZ中Z坐標(biāo)不為零。這樣當(dāng)位于地面的偵察或干擾天線(xiàn)波束最大值對(duì)準(zhǔn)掛在飛機(jī)側(cè)面的目標(biāo)天線(xiàn)時(shí)，需要向上仰起一個(gè)角度。偵察或干擾天線(xiàn)與地面必須有一定仰角，所以定義兩個(gè)坐標(biāo)系：天線(xiàn)坐標(biāo)系(x′,y′,z′)和大地坐標(biāo)系(x,y,z)，于是：

(1) 天線(xiàn)坐標(biāo)系(x′,y′,z′)，x′為天線(xiàn)波束指向；

(2) 天線(xiàn)坐標(biāo)系(x′,y′,z′)與大地坐標(biāo)系(x,y,z)的關(guān)系：(x,y,z) 坐標(biāo)系的x軸以z軸為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度?，然后再以y軸為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度(90-θ)，即得(x′,y′,z′)坐標(biāo)系。

(4) 兩個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

如圖2所述，天線(xiàn)斜極化有45°和135°兩種，首先考慮目標(biāo)極化為水平極化的情況，即y分量。

關(guān)注與目標(biāo)水平極化一致的分量，即y分量：

Ey=cos?+cosθ·sin?

對(duì)于背站

Ey1=cos?1+cosθ1·sin?1

對(duì)于向站

關(guān)注與目標(biāo)水平極化一致的分量，即y分量：

Ey=cos?-cosθ·sin?

對(duì)于背站

Ey1=cos?1-cosθ1·sin?1

對(duì)于向站

然后，考慮目標(biāo)極化為垂直極化的情況，即z分量。

關(guān)注與目標(biāo)垂直極化一致的分量，即z分量：

Ez=-sinθ

對(duì)于背站

Ez1=-sinθ1

對(duì)于向站

Ez2=-sinθ2

關(guān)注與目標(biāo)垂直極化一致的分量，即z分量：

Ez=sinθ

對(duì)于背站

Ez1=sinθ1

對(duì)于向站

Ez2=sinθ2

綜合以上內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)理論分析顯示當(dāng)目標(biāo)極化為水平極化時(shí)斜極化的響應(yīng)在向站和背站時(shí)是不一樣的，而對(duì)于目標(biāo)極化為垂直極化時(shí)斜極化的響應(yīng)在向站和背站時(shí)是一樣的。

2 斜極化對(duì)線(xiàn)極化響應(yīng)電磁仿真

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述理論分析，采用電磁仿真的手段進(jìn)行驗(yàn)證，具體的做法是：計(jì)算收發(fā)天線(xiàn)間的S21參數(shù)，采用FEKO軟件對(duì)上述模型進(jìn)行電磁仿真。FEKO軟件是針對(duì)天線(xiàn)設(shè)計(jì)、天線(xiàn)布局與電磁兼容性分析而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)電磁場(chǎng)分析軟件，已廣泛應(yīng)用于大規(guī)模天線(xiàn)系統(tǒng)仿真或電磁兼容設(shè)計(jì)等[4-5]，其仿真精度已經(jīng)得到了廣泛的驗(yàn)證。仿真模型見(jiàn)圖4，假設(shè)如圖所示的位于坐標(biāo)原點(diǎn)的斜極化天線(xiàn)為上文所述的偵察或干擾天線(xiàn)，水平極化天線(xiàn)或垂直極化天線(xiàn)為掛在飛機(jī)側(cè)面的目標(biāo)天線(xiàn)，仿真模型參數(shù)為水平極化天線(xiàn)或垂直極化天線(xiàn)離斜極化天線(xiàn)的橫向距離為4000 m(x方向)，高度方向3000 m(z方向)，距離方向作為變量，取值范圍為10～45010 m。通過(guò)S21參數(shù)的獲取，可以較為清晰地發(fā)現(xiàn)相同S21參數(shù)對(duì)應(yīng)的向站和背站的距離差，仿真結(jié)果見(jiàn)圖5。

(a) 水平極化背站方向

(b) 水平極化向站方向

(c) 垂直極化背站方向

(d) 垂直極化向站方向

圖5 斜極化對(duì)兩種線(xiàn)極化的向、背站響應(yīng)

如圖5所示，斜極化對(duì)水平極化在向站和背站之間的響應(yīng)存在明顯區(qū)別。同樣的S21響應(yīng)，對(duì)于垂直極化目標(biāo)，向站和背站的大小區(qū)別不大。而對(duì)于水平極化，同樣的S21參數(shù)對(duì)應(yīng)的y軸距離理論上相差甚遠(yuǎn)，例如同樣140 dB響應(yīng)對(duì)應(yīng)的y軸距離分別為向站時(shí)8.97 km，而背站為34.4 km，相差3.86倍。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)際情況，分析了天線(xiàn)各種極化及斜極化對(duì)線(xiàn)極化響應(yīng)關(guān)系，并且通過(guò)理論分析和電磁仿真相結(jié)合的方法，闡述了斜極化裝備對(duì)不同線(xiàn)極化目標(biāo)在向站和背站方向的現(xiàn)象。得到的結(jié)論對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有很好的指導(dǎo)作用，為電子戰(zhàn)裝備規(guī)避可能的風(fēng)險(xiǎn)提供了理論依據(jù)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 林昌祿. 天線(xiàn)工程手冊(cè)[M] .北京: 電子工業(yè)出版社, 2002:13-14.

[2] Constantine A. Balanis. Modern Antenna Handbook [M]. John Wiley & Sons, Inc. Publication, 2009: 27-28.

[3] 唐益明, 肖開(kāi)奇. 寬帶斜45°極化器的深入研究[J] .微波學(xué)報(bào), 1999(4) : 381-385.

[4] 姚成柱, 李海軍, 姜楗. 基于FEKO軟件的電磁環(huán)境對(duì)電火工品安全影響仿真[J] . 艦船電子工程, 2011(11) : 89-90.

[5] 丁亞非, 張傳勇, 吳微露. 基于FEKO的超短波通信對(duì)抗系統(tǒng)電磁兼容性仿真分析[J] . 艦船電子對(duì)抗, 2012(2) : 96-98.

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Analysis of oblique polarization response based on target direction

QIN Hao， JIN Mou-ping

(No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230088)

As a main polarization mode of the ECM system, oblique polarization has the same response on the horizontal polarization and the vertical polarization theoretically. By analyzing the model of the polarization response from the oblique polarization station on the ground to the linear polarization air targets, a conclusion that the horizontal polarization responses are different when the target flies towards the station and backwards the station is drawn. The analytical process and conclusion is a theoretical guidance for the selection of polarization modes of the ECM system.

oblique polarization; horizontal polarization; vertical polarization; towards the station; backwards the station

2013-05-13；

2013-11-12

秦浩(1978-)，男，高級(jí)工程師，研究方向：超寬帶天線(xiàn)；金謀平(1969-)，男，研究員，博士，研究方向：陣列天線(xiàn)及 工程設(shè)計(jì)。

TN821.1

A

1009-0401(2014)01-0029-04