多层介质反射系数的计算＊

杨 俊，鞠智芹，童创明

（空军工程大学导弹学院，陕西三原 713800）

0 引言

由于各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世，隐身兵器的重要性与日俱增。与此同时，反隐身技术也在深入发展。雷达隐身的实质在于通过对目标的雷达特征进行控制，因此，隐身与反隐身探索必须从目标电磁散射特性研究入手。

减小目标的RCS，除了对目标进行几何造型处理外，还需要在目标上涂覆RA M，所以研究涂覆RA M的雷达目标的电磁散射特性对于预估隐身目标的RCS有重要意义。在这个过程中，通常在物体表面施加合适的阻抗边界条件，通过参照无限大平面情况的散射问题，确定出与材料散射特性相关的反射系数，从而求得介质表面的散射场［1］。文中研究了反射系数与涂覆厚度、入射波频率的关系，并比较了平板涂覆前后的RCS。

1 理论方法

如图1所示，从自由空间到金属体共N层，编号

垂直极化反射系数：

图1 多层介质反射模型

平行极化反射系数：

在此式中：

2 计算结果

1）垂直入射由金属层和一层吸波材料组成的涂敷目标表面［3］

介质参数为εr＝2.5－j 0.16，金属层参数为ε＝1.8×107，μ＝470，入射频率f＝10GHz。

由图2看出，当涂层厚度增加时反射系数的绝对值逐渐减小，且在厚度达到7c m前震荡得比较明显。之后震荡趋于稳定，当厚度达到比较大时，反射系数绝对值就等于0.226。

2）金属平板上涂有5层不同介质［4］

为研究多层介质反射特性，将目前所能获得的雷达吸波材料的典型特性概括为16种，这是现在比较流行也是被广泛接受的方法。下面分别计算了入射波垂直入射与以40°角入射时，反射系数与频率之间的关系变化。介质参数见表1。

图3显示，不管是垂直入射还是斜入射，在频率达到2GHz前反射系数随着频率的增大而减小，之后斜入射的反射系数增大，而垂直入射反射系数继续减小。

图2 垂直入射涂有一层介质目标的反射系数

图3 垂直入射与斜入射时反射系数比较

表1 介质参数

3）平板在涂吸波材料前后RCS比较［5］

平板尺寸为0.3 m×0.3 m，入射波频率为8.6GHz，吸波涂层介质参数分别为ε′r＝16.05，ε′i＝－1.64，μ′r＝1.75，μ′i＝－1.72。

由平板涂覆介质前后的RCS比较，充分说明吸波材料对减小RCS起到明显作用（见图4）。

图4 平板涂覆介质前后的RCS比较

3 结论

在隐身武器的设计中，除对目标进行几何造型处理以减小其RCS外，还需要在目标的局部或全部涂敷雷达吸波材料（RA M），以减小某些较强的散射面或棱边在一定的空域内较强的散射贡献［6］。因此通过单层或多层、局部或全部的涂敷RA M的复杂目标进行RCS分析对武器的设计、隐身与反隐身的研究尤为重要。文中研究了涂敷平板的反射系数的某些性质，并通过一平板在涂敷RA M前后的RCS比较，更进一步证明了RA M对减小目标的RCS的作用，显示了RA M对隐身技术的贡献。下一步工作是引入优化算法，探讨RA M的层数、各层厚度和介电常数、磁导率设置为多少使得散射截面最小的问题。

［1］ 王超.NURBS曲面的RCS算法研究［D］.西安：西北工业大学，2004.

［2］ Brekhovskikh L M.Waves in layered media［M］.New Yor k：Academic Press，1996.

［3］ Klement D，Preissner J，Stein V.Special problems in applying the physical optics method for backscatter co mputations of complicated objects［J］.IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1988，36（2）：228－237.

［4］ Michielssen E，Sajer J，Ranjithan S.Design of light weight，broad－band microwave absor bers using genetic algorith ms［J］.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，1993，41（6／7）：1024－1031.

［5］ 匡磊.高频区涂覆雷达吸波材料的复杂目标的实时RCS预估［D］.合肥：安徽大学，2004.

［6］ 阮颖铮.雷达截面与隐身技术［M］.北京：国防工业出版社，1998.