隐形飞机与波的吸收和反射的关系

 美国在伊拉克战争中出动了B-52等几种型号的隐形飞机,这是因为隐形飞机不易被雷达发现,有出其不意的攻击效果。隐形飞机是庞然大物,如B-52,长20多米、翼展50多米、高5米多,那么它是怎样“隐形”的呢?从物理学方面来看,隐形飞机实际上是利用波的反射和吸收的原理,达到雷达隐形、红外隐形、可见光隐形和声波隐形的目的。蝙蝠飞行和捕食,是由于它不断发出超声波,然后利用它敏锐的耳朵接收和分析回声,判断物体的性质、方向和距离,这使它能够在漆黑的夜晚自由飞行和捕食。雷达探测空中物体的原理与蝙蝠相同,雷达发射的不是超声波而是电磁波。     

高科技对物理教学的渗透和影响

中学物理的重点是一些经典物理的内容,但是随着形势的发展,高科技中所涉及的一些思想及其应用亦已渗透到教材中,加之各种传播媒介的宣传,学生不断受到高技术息想的薰陶,他们头脑中有关的问题随之增加。教学中我们必须注意到这方面的新情况。 笔者在教授“电视、雷达”这部分内容时,感受尤深,学生理解了雷达的工作原理后,许多同学提出了几乎相同的一个问题:雷达能够发现各种飞行器,但海湾战争中美国的“隐形飞机”(F-117A)为什么能躲过伊拉克雷达的监视?这类疑问引起了笔者的思考。现就从“隐形飞机”为什么会“隐形”谈起。 “隐形”并不是真的看不见,主要是其雷达散射截面非常小。例如:一架翼长52米的B-2隐形飞机的雷达散射截面只跟一只海鸥的雷达散射截面相当。隐形飞机之所以能隐形,主要是因为有如下特点: 1.机身制造成独特的外形,使用特殊的复合材料吸收并减少雷达波的反射。 2.为减少自身的红外辐射,发动机进气口和排气口采用了“软百页帘”式二元喷气口及吸波挡板,进一     

红外线在夜视技术中的应用

一、红外线及其物理特性红外线是一种电磁波 ,在电磁波谱中的位置是处于红外端 ,波长范围大致是 0 .76微米— 10 0 0微米。红外线与可见光、紫外线、Ｘ射线、γ射线及无线电波一起 ,构成了无限连续的电磁波。红外线除具有电磁波的一般性质外 ,还具有独特的性质。(1)红外辐射现象一切物体都会辐射红外线 ,物体的红外辐射与其本身的温度有着密切关系 ,物体的温度愈高 ,辐射电磁波的能量愈大。(2 )红外线的热效应物体在辐射红外线的同时 ,还会吸收外界红外辐射的能量 ,当外界红外线辐射到物体上时 ,物体的温度就升高。(3)反射特性物体在不同波…     

红外线在夜视技术中的应用

 一、红外线及其物理特性红外线是一种电磁波,在电磁波谱中的位置是处于红外端,波长范围大致是0.76微米-1000微米。红外线与可见光、紫外线、Ｘ射线、γ射线及无线电波一起,构成了无限连续的电磁波。红外线除具有电磁波的一般性质外,还具有独特的性质。(1)红外辐射现象一切物体都会辐射红外线,物体的红外辐射与其本身的温度有着密切关系,物体的温度愈高,辐射电磁波的能量愈大。(2)红外线的热效应物体在辐射红外线的同时,还会吸收外界红外辐射的能量,当外界红外线辐射到物体上时,物体的温度就升高。(3)反射特性物体在不同波长红外线的照射下反射率各不相同。     

平面电磁波对导体的辐射压强

当单色平面电磁波垂直入射到可导电的平面镜上时,理论分析了电磁波给平面镜施加的安培力作用以及由此产生的辐射压强.并得到了辐射压强的具体表达式.     

太赫兹频率编码器

超表面是由亚波长单元组成控制电磁波的人工结构,研究发现通过对其进行编码排列可实现对电磁波能量的任意控制.本文利用四种形状相同、尺寸不同的人字形结构单元,结合其不同相位响应和不同的相位灵敏度设计了太赫兹频率编码器,通过进行特定编码,在频率改变的情况下,实现了对电磁波能量辐射调控.分别设计了1-bit, 2-bit周期和非周期太赫兹频率编码器,通过数值计算和仿真模拟验证了上述特性,而且该结构对太赫兹波辐射主瓣能量有很好的分散作用,可以有效减少雷达散射截面,雷达散射截面缩减在q=0,j=0方向上最大可达29 dB,在太赫兹波隐身中具有巨大应用价值.     

等离子体覆盖立方散射体目标雷达散射截面的时域有限差分法分析

采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）算法计算了均匀非磁化等离子体覆盖三维立方体目标的散射特性.分析了等离子体厚度、密度和碰撞频率对雷达散射截面（RCS）的影响.计算结果表明：等离子体包层能有效地减小雷达目标的RCS，当等离子体频率比入射电磁波频率小得多时，主要靠增大等离子体的厚度使立方散射体目标的RCS值减小，增大等离子体碰撞频率对立方散射体目标的RCS值影响不大；当等离子体频率约为入射电磁波频率的一半时，增大等离子体厚度和碰撞频率都对立方散射体目标的RCS值减小有影响；当等 关键词： FDTD算法 电磁波 等离子体隐身 雷达散射截面     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

降雨融化层后向散射的蒙特卡罗仿真

云层上端冰雪粒子的融化形成了降雨融化层，随着粒子的下落融化过程开始，因此融化层的微观特性在垂直方向上是连续变化的.建立了降雨融化层的仿真模型，应用更为切合实际的三层球形粒子代替了融化层中的粒子.根据降雨过程中雨滴的尺寸分布推导了融化层中融化粒子的尺寸分布.根据Mie理论，计算了降雨率小于12.5 mm/h时，降雨融化层对5，10，35，94 GHz电磁波的雷达反射率和特征衰减因子的垂直廓线.计算结果表明，当电磁波频率高于20 GHz时，将无法观测到“雷达亮带”，这与实验结果相符.根据辐射传输理论，应用蒙特卡罗方法计算了垂直方向微观特性连续变化的降雨融化层对不同频率电磁波的反射率，比较了两种不同尺寸分布(Gamma分布和Marshall-Palmer分布)融化层反射率的差别，这为利用高频电磁波对降雨融化层进行遥感提供了理论和数值依据. 关键词： 降雨融化层 蒙特卡罗方法 后向散射 电磁波     

均匀磁化等离子体与雷达波相互作用的数值分析

采用平板几何对不同磁场强度下等离子体对电磁波的吸收、反射和透射特性进行了数值分析.结果表明,不同磁场可以显著改变等离子体对不同频率的雷达波的吸收和反射特性.当雷达波频率接近等离子体高混杂频率时,磁化等离子体将对该波产生强的共振吸收,带宽在2GHz左右,吸收比可达90%以上.因此,通过适当调整磁场强度、等离子体密度和碰撞频率,可实现较宽雷达波段的等离子体隐身 关键词： 电磁波 磁化等离子体 共振吸收 等离子体隐身     

电磁波极化的应用

极化是电磁波的一个重要参量,是电动力学、电磁场与电磁波课程教学中的重点内容之一.系统介绍电磁波极化这一概念在通信、雷达和抗干扰等方面的应用,即利用电磁波极化实现无线电信号的最佳发射和接收,利用极化提高通信容量,探讨了电磁波极化在雷达目标识别、检测、成像以及抗干扰中的应用.     

基于相位梯度超构光栅的光学超构笼子

相位梯度超构光栅为自由操控光或者电磁波传播,以及设计新型功能光子器件提供新的思路.基于突变相位概念和梯度超构光栅中的异常衍射规律,本文设计和研究了一种亚波长金属超构笼子.通过数值模拟和严格的解析计算发现超构笼子囚禁光的能力与周期内单元个数m的奇偶性有关.当单元个数为奇数时,放在超构笼子中的点源几乎可以无阻碍地辐射至笼子外面;而当单元个数为偶数时,放在超构笼子中的点源几乎无法辐射到笼子外面,即所有能量都被局域在笼子中.本研究可以为新型雷达天线罩和光子隔离器件提供新的思路和理论指导.     

雷达回波资料反演海洋波导的算法和抗噪能力研究

利用海洋环境中大气波导的参数化模型及电磁波传播的地型抛物方程,建立电磁波传播正问题,获得电磁波传播功率损耗.结合正演模式,通过遗传算法反演出大气波导参数,并对遗传算法参数的设置进行了讨论,对反演系统进行了抗噪能力的分析.发现当误差小于10%时,遗传算法仍能保持较高的反演精度;当误差大于10%时,该算法的精度开始受到显著的影响.研究结果可能会对雷达仪器设计和应用提供参考. 关键词： 波导 电磁波传播方程 遗传算法 反演     

多普勒效应与多普勒雷达

1 引言 多普勒效应是指当波源和接收器之间有相对运动时,所接收到的频率不等于波源振动频率的现象.这一现象是1842年由奥地利物理学家多普勒(Christian Doppler)首先在声学上发现的.1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围,1950年左右研制出了第一代多普勒雷达.下面简要介绍多普勒效应及其在雷达中的应用.     

米波发射与接收装置的改进

我们改进的米波发射与接收装置原来是中学用的,如下图所示。当电源接通后发射器即开始振荡,并由天线辐射出电磁波,调节半波振子接收器的长度和方向到谐振状态时,电珠便发亮,这对说明电磁波的发送和接收原理是不错的。可是这种电磁波是不带讯号,而广播、电视,     

磁化碰撞等离子体对雷达波的共振吸收

使用平板几何对雷达工作频段的电磁波在磁化碰撞等离子体中的传播作了数值计算,计算结果表明,在均匀等离子体中,当等离子体碰撞频率f∞=0.1,0.5,1GHz及电磁波频率接近高混杂频率时,电磁波衰减和被吸收功率出现最大峰值,即出现共振吸收;当fen=1,10GHz时,电磁波衰减、被吸收功率和透射功率曲线变得很平坦;衰减和吸收功率随等离子体密度的增大而增大,在n=10^11cm^-3时,衰减可达100dB,吸收比可达80％。在非均匀等离子体中,电磁波的反射功率峰值比在均匀等离子体中大。因此,磁化均匀等郭了体更有利于等离子体隐身。     

基于胶囊内窥镜的胃部肿瘤检测方法

为准确快速地检测胃部肿瘤,提出将信号发射源放置于胶囊内窥镜中,运用时域有限差分法建立胃部的全电磁场模拟模型.首先通过该电磁场模型产生精确的人体胃部雷达数据,然后将雷达仿真数据代入BP(后向投影)算法中进行电磁逆散射计算成像.成像算法必须考虑人体中各个组织器官对电磁波传播的影响:电磁波在穿越人体时会有反射、折射和漫射现象,传播速率减慢,所携带的能量也有所减弱,这些因素最终会导致像的偏移,乃至产生虚像.通过迭代法算出准确的电磁波传播路径,对成像算法中的时间元素进行修正,可以有效地抑制像的偏移.结果证明:基于胶囊内窥镜的超宽带雷达能准确地呈现二维胃部模型中的肿瘤的位置和尺寸.     

2.4/4.8/7.2 GHz三频段谐波雷达天线的研究与设计

研究设计了一种应用于手持式谐波雷达的三频段单极子天线。天线采用共面波导馈电,通过在单极子天线主辐射体加载L型辐射枝节、在接近主辐射体的接地平面开三角形切口的方法,使其谐振于2.4 GHz,4.8 GHz和7.2 GHz三个频段。同时,在距离天线10 mm处加载金属挡板,使天线辐射方向性增强,并能接收多个方向反射的电磁波。所实现的天线尺寸为54 mm×53 mm×1.6 mm,在三个工作频段上的带宽分别为0.51 GHz(2.35～2.86),1.39 GHz(4.17～5.56),1.46 GHz(6.17～7.63),能够有效覆盖谐波雷达全部的工作频段;由天线的峰值增益和辐射方向图可知,天线在工作频段内增益性能和整体辐射性能良好。     

电磁带隙结构在天线雷达散射截面减缩中的应用

 提出了一种使用电磁带隙结构来减小微带印刷对称阵子天线雷达散射截面的方法。该方法利用电磁带隙结构的带阻特性,使其能作为天线的地板,在带外(非谐振)时,电磁带隙结构对入射电磁波起滤波作用。仿真和实验的结果表明,电磁带隙结构能保证天线在带内辐射不受影响的同时,还大幅度地降低了天线带外的雷达散射截面。     

现代战争的利刃

<正>一架样式奇特的隐形飞机趁着夜色悄然入侵S国,由于飞机的隐形效果,好像进入无人之境,S国的对空雷达监视系统似乎"失明"了。飞行员驾驶着隐形飞机在S国的领空自由飞行,如入无人之境。正当飞行员顺利地按计划完成作战任务,准备返航之时,突然,飞机仿佛进入了火炉,顷刻间化为一缕青烟……这并不是科幻影片中的镜头,而是未来战场使用微波束武器作战将呈现的情景,这就是定向能武器家族三剑客中的最后一位出场者——高功率微波武器。