论物理电磁散射机理和RCS计算方法

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1、论物理电磁散射机理和RCS计算方法（长江大学物理科学与技术学院）摘要：电磁计算方法的出现，使得要兼顾电磁特性与外形尺寸要求的产品设计工作的效率成倍提高，成本也大幅减少。电大尺寸目标的雷达截面的计算便是融合多个学科的具有重大实际意义的研究课题。其中对于目标的几何建模技术以及电磁高频算法的应用，是两个关键问题，对计算结果的精确和计算速度产生决定性的作用。因此本文的工作就围绕这两方面研究展开。关键词：电磁；RCS；机理；计算方法一、电磁散射机理在散射场的计算中，当目标的尺寸远大于电磁波的波长时（在微波波段，对于一般的军事目标，这

2、个条件是成立的）,电磁波与物体的相互作用就显出“局部”特性，而且与目标的形状密切相关，这就是高频散射场的局部性特征，高频方法预估技术的简单性正是基于这一事实。高频散射主要包括7种散射机理，这些机理的组合形成复杂目标的RCS特征。这些机理包括：（1）镜面反射；（2）表面不连续性的散射（如边缘、拐角和尖端）；（3）表面导数不连续性的散射；（4）爬行波或阴影边界的散射；（5）行波散射；（6）凹形区域的散射（如腔体、二面角和三面角）；（7）相互作用散射（如多路径叠加或并排散射中心之间的多次散射）。这些机理组合起来就形成目标高频散射

3、总的RCS特征。镜面反射：它的RCS强度决定于镜面反射点（入射角等于反射角，既满足斯奈尔定律）处的表面曲率半径和反射系数。后向散射的镜面反射点就是散射体表面法线指向雷达方向的那些点。当多个面存在时，多次反射就可能出现。绕射：边缘，尖顶等不连续性的散射是一种绕射现象，也是一种较强的散射机理。尽管绕射场的强度比反射场的强度低，但它们在宽角范围中都存在着。并且在低RCS的区域，绕射场也很重要。边缘绕射与极化有关，前缘的最大散射出现在入射电场平行于边缘的情况，后缘的最大回波则出现在入射电场垂直于边缘的情况。表面波：当电流沿物体表面

4、传播时就会产生表面波，它有几种形式。当表面波存在时，目标就像一个传输线引导电磁波沿其表面传播。如果目标是表面光滑的闭合体，例如：球，波就会环绕着目标表面传播多次。对于表面弯曲的物体,表面波沿着传播路径切线方向连续辐射能量。这个波也称为爬行波，因为这看起来像是沿着目标爬行，如果物体表面终端是不连续的边缘等，则前向行波在边缘处被反射回入射点，反射回波取决于反射点处不连续性的特征。腔体散射：腔体结构也是一种很强的散射机理，当入射波进入部分封闭的结构是就会发生腔体散射，例如飞机发动机的进气道。一旦入射波进入这些腔体，就会在腔体表面

5、多次反射，因为射线的路径很多，所以射线以各种角度从腔体返回。它可以在一个很宽的角域范围内产生强回波。二、RCS计算方法概述雷达截面与入射波的频率和目标尺寸有着密切的关系，同一目标对于不同的雷达频率呈现不同的雷达截面特性。根据目标尺寸L与波长X的相对关系可分为3种散射方式:低频散射、谐振散射、高频散射。低频散射（ka