基于目标方向的斜极化响应分析

秦 浩，金谋平

(中国电子科技集团第三十八研究所，合肥 230088)

基于目标方向的斜极化响应分析

秦 浩，金谋平

(中国电子科技集团第三十八研究所，合肥 230088)

作为电子对抗系统的主要工作极化方式， 斜极化在理论上对水平极化和垂直极化的响应是相同的。本文通过对地面斜极化站对空中线极化目标的极化响应模型的分析，得出了向站和背站飞行目标的水平线极化响应不一致的结论。分析过程与结论对电子对抗系统工作极化选择具有很好的理论指导作用。

斜极化；水平极化；垂直极化；向站；背站

0 引 言

天线极化是描述天线辐射电磁波场矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向，以地面作为参考。电场矢量方向与地面平行的叫水平极化[1]，如图1(a)所示。电场方向与x轴平行，当电场方向与y轴平行时，为垂直极化。当电场矢量取向随时间而变化，即其矢量端点在垂直于传播方向的平面内描绘的轨迹是一个圆时，则称为圆极化[1-2]，如图1(b)所示。

当电场方向不与x轴平行也不与y轴平行而是与两个轴的均成45°夹角时，则称为斜极化，如图2所示。

(a)

(b)

(a) 45°斜极化

(b) 135°斜极化

1 斜极化对线极化响应理论分析

首先根据实际工作状态建立物理模型。假设侦察或干扰装备位于坐标原点o，向东飞，远离坐标原点o，称为背站；飞机沿着以yoz平面对称的同样距离和高度从东向西飞，称为向站，如图3所示。

图3 飞机向、背站模型示意图

坐标原点位于地面，飞机飞行的高度假设为ZF，即飞机在全局坐标系XYZ中Z坐标不为零。这样当位于地面的侦察或干扰天线波束最大值对准挂在飞机侧面的目标天线时，需要向上仰起一个角度。侦察或干扰天线与地面必须有一定仰角，所以定义两个坐标系：天线坐标系(x′,y′,z′)和大地坐标系(x,y,z)，于是：

(1) 天线坐标系(x′,y′,z′)，x′为天线波束指向；

(2) 天线坐标系(x′,y′,z′)与大地坐标系(x,y,z)的关系：(x,y,z) 坐标系的x轴以z轴为转轴转动角度Ø，然后再以y轴为转轴转动角度(90-θ)，即得(x′,y′,z′)坐标系。

(4) 两个坐标系的转换关系为

如图2所述，天线斜极化有45°和135°两种，首先考虑目标极化为水平极化的情况，即y分量。

关注与目标水平极化一致的分量，即y分量：

Ey=cosØ+cosθ·sinØ

对于背站

Ey1=cosØ1+cosθ1·sinØ1

对于向站

关注与目标水平极化一致的分量，即y分量：

Ey=cosØ-cosθ·sinØ

对于背站

Ey1=cosØ1-cosθ1·sinØ1

对于向站

然后，考虑目标极化为垂直极化的情况，即z分量。

关注与目标垂直极化一致的分量，即z分量：

Ez=-sinθ

对于背站

Ez1=-sinθ1

对于向站

Ez2=-sinθ2

关注与目标垂直极化一致的分量，即z分量：

Ez=sinθ

对于背站

Ez1=sinθ1

对于向站

Ez2=sinθ2

综合以上内容，发现理论分析显示当目标极化为水平极化时斜极化的响应在向站和背站时是不一样的，而对于目标极化为垂直极化时斜极化的响应在向站和背站时是一样的。

2 斜极化对线极化响应电磁仿真

为了进一步验证上述理论分析，采用电磁仿真的手段进行验证，具体的做法是：计算收发天线间的S21参数，采用FEKO软件对上述模型进行电磁仿真。FEKO软件是针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析而开发的专业电磁场分析软件，已广泛应用于大规模天线系统仿真或电磁兼容设计等[4-5]，其仿真精度已经得到了广泛的验证。仿真模型见图4，假设如图所示的位于坐标原点的斜极化天线为上文所述的侦察或干扰天线，水平极化天线或垂直极化天线为挂在飞机侧面的目标天线，仿真模型参数为水平极化天线或垂直极化天线离斜极化天线的横向距离为4000 m(x方向)，高度方向3000 m(z方向)，距离方向作为变量，取值范围为10～45010 m。通过S21参数的获取，可以较为清晰地发现相同S21参数对应的向站和背站的距离差，仿真结果见图5。

(a) 水平极化背站方向

(b) 水平极化向站方向

(c) 垂直极化背站方向

(d) 垂直极化向站方向

图5 斜极化对两种线极化的向、背站响应

如图5所示，斜极化对水平极化在向站和背站之间的响应存在明显区别。同样的S21响应，对于垂直极化目标，向站和背站的大小区别不大。而对于水平极化，同样的S21参数对应的y轴距离理论上相差甚远，例如同样140 dB响应对应的y轴距离分别为向站时8.97 km，而背站为34.4 km，相差3.86倍。

3 结束语

本文结合工程实际情况，分析了天线各种极化及斜极化对线极化响应关系，并且通过理论分析和电磁仿真相结合的方法，阐述了斜极化装备对不同线极化目标在向站和背站方向的现象。得到的结论对实际工程应用具有很好的指导作用，为电子战装备规避可能的风险提供了理论依据，具有很高的应用价值。

[1] 林昌禄. 天线工程手册[M] .北京: 电子工业出版社, 2002:13-14.

[2] Constantine A. Balanis. Modern Antenna Handbook [M]. John Wiley & Sons, Inc. Publication, 2009: 27-28.

[3] 唐益明, 肖开奇. 宽带斜45°极化器的深入研究[J] .微波学报, 1999(4) : 381-385.

[4] 姚成柱, 李海军, 姜楗. 基于FEKO软件的电磁环境对电火工品安全影响仿真[J] . 舰船电子工程, 2011(11) : 89-90.

[5] 丁亚非, 张传勇, 吴微露. 基于FEKO的超短波通信对抗系统电磁兼容性仿真分析[J] . 舰船电子对抗, 2012(2) : 96-98.

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Analysis of oblique polarization response based on target direction

QIN Hao， JIN Mou-ping

(No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230088)

As a main polarization mode of the ECM system, oblique polarization has the same response on the horizontal polarization and the vertical polarization theoretically. By analyzing the model of the polarization response from the oblique polarization station on the ground to the linear polarization air targets, a conclusion that the horizontal polarization responses are different when the target flies towards the station and backwards the station is drawn. The analytical process and conclusion is a theoretical guidance for the selection of polarization modes of the ECM system.

oblique polarization; horizontal polarization; vertical polarization; towards the station; backwards the station

2013-05-13；

2013-11-12

秦浩(1978-)，男，高级工程师，研究方向：超宽带天线；金谋平(1969-)，男，研究员，博士，研究方向：阵列天线及 工程设计。

TN821.1

A

1009-0401(2014)01-0029-04