圆极化波孔缝耦合研究

论文摘要

本文主要利用时域有限差分方法研究了线极化波和圆极化波的孔缝耦合效应。圆极化波相对于线极化波有许多优点:圆极化波在穿过雨雾层和电离层时,引入的损耗小,非常有利于在恶劣天气下的传播。圆极化波的电场强度矢量E的端点在空间描绘出的轨迹为圆,在传输过程中电场以螺旋的方式前进,不存在线极化波的极化面旋转问题。在孔缝耦合过程中,无论腔体的孔缝方向如何,总会有一定的能量耦合到腔体内,随着能量的积累,在腔体内可以形成更强的耦合效应。迄今为止,线极化波的孔缝耦合效应的研究较多,而圆极化波的孔缝耦合效应研究还未见报道。文章首先综述高功率微波在电子战中的应用背景,介绍了高功率微波与电子设备耦合的特点,通过对国内外研究现状的分析,表明我们的研究具有很强的前沿性和探索性。其次介绍了基于Yee的差分算法的时域有限差分方法的特点、发展过程及差分方程。讨论并总结了同时满足稳定性条件和数值色散条件的时间步长和空间步长的关系。论述了Engquist-Majda三维吸收边界条件的FDTD形式以及局部细网格技术等。并且对入射平面波的设置和计算进行了初步研究,分析了电磁波的极化特性,圆极化波的特点,线极化波和圆极化波入射的设置和计算,以及孔缝耦合的物理模型。最后计算线极化波和圆极化波在2GHz -13GHz较宽频带内的孔缝耦合效应,分析了圆极化波对线极化波的相对耦合系数。在S波段,圆极化波比线极化波对相同腔体的孔缝耦合效应大10%-30%;在X波段,圆极化波比线极化波对相同腔体的孔缝耦合效应大60%-95%。研究表明:在载频2GHz-13GHz的较宽频带内,圆极化波的透射系数都比线极化波大,在9GHz附近接近线极化波的2倍。圆极化波相对于线极化波更容易耦合进入目标腔体,耦合过程中损耗小,有更多的能量耦合进入腔体,且不会出现极化完全失配的现象。由于能量的不对称损耗,圆极化波耦合进入腔体内的波形是不规则的椭圆极化波。圆极化波有其特殊的优点,因此在微波武器和电磁兼容方面有着广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 时域有限差分方法的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 时域有限差分的基本算法
• 2.3 解的稳定性条件和数值色散
• 2.3.1 解的稳定性条件
• 2.3.2 数值色散
• 2.4 吸收边界条件
• 2.4.1 Engquist-Majda 吸收边界条件及其近似形式
• 2.4.2 三维吸收边界条件的FDTD 形式
• 2.4.3 棱边和角顶点的特殊考虑
• 2.5 局部细网格
• 2.6 小结
• 第三章 入射波的设置与计算
• 3.1 引言
• 3.2 平面波的设置和计算
• 3.2.1 波的极化特性
• 3.2.2 线极化波的设置和计算
• 3.2.3 圆极化波的设置和计算
• 3.3 圆极化波孔缝耦合的物理模型
• 3.4 小结
• 第四章 结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 微波脉冲孔缝耦合的初步分析
• 4.3 线极化波和圆极化波对腔体的孔缝耦合效应
• 4.4 相对透射系数分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果