吸波材料与微波暗室问题的数学建模

为了分析微波暗室的性能,采用几何光学的方法,用虚像延拓来刻画辐射波在暗室诸墙面上的反射过程,从而建立微波暗室模型.问题一考虑单个尖劈几何空缺间反射过程的数学模型,利用平面镜成像原理,采用延拓的方法,将尖劈几何空缺空间延拓到一个圆柱上,将入射波在尖劈空缺间的反射过程等价地看成入射波在一个圆柱内的空间直线传播过程,称为"虚像传播直线".问题二中要分析微波暗室的性能,主要采用的指标是静区从诸墙面得到的反射信号的功率之和与从信号源直接得到的微波功率之比y.采用静区延拓的方法,将微波暗室暗箱化,首先建立一个余弦辐射体的点辐射源到一有界平面的辐射模型,然后通过该模型计算点辐射源到各个静区虚像的辐射功率总和作为静区从诸墙面得到的总功率,建立微波暗室的反射模型.实验证明,当采用平板吸波材料时(垂直反射率为0.5),无法满足导引仿真要求,当采用性能较好的尖劈形吸波体时(垂直反射率为0.05),能够满足仿真要求.

尖劈吸波体的研究和微波暗室的模拟

对尖劈形状吸波体的吸波性能进行了研究,并对导弹导引仿真实验用的微波暗室的性能进行分析和仿真.首先对尖劈体的二维反射性能进行了研究,从单条波线反射的原理出发,得到波束平面反射的统计模型.单条波线的反射通过数值模拟得到;波束反射模型则通过对数值模拟的结果进行统计和拟合得到,最终用多项式表示.对于一些简单或特殊的情况,也给出了解析解.通过分析发现,三维反射和二维反射之间有明确的关系.这种关系可以由三维入射角和反射次数决定,而反射次数可以通过二维模型得到.据此将平面反射模型扩展为三维反射模型,从而得到尖劈形状吸波体的三维反射模型.无回波暗室用于模拟没有背景微波辐射的环境,其关键在于选择合适的吸波材料.基于微波反射通量平衡原理,建立了考虑暗室墙面各点之间的相互影响的耦合模型,从而可以求解出在指定的发射源照射之下墙面各点的辐射强度分布.对模型的求解精度和收敛性进行了验证.基于此模型,对一个导弹引导试验进行了数值模拟,推算出了使用两种不同吸波材料时静区接收到的微波信号的信噪比.