Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время наблюдается большой ин-ерес к созданию новых образцов техники, имеющей пониженный уро-*ень вторичного электромагнитного излучения. Современные объекты ехники содержат большое количество полуоткрытых полостей. К ним ітносятся воздухозаборники, выходные сопла летательных аппаратов, (упорные и волноводные антенны, антенные отсеки, кабины пилотов и '.д. Мощность вторичного излучения этих элементов является весьма рачительной. По имеющимся данным, для некоторых типов объектов-жлад воздухозаборников, выходных сопел и антенных систем состав-щет до 90% от общей мощности излучения.
Решение проблем адекватного распознавания объектов техники :овременными средствами радиолокации и уменьшения их радиолокаци-шной заметности непосредственно связано с результатами теорети-іеских исследований по изучению сложного физического явления -іассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) на полуоткрытых полостях їлокной формы. Одной из ключевых задач теоретических-исследований, фоводимых в этом направлении, является оценка радиолокационных характеристик полуоткрытых полостей (эффективной площади рассеяния ;эпр) и др.).
Расчет ЭПР полуоткрытых полостей позволяет интерпретировать іезультатьі радиолокационных измерений и обеспечивает возможность щенки ЭПР объектов- в тех случаях, когда по тем или иным причинам іельзя провести измерения характеристик рассеяния этих объектов, 'езультаты теоретических оценок ЭПР полуоткрытых полостей с учетом [рименения различных диэлектрических материалов и радиопоглощающих юкрытий позволяют разрабатывать эффективные средства уменьшения іадиолокационной заметности как полостей, так и объектов техники в
[ЄЛ0М.
Размеры (L) типичных объектов техники и рабочие частоты радиолокационных систем такие, что большинство этих.объектов попадает . оптическую область (L/X > 1, где \ - длина рассеиваемой ЭМВ). В том случае отдельные элементы объектов рассеивают энергию падаю-[ей ЭМВ в основном независимо друг от друга, что позволяет расс-іатривать эти объекты сложной формы как некую совокупность элемен-ов (полуоткрытые полости, плоскости, сферические поверхности, и '.д.). В свою очередь, характерные размеры полуоткрытых полостей акие, что они попадают как в оптическую, так и резонансную облас-и (L/1 -1-5-10). Поэтому задачу о рассеянии ЭМВ на полуоткрытых
полостях сложной формы решают высокочастотными численными метода! и численными методами, дающими решение в резонансной области.
В этой связи работы по усовершенствованию существующих меті дов математического моделирования рассеяния ЭМВ в резонансной оі ласти на полуоткрытых полостях сложной формы, а также разработі новых методов расчета более широкого класса полуоткрытых полості сложной формы, как содержащих, так и не содержащих радиопоглощаі щие покрытия, являются весьма актуальными.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы яі ляется обобщение и развитие методологического подхода, основанноі на комбинированном гранично-интегральном/модальном методе, конце] ции плоских волн, с применением математического аппарата инте; ральных уравнений, функций Грина для решения задачи о рассеян] ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых полостях сложной форі как содержащих, так и не содержащих радиопоглощающие покрытия, также .создание математических моделей и методик расчета характ! ристик рассеяния ЭМВ на таких структурах.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить слг дующие основные задачи:
-
Разработать модель и методику решения задачи рассеяния Э1 в резонансной области на полуоткрытых идеально проводящих полости сложной формы на основе комбинированного гранично-интегралын го/модального метода и процедуры избирательного оптимального сілі вания тангенциальных составляющих электрического и магнитного ш лей на границах регулярных и нерегулярных волноводных областей.
-
Исследовать устойчивость процесса сходимости численної решения задачи комбинированным гранично-интегральным/модальным м< тодом с, целью определения границ его применимости.
3.'Исследовать рассеивающие свойства некоторых типов полуоп рытых идеально проводящих полостей сложной формы в резонансной о( ласти.
-
Разработать модель и смешанный метод расчета характерней рассеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых полостях слоя ной формы, содержащих радиопоглощающие покрытия, основанный } комбинированном гранично-интегральном/модальном методе и концепщ плоских волн.
-
Исследовать рассеивающие свойства в резонансной облас" некоторых типов полуоткрытых полостей сложной формы, содержащі
радиопоглощающие покрытия.
6. Определить границы применимости методик расчета характеристик рассеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых полостях сложной формы путем сравнения результатов численных расчетов с полученными экспериментальными данными.
Методы исследования, В качестве методологической основы при решении поставленных в диссертационной работе задач использовались аналитические и численные методы математической физики, численные методы электродинамики, а также методы машинного моделирования.
Научные положения, выносимые на защиту. Основными положениями, представляемыми к защите, являются:
-
Методика расчета характеристик рассеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых идеально проводящих полостях сложной формы, основанная на обобщении комбинированного гранично-интегрального/модального метода путем использования процедуры избирательного оптимального сшивания тангенциальных составляющих электрического и магнитного полей на границах регулярных и нерегулярных волноводных областей.
-
Смешанный метод расчета характеристик рассеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых полостях сложной формы, содержащих радиопоглощающие покрытия, основанный на комбинированном гранично-интегральном/модальном методе и концепции плоских волн.
-
Пакет машинных программ, результаты моделирования, расчетные соотношения, зависимости эффективной площади рассеяния некоторых типов полуоткрытых идеально проводящих полостей и полостей, содержащих радиопоглощающие покрытия, от угла наблюдения. Сравнение результатов численных расчетов характеристик рассеяния ЭМВ на полуоткрытых полостях сложной формы, как содержащих, так и не содержащих радиопоглощающие покрытия, с полученными экспериментальными данными.
Научная новизна. Впервые предложена процедура избирательного оптимального сшивания тангенциальных составляющих электрического и магнитного полей на границах регулярных и нерегулярных волноводных областей, позволившая получить устойчивое численное решение комбинированным гранично-интегральным/модальным методом задачи расчета характеристик рассеяния ЭМВ на идеально проводящих полуоткрытых "юлостях с характерными размерами входных отверстий большой .величины (~ 101).
Впервые исследована устойчивость процесса сходимости числен ного решения задачи комбинированным гранично-интегральным/модаль ным методом с целью определения границ его применимости.
Впервые предложен смешанный метод расчета характеристик рас сеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых полостях сложно формы,- содержащих радиопоглощающие покрытия, основанный на комби нированном гранично-интегральном/модальном методе и концепци плоских волн.
Впервые исследованы рассеивающие свойства в резонансной об ласти некоторых типов полуоткрытых полостей сложной формы как со держащих, так и не содержащих радиопоглощающие покрытия.
Впервые определены границы применимости комбинированного гра нично-интегрального/модального и смешанного методов расчета харак теристик рассеяния ЭМВ в резонансной области на полуоткрытых по лостях сложной формы путем сравнения результатов численных расче тов с полученными экспериментальными данными.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертационно работе методики расчета ЭПР полуоткрытых полостей сложной форм позволяют интерпретировать результаты радиолокационных измерений дают возможность оценки ЭПР полостей в тех случаях, когда по те или иным причинам нельзя провести измерения характеристик рассея ния ЭМВ на полостях. Результаты теоретических оценок ЭПР полуотк рытых полостей с учетом применения различных диэлектрических мате риалов и радиопоглощащих покрытий позволяют разрабатывать эффек тивные средства уменьшения радиолокационной заметности как полос тей, так и объектов техники, содержащих полуоткрытые полости.
Полученные в диссертационной работе алгоритмы и пакет машин ных программ могут быть использованы в системах автоматизированно го проектирования при создании СВЧ-устройств - различного назначе ния, средств радиоэлектронного подавления, для получения исходны данных при создании макетов, опытных образцов и проведении натур ных испытаний и экспериментальных исследований, а также в учебны целях для обучения студентов высших учебных заведений.
Реализация научных результатов. Результаты диссертационно работы использованы в проводимых в 5 ЦНШИ МО РФ научно-исследова тельских работах, выполненных на специальные темы, а также реали зованы в учебном процессе bvВоронежском государственном универси тете.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 20, 21 научно-технических конференциях аспирантов, адъюнктов и молодых ученых 5 ЦНИИИ МО РФ (Воронеж, 1995, 1996), где доклады были премированы, научно - практической конференции Воронежской высшей школы МВД России (Воронеж, 1996), Всероссийской конференций "Повышение помехоустойчивости систем технических средств охраны" (Воронеж, 1995), научно-технической конференции "Направления развития систем и средств радиосвязи" Воронежского государственного университета (Воронеж, 1996), 27th International Scientific Conference on Antenna Theory and Technology (ATT'94. Moscow, Russia, 1994), 2nd International Conference on Development Directions of the Radio Communicaton Systems and Means (Voronezh, Russia, 1995), International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP'96, Chiba, Japan), где доклад был удостоен премии Призового Комитета Молодых Ученых симпозиума (ISAP'96 Young Scientist Award Committee).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 142 страницы основного текста, включая 37 рисунков. 6 таблиц, список литературы из 113 наименований, и 28 страниц приложения.
