电磁散射的计算和测量：电子科学与技术

第1章 电磁散射的基本理论
1.1 Maxwell方程1
1.2 边界条件3
1.3 位函数和波方程4
1.4 波方程的基本解5
1.4.1 平面波6
1.4.2 柱面波7
1.4.3 球面波10
1.5 Green函数11
1.6 StrattonChu方程12
1.6.1 矢量Green定理13
1.6.2 StrattonChu方程13
1.7 互易定理和反应积分方程16
1.8 散射及RCS定义19
1.8.1 散射截面定义19
1.8.2 散射系数定义24
1.8.3 极化散射矩阵定义25
1.8.4 散射的方向性函数26
参考文献28
第2章 电磁散射的严格解
2.1 引言29
2.2 球体的散射30
2.2.1 球面波的基本理论30
2.2.2 理想导电球的散射34
2.2.3 介质球的散射40
2.2.4 有介质涂敷的导体球的散射43
2.2.5 导体球的振荡47
2.3 二维散射问题53
2.3.1 柱坐标中的一般解53
2.3.2 导体圆柱的散射55
2.3.3 介质圆柱的散射59
2.3.4 分层圆柱体的散射61
2.3.5 线源激励65
2.4 劈的散射66
2.4.1 理想导电劈的绕射66
2.4.2 阻抗劈的绕射71
参考文献76
第3章 电磁散射的数值计算
3.1 引言77
3.2 矩量法77
3.2.1 矩量法的步骤77
3.2.2 细导线的散射84
3.2.3 二维散射问题88
3.2.4 三维散射问题104
3.3 有限元法112
3.3.1 有限元的基本步骤112
3.3.2 二维散射问题的有限元求解116
3.3.3 三维散射问题的有限元求解122
3.3.4 边界元法128
3.4 时域有限差分法128
3.4.1 时域有限差分法介绍129
3.4.2 色散误差分析137
3.4.3 吸收边界条件138
3.4.4 远区场计算153
3.4.5 小结156
3.5 快速多极子算法156
3.5.1 快速多极子算法的基本公式158
3.5.2 快速多极子算法的物理意义160
3.5.3 快速多极子算法的编程实现160
3.5.4 快速多层多极子算法163
3.5.5 计算实例164
3.6 有限积分法166
3.6.1 Maxwell栅格方程166
3.6.2 方程的物理与代数性质176
3.6.3 算例180
参考文献188
第4章 电磁散射的高频近似计算
4.1 引言192
4.2 几何光学法196
4.2.1 Snell定律197
4.2.2 Fermat原理198
4.2.3 能量守恒原理199
4.2.4 几何光学的场201
4.3 几何绕射理论204
4.3.1 边缘绕射线和Keller锥205
4.3.2 表面绕射线207
4.3.3 顶尖绕射线207
4.3.4 边缘绕射系数和边缘绕射场208
4.3.5 表面绕射系数和曲面绕射场215
4.3.6 爬行波220
4.3.7 行波散射221
4.3.8 拐点的绕射场222
4.3.9 散射中心223
4.4 物理光学法224
4.5 物理绕射理论227
4.5.1 物理绕射场和物理绕射系数227
4.5.2 等效电流法及其对几何绕射理论的修正231
4.5.3 增量长度绕射系数及其对物理绕射理论的修正233
4.6 小结234
参考文献237
第5章 电磁散射测量的基本概念
5.1 引言243
5.2 远场条件244
5.2.1 RCS测量的简单原理244
5.2.2 远场条件245
5.3 柱面波谱和平面波角谱的概念251
5.3.1 柱面波谱251
5.3.2 平面波角谱252
5.3.3 横向分量At(k)和天线远场方向性图256
5.3.4 全极化平面波谱257
5.4 近场散射和远场散射之间的关系式258
5.4.1 两天线间的耦合公式和天线测量的误差模型258
5.4.2 近场散射和远场散射之间的关系式272
5.4.3 天线和RCS测量误差模型的全极化表达式285
5.5 背景杂波的影响288
5.6 相似原理和缩比测量289
参考文献293
第6章 天线和RCS测试的仪表系统
6.1 概述295
6.2 系统类型296
6.2.1 FMCW系统296
6.2.2 幅相接收机系统302
6.2.3 射频脉冲系统304
6.2.4 时域脉冲系统308
6.3 系统指标309
6.3.1 系统灵敏度310
6.3.2 系统动态范围313
6.3.3 不模糊区域和数字分辨率314
6.3.4 测量精度315
6.3.5 脉冲测量319
6.3.6 频率扩展320
6.3.7 速度和效率327
6.4 接收机设计330
6.5 单站二维成像332
6.5.1 成像基本公式333
6.5.2 一维横向分辨335
6.5.3 距离多普勒成像算法(RD法)338
6.5.4 卷积反投影法339
6.6 双站二维成像341
6.6.1 双站二维成像的几何关系342
6.6.2 一维距离分辨344
6.6.3 二维距离分辨345
6.6.4 仿真结果346
6.7 几何失真的修正352
6.8 三维成像354
6.8.1 单站平面扫描三维成像算法356
6.8.2 单站平面扫描三维成像算法的仿真359
参考文献360
第7章 紧缩场技术
7.1 引言362
7.2 口径天线的近场研究364
7.2.1 修正Green函数和口径绕射的卷积算法364
7.2.2 均匀分布圆形口径绕射计算369
7.2.3 均匀分布矩形口径绕射计算372
7.2.4 边缘处理技术372
7.3 口径天线近场绕射的相似性375
7.3.1 严格的相似性377
7.3.2 渐近的相似性377
7.4 紧缩场的类型378
7.4.1 单反射面紧缩场379
7.4.2 双柱面紧缩场385
7.4.3 前馈卡塞格仑紧缩场394
7.4.4 单柱面紧缩场397
7.5 紧缩场应用中的几个问题406
7.5.1 静区振幅和相位不平度406
7.5.2 高频性能和低频性能408
7.5.3 交叉极化410
7.5.4 暗室要求和背景电平413
7.5.5 双站RCS测量415
参考文献420
第8章 电磁散射的室外静态场测量
8.1 引言421
8.2 场地的距离要求422
8.3 场地设计方案423
8.3.1 地平面场（地面反射场）423
8.3.2 自由空间场地427
8.4 室外RCS测试场的背景电平428
8.4.1 场地直接回波428
8.4.2 多路径效应430
8.4.3 目标支架及其产生的背景431
8.5 近场修正问题434
8.5.1 Melin滤波法434
8.5.2 柱面场修正法437
8.5.3 基于合成孔径成像的近场修正原理447
8.5.4 三维近场修正466
8.5.5 关于近场/远场散射变换所需双站散射信息的讨论466
参考文献472
附录A 三角形上的奇异积分和数值积分
附录B 单/双站等效定理
附录C 关于二次辐射传播函数积分的计算