本发明专利技术公开了一种宽带宽角有源散射装置及其双站RCS的计算方法。该装置由多个离散分布于特定形状的刚性或柔性面板上的散射单元构成，每个散射单元由宽带宽角收发一体天线和反射放大电路构成。宽带宽角有源散射装置的总双站RCS由无源双站RCS和有源双站RCS两部分叠加而成，本发明专利技术提出了计算整个宽带宽角有源散射装置的总双站RCS和各向双站RCS的方法。本发明专利技术还提供了宽带宽角有源散射装置上的单个散射单元稳定工作的条件以及快速计算散射单元有源双站RCS的方法，该方法只需事先测量得到宽带宽角收发一体天线和反射放大电路各自的性能指标，即可算出散射单元在指定频段内的有源双站RCS，避免了复杂繁琐的三维电磁场数值计算。计算。计算。
【技术实现步骤摘要】
一种宽带宽角有源散射装置及其双站RCS的计算方法
[0001]本专利技术属于目标RCS增强
，具体涉及一种宽带宽角有源散射装置及其双站雷达散射截面积RCS的计算方法。
技术介绍
[0002]被动探测定位系统是一种利用目标本身的电磁辐射信号或目标散射环境电磁波来对目标进行探测、定位与跟踪的系统。在该系统中，位于多个位置点的监测接收站自身不发射电磁波，仅是被动地感知、分析、处理被探测目标自身或散射的电磁波，通过提取这些电磁波信号到达各个监测站的时间差、频率差、相位差等信息，最终推算出辐射源或目标的位置并实现目标识别和跟踪。在很多实际的被动探测应用场景中，监测站接收到的目标辐射或散射的信号功率非常低，甚至可能因地形地貌或建筑物遮挡而完全无法接收到信号，因而严重制约了系统的探测效能和定位精度。为了扩大系统的探测范围，一般的应对办法是抵近探测或将探测设备部署于升空平台上，但这类方法的部署和应用成本较高，缺乏灵活性。
[0003]传统的关于双站RCS的计算研究中，对象均为无源物体，常用高频法、几何光学法、物理光学法研究物体的散射特性，或使用矩阵法、时域有限差分法、有限元法等数值计算方法求解物体的双站RCS，这类方法虽具有较高的精度，但计算量大，需要较多的计算存储空间。目前，尚未发现快速且较为完整的针对有源散射体的双站RCS的计算方法和流程。
技术实现思路
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种宽带宽角有源散射装置及其双站RCS的计算方法，该装置可提供双站RCS增益，可在很宽频率范围内增大宽角度空间的散射波功率。
[0005]本专利技术提供一种宽带宽角有源散射装置，包括：散射面板和多个离散分布于散射面板上的散射单元；每个散射单元包括：位于散射面板上的一组宽带宽角收发一体天线和反射放大电路；宽带宽角收发一体天线的信号端口通过过孔与反射放大电路相连，反射放大电路的接地部分通过盲孔与散射面板相连；散射单元用于通过宽带宽角收发一体天线在信号端口感应出入射波电压，并通过散射面板传递给反射放大电路，对其进行放大后反射回宽带宽角收发一体天线，最后向空间辐射出电磁波。
[0006]更进一步地，散射面板为三层PCB板结构，依次记为：顶层、中间层与底层；且所述顶层、所述中间层和所述底层均为金属层，中间金属层作为地层，各金属层之间为介质基板。
[0007]更进一步地，反射放大电路包括：依次连接的天线阻抗匹配电路、阻抗变换电路、负阻器件和直流偏置电路；天线阻抗匹配电路用于将天线的输入阻抗匹配至标准的50欧姆端接阻抗，减小因阻抗不匹配而产生的信号传输损耗；阻抗变换电路用于调整反射放大电路的频率响应特性；负阻器件用于在直流偏置电压的作用下工作于负阻区域；直流偏置电路用于为负阻器件提供使其工作在负阻区域的直流偏置电压。
[0008]其中，有源散射装置中的散射面板形状结构不限于矩形平板状，也可为球面、多面体等或其它共形结构；散射面板的基板材料也不限于常规的硬质环氧玻璃布层压板，可以是各种低介质损耗的多层柔性板材，如聚酰亚胺或聚酯薄膜基材等做成的柔性或挠性电路板。
[0009]其中，有源散射装置中的每个散射单元所使用的宽带宽角收发一体天线，设计为平面等角螺旋天线、平面阿基米德螺旋天线、平面等角螺线与阿基米德螺线组合而成的螺旋天线；每个散射单元中的反射放大电路所使用的有源器件是隧道二极管、雪崩二极管、体效应二极管等具有负阻特性的微波器件。
[0010]本专利技术还提供了一种基于上述宽带宽角有源散射装置的总双站RCS的计算方法，该方法包括下述步骤：第1步对不含反射放大电路的宽带宽角有源散射装置，当均匀平面波的入射方向为、场强为时，采用三维电磁仿真方法计算得到距离有源散射装置处、沿方向的散射波电场强度、，其中表示散射波沿θ方向的散射波电场强度，表示散射波沿方向的电场强度；第2步对含有反射放大电路的宽带宽角有源散射装置，当均匀平面波的入射方向为、场强为时，利用三维电磁仿真方法计算得到宽带宽角有源散射装置上的每个散射单元的宽带宽角收发一体天线信号端口处的感应电压；第3步计算每个散射单元中的反射放大电路输出电压：式中，下标j表示第j个散射单元的序号，n表示宽带宽角有源散射装置上分布的散射单元的数量，表示天线信号端口的感应电压，即反射放大电路的输入电压，表示反射放大电路的输出电压，表示第j个散射单元的闭环功率增益；第4步使用反射放大电路的输出电压去激励对应的散射单元中的宽带宽角收发一体天线，使用三维电磁仿真方法计算得到在距离有源散射装置处、沿方向辐射的均匀平面波横向电场强度、，其中，表示辐射波沿θ方向的电场强度，表示辐射波沿方向的电场强度；第5步对上述计算得到的两种远场电场进行叠加：
式中，表示沿θ方向的合成电场强度，表示沿方向的合成电场强度；第6步利用下述公式计算宽带宽角有源散射装置的总双站RCS和沿方向的双站RCS：双站RCS：式中，表示在入射方向为的均匀平面波照射下宽带宽角有源散射装置的总双站RCS，表示在入射方向为的均匀平面波照射下宽带宽角有源散射装置沿方向的双站RCS。
[0011]本专利技术还提供了一种快速计算宽带宽角有源散射装置中单个散射单元的总有源双站RCS和沿方向的双站RCS的方法，其计算公式如下：方向的双站RCS的方法，其计算公式如下：式中，表示在入射方向为的均匀平面波照射下，第j个散射单元向整个空间散射的总有源双站RCS，表示在入射方向为的均匀平面波照射下该散射单元沿方向的双站RCS，为均匀平面波信号的波长，为第j个散射单元中的宽带宽角收发一体天线沿入射波方向的功率方向图增益，为第j个散射单元中的宽带宽角收发一体天线沿散射波方向的功率方向图增益，为第j个散射单元的闭环功率增益。
[0012]本专利技术中的装置和RCS的计算方法具有以下特点：（1）本专利技术首次提出了宽带宽角天线与单端口反射放大电路直接相连的结构，此结构构成了具有RCS增益的新型散射面或散射体。宽带宽角收发一体天线接收入射波信号并在天线端口产生感应电压，反射放大电路将该感应电压放大后即时反射回宽带宽角收发一体天线，并经该天线向外部空间辐射电磁波，从而增大后向或侧向散射波功率。另外，在该装置中采用阵列排布方式使多个散射单元有序分布于散射面板上，能够有效增大散射角度。因此整个装置与传统的无源散射面相比，在很宽频率范围、很宽宽角度空间内均可提供
双站RCS增益。
[0013]（2）本专利技术提出的计算散射单元总有源双站RCS的方法，只需事先测量得到宽带宽角收发一体天线的方向图和反射放大电路的性能参数，即可快速算出散射单元在指定频段内的有源双站RCS，避免了复杂繁琐的三维电磁场数值计算，极大程度地提高了计算速度并减小了计算存储空间。
[0014]（3）本专利技术提出的计算整个宽带宽角有源散射装置的总双站RCS的方法，计入了由无源散射结构和有源放大电路两部分各自产生的无源双站RCS和有源双站RCS，同时也可以处理位于散射面板上不同位置的收发一体天线因接收信号的幅度和相位不同而带来的散射场叠加问题，是一种可计算复杂结构的散射特性和RCS的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽带宽角有源散射装置，其特征在于，包括：散射面板（100）和多个离散分布于所述散射面板（100）上的散射单元（200）；每个所述散射单元（200）包括：位于所述散射面板（100）上的一组宽带宽角收发一体天线（210）和反射放大电路（220）；所述宽带宽角收发一体天线（210）的信号端口通过过孔与所述反射放大电路（220）相连，所述反射放大电路（220）的接地部分通过盲孔与所述散射面板（100）相连；所述散射单元（200）用于通过所述宽带宽角收发一体天线（210）在信号端口感应出入射波电压，并通过散射面板（100）传递给反射放大电路（220），对其进行放大后反射回所述宽带宽角收发一体天线（210），最后向空间辐射出电磁波。2.如权利要求1所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，所述反射放大电路（220）包括：依次连接的天线阻抗匹配电路（221）、阻抗变换电路（222）、负阻器件（223）和直流偏置电路（224）；所述天线阻抗匹配电路（221）用于将天线的输入阻抗匹配至标准的50欧姆端接阻抗；所述阻抗变换电路（222）用于调整反射放大电路的频率响应特性；所述负阻器件（223）用于在直流偏置电压的作用下工作于负阻区域；所述直流偏置电路（224）用于为所述负阻器件（223）提供使其工作在负阻区域的直流偏置电压。3.如权利要求2所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，每个散射单元（200）稳定工作的条件为：；式中，表示在第j个散射单元中从天线阻抗匹配电路（221）与阻抗变换电路（222）相接的第一端面向天线阻抗匹配电路（221）方向看去的反射系数，表示从第一端面向反射放大器阻抗变换电路（222）方向看去的反射系数。4.如权利要求1所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，所述反射放大电路（220）也可以是由场效应晶体管或双极晶体管构成的二端口放大电路，同时将宽带宽角收发一体天线（210）改为接收和发射分置的双天线，分别连接二端口放大电路的输入端口和输出端口；此结构散射单元（200）中的接收天线、二端口放大器及发射天线之间的闭环功率增益 为：；其稳定工作的条件为：；式中，表示发射天线与接收天线之间的空间耦合效应所对应的散射单元反向传输系数，表示二端口放大电路的复电压增益。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，所述散射面板（100）的形状结构为矩形平板状、球面、多面体等或其它共形结构；散射面板的基板材料为硬质环氧玻璃布层压板或各种低介质损耗的多层柔性板材，如聚酰亚胺或聚酯薄膜基材做成的柔性或挠性电路板。6.如权利要求5所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，所述散射面板（100）为三层PCB板结构，依次记为：顶层、中间层与底层；且所述顶层、所述中间层和所述底层均为金属层，中间金属层作为地层，各金属层之间为介质基板。
7.如权利要求1
‑
4任一项所述的宽带宽角有源散射装置，其特征在于，所述宽带宽角收发一体天线（210）为平面等角螺旋天线、平面阿基米德螺旋天线、平面等角螺线与阿基米德螺线组合而成的螺旋天线；所述反射放大电路（220）使用的有源器件为隧道二极管、...
【专利技术属性】
技术研发人员：马婧闻，刘聆子，侯文广，张华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。