物理光学法在吸收体散射特性研究中的运用探究

苏焌发

摘要：物理光学法的思想是计算高频近似值。其基本思想是，通过简化物体表面散射场的几何形状，把数学与物理相结合，把吸收体的散射形状转化为光学和积分公式。所以物理光学方法在研究吸收体的散射特性方面发挥了重要作用。其优点可以从表面简化为计算结果。

关键词：物理光学法;吸收体特性;散射场计算;吸收体散射

1.物理光学法

散射感应电流被用来代替物理和光学理论中的近似场和积分场。对于计算相对封闭的散射曲面来说，这些方程是正确的，但Stratton-Chu积分方程的积分项的字段是整个字段，它包含入射和散射两个子项。物理法和化学法均为高频近似法。在散射距离远大于波长的情况下，用物理光学方法对切线表面进行粗略的整合。假设表面电流与电流值相等，积分面是理想的平滑面。该方法可以应用于任何物体或表面材料。本文归纳出物理光学法具有以下特点：

1）物理光学法的计算。该过程是由入射场求表面电流密度，密度求比特函数，再求散射场。一般情况下，能严格按积分要求进行具体计算的情况并不多见，多数情况下需要采用数学方法进行近似简化。

2）在散光区域中，也就是说，电流密度不是零。对于散射阴影区域，入射场不为零，电流密度为零;所以在研究吸收体在物理光学系统中的散射时，一般不会考虑阴影区域。

3）由于不需要处理吸收体的虚线和阴影边界，所以物理光学方法是解决吸收体散射问题的常用方法。把散射问题的曲面分割成多边形单元，利用数学积分法，把曲面积分作为数学积分处理。

2.对吸收体的特征分析

对物理光学法研究的对象而言，吸收体的结构形状不规则，此时可通过简化其表面结构来研究其散射场。研究发现，由于吸收体表面具有二维周期特征，将涂层介质三角板与涂层介质二面反射单元简化为周期组合，可将其细化为近似正四棱锥的导体。单层涂层三角板和双面角型结构，消耗介质为涂层介质。其主要参数是， d为介质的厚度， a为两面角的夹角， l为两个三角面的共同变长， a为棱锥上相邻点的距离， l= a为正四棱锥。

只计算导体被介质覆盖的两侧，利用矩阵法对角形、三角形单元的杂散场进行分析，得到各方向的杂散场。这时，两个矩阵和三角矩阵的中心位置是1。

3.对吸收体散射场的计算

吸收体入射电磁波时，材料表面就会在吸收体面上形成散射。普通吸收体上方为涂层介质，下方为导体或基材。

在一般情况下，在计算此类吸收体的散射场和研究其特性时，必须考虑多次反射的影响，计算方法与涂层导体板完全相同。因此在计算渐变吸收体散射时，必须进行分解计算，分离出构成渐变吸收体面与吸收体面的单元，再利用叠加原理。

基于有損耗介电参数对涂层导体 RCS的影响，在最佳介质厚度条件下，多层吸收器的 RCS计算结果确定了涂层导体 RCS，并展示了天线阵列技术。用该方法计算了由两面角、入射波、相对介电常数和相对磁导率组成的梯度吸收 RCS。测定总倾斜吸收面的 RCS，其中包括总吸收面 RCS，并提出了基于 HFSS的大尺寸吸收体 RCS的计算方法，但是由于采用了本文的分析和计算方法，使得整个吸收体 RCS的快速计算成为可能。研究发现，随着吸收率的变化，吸收率逐渐呈周期性变化;最小值为0.5°、10°、15°、20°、25°和30°等。在设计渐变散射体时应注意改变其大小，使吸收体的 RCS减小。

4.物理光学法对吸收体散射分析的具体做法

一是采用散射射电大尺寸介质包覆的导体二面角单元，其面积为2 a"-180平方米，适用于局部覆盖介质的导体双面角导体结构。a=80 mm， l=40 mm， d=1.155 mm，介电常数为 e=2-2 j，相对磁导率为 u=4～4 j，平面波频率为12 GHz。采用 HFSS软件进行了数值计算，并对双站图进行了 RCS分析。然后用 HFSS软件对其进行模拟，得到模拟结果与零变化关系曲线，而虚线是计算结果与零变化关系曲线。计算结果表明，该方法与计算机仿真软件计算结果基本一致。因此，对于局部涂覆吸波材料的电磁大尺寸导体散射目标，可以采用物理光学方法结合等效电磁流量表达式计算散射场。

其次，涂布导体表面的角元形成一维阵列散射体时，涂布介质的入射波在涂布表面的大小、频率和方向与前面11个角元相同。当前，一维阵列散射体电性能较强，难以直接用数值方法和 HFSS软件进行计算。利用各元素的结构周期特性，采用物理光学方法计算散射场，利用一维阵列分析技术进行计算。若0=0，则一维数组的 RCS与0 e有很大关系。原因在于每一个阵列元素在不同的0 E角度有不同的相位。

研究吸收体的散射特性，吸收体的偏振方向是1 ez，并且偏振方向是 Ei。选定的减震器是由 n× n个齿轮组成的。将阵元的位置坐标组成独立的散射单元。两面角阵列单元的位置坐标，基于电磁波的偏振方向，可以得到两种不同的入射波： TE波和 TM波。它同样发生在三角形阵列元素的位置坐标，也就是入射坐标。这是 TE波或者 TM波。

对不同的入射波采用同样的计算方法。采用物理光学方法计算各单元的散射场，利用阵列分析技术计算了整体点体单向的杂散场。在入射波频率不变的情况下，吸收体的散射特性随介质表面厚度的不同而不同。有一个最小值存在于某一点，这个值随 d而增大。在峰值时刻，散射特性随 d的增大而减小。检测吸收体的散射特性需要考虑三个主要因素：吸收体结构、入射波的频率和涂层介质的厚度。综合上述三方面因素，才能更好地运用物理光学方法进行合理、准确的研究，从而得出正确的结论。

总结

对吸波体包覆局部导体，利用低频数值方法直接计算散射场。运算量大，运算速度慢，无法实现。所以你应该用高频方法来近似。散射因表面或涂层的改变而对反射过程产生显著影响。对散射特性进行研究并获取某些参数是一个困难的工作。对这一问题，一般采用物理光学的方法来研究，即精细分解。

参考文献

[1]潘顺康，吕善伟，周沁， 等.物理光学法在吸收体散射特性研究中的运用[J].电波科学学报，2008，23（3）：534-538.

[2]王兵.浅议物理光学法在吸收体散射特性中的具体应用[J].现代教育科学（教学研究），2012 ，（010 ）：163.

（四川轻化工大学 644000）