[發(fā)明專利]天線、飛行器平臺(tái)及等離子體鞘套一體化仿真分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011136030.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112257261B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃鍇;陳曦;張錚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 西安知誠思邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發(fā)明公開了一種天線、飛行器平臺(tái)及等離子體鞘套一體化仿真分析方法，通過采用修正復(fù)雜天線的等效電磁流，同時(shí)考慮飛行器平臺(tái)和等離子體鞘套對(duì)天線表面電流分布的影響，通過一體化仿真分析方法得到天線在飛行器平臺(tái)和等離子體鞘套兩者作用下的受擾輻射特性。本發(fā)明的天線、飛行器平臺(tái)及等離子體鞘套一體化仿真分析方法不需要網(wǎng)格剖分，計(jì)算資源消耗小，計(jì)算速度快，充分考慮了電大平臺(tái)、等離子體鞘套及天線三者之間的相互作用，分析電大平臺(tái)和等離子體鞘套同時(shí)作用于復(fù)雜天線的受擾輻射特性，所得到的計(jì)算結(jié)果具有很高的可靠性，將為我國的高超聲速飛行器再入飛行過程中遇到的“黑障”問題提供一定的理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，涉及天線、飛行器平臺(tái)及等離子體鞘套一體化仿真分析方法。

背景技術(shù)

飛行器高速返回大氣層時(shí)，由于激波形成包圍飛行器的等離子體鞘套，等離子體鞘套的存在對(duì)電磁波產(chǎn)生重要影響。處于等離子體鞘套中的飛行器應(yīng)用其加載的天線與外界通信時(shí)，所發(fā)出的電磁波信號(hào)一方面受到飛行器平臺(tái)的反射和繞射，造成天線方向圖發(fā)生明顯的畸變；另一方面，天線發(fā)出的電磁波信號(hào)穿過飛行器平臺(tái)后繼續(xù)在等離子體鞘套中傳播時(shí)，不僅會(huì)因受到等離子體的反射和折射，改變電磁波信號(hào)的傳播方向，還會(huì)因?yàn)閹щ娏Ｗ娱g的碰撞吸收一部分能量，使得電磁波信號(hào)在經(jīng)過等離子體層后急劇衰減，嚴(yán)重時(shí)造成信號(hào)中斷的“黑障”現(xiàn)象。因此，研究飛行器經(jīng)歷等離子體鞘套期間通信信號(hào)的電磁波散射特性是十分有必要的。

等離子體鞘套不但能夠使入射波能量衰減，還能通過吸收雷達(dá)波形成波形畸變來減少突防飛行器的雷達(dá)散射截面(RCS)，常被用來涂覆在目標(biāo)表面縮減雷達(dá)的探測(cè)距離。因此，等離子體鞘套的散射特性受到不少學(xué)者關(guān)注，關(guān)注的方向主要是電磁波進(jìn)入等離子體鞘套后的傳播衰減以及后向散射結(jié)果，有關(guān)等離子體鞘套對(duì)電磁波的反射特性研究較少。

目前對(duì)天線受電大散射體的受擾輻射問題的研究中，由于飛行器平臺(tái)的精確分析需要進(jìn)行離散化，而隨著使用頻率的增高，網(wǎng)格數(shù)目會(huì)隨著平臺(tái)電尺寸的增大而驚人增長(zhǎng)。在有限的計(jì)算機(jī)資源下，高低頻混合方法是解決電大平臺(tái)下天線受擾輻射問題的有效手段。傳統(tǒng)的高低頻混合方法重在研究高頻方法和低頻方法之間的混合，天線形式大多采用線天線這樣的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)雜天線的受擾輻射問題研究明顯不足，無法與現(xiàn)有的等離子體電波傳輸研究方法相結(jié)合。因此，在兼顧精度和效率的要求下，必須改進(jìn)傳統(tǒng)的高低頻混合方法，建立一種新的一體化仿真分析方法，用以分析復(fù)雜天線在受到飛行器平臺(tái)及等離子體鞘套同時(shí)作用時(shí)的受擾輻射特性。

目前對(duì)天線經(jīng)等離子體鞘套作用后的輻射問題的研究中，通常是以雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)的計(jì)算結(jié)果為求解目標(biāo)，激勵(lì)源為平面波。但是涉及到飛行器平臺(tái)與外界通信時(shí)的等離子體鞘套輻射問題時(shí)，激勵(lì)源為輻射場(chǎng)具有方向性的天線，現(xiàn)有的分析方法的激勵(lì)源過于簡(jiǎn)化，不能適應(yīng)實(shí)際的復(fù)雜狀況。而且，包覆飛行器平臺(tái)的等離子體鞘套參數(shù)與飛行器平臺(tái)飛行參數(shù)密不可分，情況復(fù)雜，也難以用簡(jiǎn)單模型模擬復(fù)雜反應(yīng)特性。目前，關(guān)于等離子體鞘套對(duì)天線輻射特性的影響分析缺乏理論依據(jù)及有效的研究方法。

綜上，盡管現(xiàn)有技術(shù)中有眾多關(guān)于單一的飛行器平臺(tái)對(duì)天線輻射特性的影響或者等離子體鞘套對(duì)電磁波傳輸?shù)挠绊懙难芯績(jī)?nèi)容，但是，由于飛行器平臺(tái)和等離子體鞘套的相互作用使得飛行器平臺(tái)上加載天線的電磁波輻射特性復(fù)雜化，只有建立天線、飛行器平臺(tái)、等離子體鞘套三者的一體化研究方法才能準(zhǔn)確分析飛行器平臺(tái)上加載天線的受擾輻射特性，但是，目前還未見有關(guān)飛行器平臺(tái)和等離子體鞘套同時(shí)對(duì)飛行器平臺(tái)上加載天線電磁波輻射特性的影響的快速有效的分析方法。

因此，需要一種兼顧精度和效率的一體化仿真方法，將飛行器平臺(tái)、等離子體鞘套、天線三者一體化建模仿真，解決天線在同時(shí)受到等離子體鞘套和飛行器平臺(tái)影響后的受擾輻射特性分析問題。

發(fā)明內(nèi)容