一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体及其测试方法与流程

本发明涉及电磁散射测量领域，特别涉及一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体及其测试方法。

背景技术：

在隐身飞行器的研制过程中，需进行大量的设计性rcs(radarcrosssection,雷达散射截面)测试，以进行参数的选择和仿真计算结果的验证。飞行器隐身部件的尺寸一般在1～5m之间，若将其直接用于rcs测试，一方面由于尺寸大于一般暗室静区尺寸而无法实施，另一方面部件的rcs可能大于预测试材料、细节或天线的rcs，从而导致预测试材料或细节的rcs堙没于部件rcs之中；另一方面，若单独只测试细节或天线，细节与天线一旦与隐身部件隔离开，将使其边缘与内埋结构完全暴露在外，引入新的散射源从而影响测试的准确性。现有技术中利用低散射载体是有效的解决方法，低散射载体的尺寸远小于隐身部件，处于暗室静区范围之内；低散射载体能消除被测目标的边缘散射和掩盖内腔结构；低散射载体的散射水平较低，一般低于被测目标1～2个量级，将预测试材料、细节结构或天线安装于低散射载体之上，可体现出被测目标的rcs。

通常而言，对同一个低散射载体，垂直极化(vv)效果好时，水平极化(hh)效果差，水平极化效果好时，垂直极化效果差。要使两种极化都有较好的低散射水平，有时不得不采用多套载体的方案来满足要求，这不仅增加了设计制造成本，也增加了测试时更换载体的工作量，降低了工作效率。

公开号cn106428625a，公开日2017年2月22日，名称为“一种用于rcs测试的低散射载体”的发明专利，该方案公开了用于rcs测试的低散射载体，其优点是能较好的模拟出部件实际装机时的状态，同时能在较大角度范围内具有较低的后向散射。其不足之处是难以兼顾到水平极化和垂直极化都有较低的散射水平。

公开号cn109212504a，公开日2019年1月15日，名称为“兼顾前向和侧向设计的低散射载体”的发明专利，该方案公开了一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其优点是具有良好的表面电流导向作用，有效地降低行波散射的贡献，在前向和侧向均具有较低的散射水平。同样，其不足之处是难以兼顾到水平极化和垂直极化都有较低的散射水平。

现在急需一种可以较好地兼顾到水平极化和垂直极化的低散射载体。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供了一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体及其测试方法，首先是提供了一种低散射载体，由于其特殊的结构限制，可以兼顾水平和垂直极化，并且后面基于该低散射载体提出的测试方法，可以直接运用到该低散射载体上，解决了现有的低散射载体无法较好的兼顾到水平极化和垂直极化的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体，包括载体，所述载体由上曲面、下曲面和过渡曲面组成，所述载体为金属中空结构，呈水滴形，左右轴对称；

所述载体两端更为尖锐的一端为头部，另一端为尾部，所述载体靠近头部的上曲面为平面，载体的尾部向下弯曲；

所述载体满足：

前向尖角θf≤180°-2(α+δ)(1)

后向尖角θe≥2(α+δ)(2)

其中，α为前向关注角域的角度，δ为偏离前向关注角域的余量，且式中的角α和δ的角度单位为度。

在本方案中对于前向尖角θf和后向尖角θe的角度做了限定，所述前向尖角和后向尖角分别是载体的俯视图中头部的角和尾部的角，而前向关注角域的角度α加上偏离前向关注角域的余量δ，是实际测试中，以正对前向尖角且平行于前向尖角的角平分线的方向入射时，入射线和镜面散射波峰位置的散射线的夹角，那么我们对前向尖角θf作如公式(1)中的限定后，电磁波在水平极化和垂直极化下垂直入射到载体侧棱边时，镜面反射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外。

而我们对后向尖角θe作如公式(2)中的限定后，电磁波在水平极化下以0°入射角入射时，载体表面与电场平行，不会出现行波电；而载体的边缘与电场成一定角度的夹角，导致载体的边缘会产生行波电流，遇到边缘的突变，会产生反射，形成边缘的行波散射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外；

而电磁波在垂直极化下以垂直于载体后缘入射时，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≤90°-(α+δ)，处于前向rcs减缩重点方位角以内，因此我们要进一步抑制行波散射，故而本方案将载体尾部向下弯曲，这样使得表面波沿该形状的表面传播时，其曲率半径由大逐步连续地变小，而且没有明显的突变界线，行波在传导过程中随时都会沿其切向辐射能量，从而可使行波逐步减弱，从而使行波贡献得到抑制。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述上曲面的平面部分凹陷设置有法兰接口，所述法兰接口低于上曲面的平面部分，且保证测试目标的安装座安装在法兰接口后，测试目标的安装座的上表面和上曲面的平面部分齐平。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述前向关注角域角度α为45°，偏离前向关注角域的余量δ范围为5°～10°，所述载体表面粗糙度ra≤1.6。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述载体的长度l范围为800mm～1000mm，所述载体的宽度w范围为600mm～800mm。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述载体的高度h按照要测试部件的内埋部分高度决定，δh＝5mm～10mm，或对没有内埋部分的部件h范围为60mm～80mm。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述载体尾部端点的高度h1≤h。

为了更好地实现本方案，进一步地，沿着载体长度方向的曲面，在对接处曲率连续。

一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体的测试方法，对上述任一项所述的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体进行测试，包括依次进行的以下步骤：

首先进行测试前的安装：

步骤s1：将载体头部正对电磁波入射方向；

步骤s2：将要测试的测试目标放入载体上曲面上的法兰接口中，且使得测试目标盖板的棱边与载体的棱边平行，使得电磁波在垂直极化入射时由盖板边缘和载体棱边形成的行波波峰重合；

步骤s3：安装完测试目标后，检测保证载体在放置在转台上时，载体尾部的端点不会接触转台，以避免在测试时暴露在电磁波照明区引入尖点散射；

然后分别进行水平和垂直极化测试，其中水平极化测试为：

步骤s4：电磁波在水平极化下以0°入射角入射时，载体表面与电场平行，不会出现行波电流；

而由于载体的边缘与电场成一定角度夹角，导致载体的边缘会产生行波电流，遇到边缘的突变，会产生反射，形成边缘的行波散射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外；

其中垂直极化测试为：

步骤s5：电磁波在垂直极化下以垂直于载体后缘入射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≤90-(α+δ)，处于前向rcs减缩重点方位角以内；

由于将载体尾部向下弯曲，可以进一步抑制行波散射，使得表面波沿该形状的表面传播时，其曲率半径由大逐步连续地变小。

所述步骤s4和步骤s5顺序可交换，或使用两个同样的载体同时进行。

本方案中的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体的测试方法，是针对前述方案中的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体进行测试，尤其是水平和垂直极化测试的方法。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体及其测试方法,提供了一种低散射载体，由于其特殊的结构限制，可以兼顾水平和垂直极化，解决了现有的低散射载体难以兼顾到水平极化和垂直极化都有较低的散射水平；

2.本发明一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体及其测试方法,提供了一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体的测试方法，基于本方案设计的低散射载体提出一种测试方法，可以直接运用到该低散射载体上，兼顾到水平极化测试和垂直极化测试。

附图说明

为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明的测试方法流程图；

图2是本发明的未安装测试目标的等轴测图；

图3是本发明进行机上天线rcs测试示意图；

图4是本发明进行缝隙宽度rcs测试示意图；

图5是本发明的载体俯视图；

图6是本发明的载体侧面视角投影图；

图7是本发明的载体正面视角投影图；

图8是本发明的载体俯视投影下的边界图；

图9是本发明的载体剖视图；

图10是本发明的载体水平和垂直极化下电磁波垂直于侧棱入射/反射示意图；

图11是本发明的载体水平极化下电磁波0°入射时后缘行波反射示意图；

图12是本发明的载体垂直极化下电磁波0°入射时后缘行波反射示意图；

图13是本发明的载体尾部弯曲对行波进行抑制示意图；

图14是本发明的载体c波段水平极化和垂直极化下本发明实施例rcs随方位角变化曲线图；

图15是本发明的载体x波段水平极化和垂直极化下本发明实施例rcs随方位角变化曲线图；

图16是本发明的载体ku波段水平极化和垂直极化下本发明实施例rcs随方位角变化曲线图；

图中，1-上曲面，2-下曲面，3-过渡曲面，4-法兰接口。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图16对本发明作详细说明。

实施例1：

一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体，如图2-图9，包括载体，所述载体由上曲面1、下曲面2和过渡曲面3组成，所述载体为金属中空结构，呈水滴形，左右轴对称

所述载体两端更为尖锐的一端为头部，另一端为尾部，所述载体靠近头部的上曲面1为平面，如图2、3、4、6、9，载体的尾部向下弯曲；

如图8、10，所述载体满足

前向尖角θf≤180°-2(α+δ)(1)

后向尖角θe≥2(α+δ)(2)

如图10，其中，α为前向关注角域的角度，δ为偏离前向关注角域的余量，且式中的角α和δ的角度单位为度。

在本方案中对于前向尖角θf和后向尖角θe的角度做了限定，所述前向尖角和后向尖角分别是载体的俯视图中头部的角和尾部的角，而前向关注角域的角度α加上偏离前向关注角域的余量δ，是实际测试中，以正对前向尖角且平行于前向尖角的角平分线的方向入射时，入射线和镜面散射波峰位置的散射线的夹角，那么我们对前向尖角θf作如公式(1)中的限定后，电磁波在水平极化和垂直极化下垂直入射到载体侧棱边时，镜面反射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外。

而我们对后向尖角θe作如公式(2)中的限定后，电磁波在水平极化下以0°入射角入射时，载体表面与电场平行，不会出现行波电；而载体的边缘与电场成一定角度的夹角，导致载体的边缘会产生行波电流，遇到边缘的突变，会产生反射，形成边缘的行波散射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外；

而电磁波在垂直极化下以垂直于载体后缘入射时，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≤90°-(α+δ)，处于前向rcs减缩重点方位角以内，因此我们要进一步抑制行波散射，故而本方案将载体尾部向下弯曲，这样使得表面波沿该形状的表面传播时，其曲率半径由大逐步连续地变小，而且没有明显的突变界线，行波在传导过程中随时都会沿其切向辐射能量，从而可使行波逐步减弱，从而使行波贡献得到抑制。

实施例2：

本发明在上述实施例1的基础上，如图3，所述上曲面1的平面部分凹陷设置有法兰接口4，所述法兰接口4低于上曲面1的平面部分，且保证测试目标的安装座安装在法兰接口4后，测试目标的安装座的上表面和上曲面1的平面部分齐平，如图4中，盖板的棱边要与载体的棱边平行如图5所示，使得电磁波在垂直极化入射时由盖板边缘和载体棱边形成的行波波峰重合。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述前向关注角域角度α为45°，偏离前向关注角域的余量δ范围为5°～10°，所述载体表面粗糙度ra≤1.6。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述载体的长度l范围为800mm～1000mm，所述载体的宽度w范围为600mm～800mm。如图6中，载体关于对称线左右对称，其长度l范围为800mm～1000mm，载体宽度w范围为600mm～800mm，载体高度h对没有内埋部分的部件范围为60mm～80mm，满足一般低散射目标测试时的需求。对被测试的目标具有的内埋部分的，如图6、7、9所示，载体的底部距内埋部分底部高度差余量δh＝5mm～10mm，载体尾部端点的高度h1≤h，避免载体在转台上安装时尾部端点接触转台，以及测试时暴露在电磁波照明区引入尖点散射。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述载体的高度h按照要测试部件的内埋部分高度决定，δh＝5mm～10mm，或对没有内埋部分的部件h范围为60mm～80mm。

为了更好地实现本方案，进一步地，如图6、7、9，所述载体尾部端点的高度h1≤h。

为了更好地实现本方案，进一步地，沿着载体长度方向的曲面，在对接处曲率连续，载体长度方向的曲面对接处，保持曲率连续，以避免表面不连续引起行波散射。

实施例3：

一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体的测试方法，如图1，对上述实施例1或实施例2中所述的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体进行测试，包括依次进行的以下步骤：

首先进行测试前的安装：

步骤s1：将载体头部正对电磁波入射方向，如图10所示；

步骤s2：将要测试的测试目标放入载体上曲面1上的法兰接口4中，且使得测试目标盖板的棱边与载体的棱边平行，如图5，使得电磁波在垂直极化入射时由盖板边缘和载体棱边形成的行波波峰重合；

步骤s3：安装完测试目标后，检测保证载体在放置在转台上时，载体尾部的端点不会接触转台，以避免在测试时暴露在电磁波照明区引入尖点散射；

然后分别进行水平和垂直极化测试，其中水平极化测试为，如图11：

步骤s4：电磁波在水平极化下以0°入射角入射时，载体表面与电场平行，不会出现行波电流；

而由于载体的边缘与电场成一定角度夹角，导致载体的边缘会产生行波电流，遇到边缘的突变，会产生反射，形成边缘的行波散射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外；

其中垂直极化测试为，如图12：

步骤s5：电磁波在垂直极化下以垂直于载体后缘入射，由于载体后向尖角θe≥2(α+δ)，后缘行波散射波峰与0°入射方位之间的夹角≤90°-(α+δ)，处于前向rcs减缩重点方位角以内；

如图13，由于将载体尾部向下弯曲，可以进一步抑制行波散射，使得表面波沿该形状的表面传播时，其曲率半径由大逐步连续地变小，而且没有明显的突变界线，行波在传导过程中随时都会沿其切向辐射能量，从而可使行波逐步减弱，从而使行波贡献得到抑制。

而在在水平极化和垂直极化下之间的测试时：

步骤s6：如图10中所示，当载体前向尖角θf≤180°-2(α+δ)，电磁波在水平极化和垂直极化下垂直入射到载体侧棱边时，镜面反射波峰与0°入射方位之间的夹角≥α+δ，处于前向rcs重点减缩区域之外。

所述步骤s4、步骤s5和步骤s6顺序可交换，或使用三个同样的载体同时进行。

图14、图15和图16为采用多层快速多极子算法对几何参数在上述取值范围内的载体进行rcs仿真曲线，由图可见在大部分方位角下，c波段rcs低于-35dbsm，x和ku波段rcs低于-40dbsm，满足大部分天线及其他低散射目标rcs测试的需要。

本方案中的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体的测试方法，是针对实施例1或2中的一种兼顾水平和垂直极化的低散射载体进行测试，尤其是水平和垂直极化测试的方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。