某天线罩设计方法研究

殷虎 陈瑜

（海军驻武汉七一九所军事代表室武汉430205）

某天线罩设计方法研究

殷虎 陈瑜

（海军驻武汉七一九所军事代表室武汉430205）

论文在简要介绍某天线罩相关要素的设计方法的同时，对天线罩肋杆电流率的计算进行了详细论述。综述了常见天线罩板块划分方法。指出了天线罩研究中所存在的问题以及今后主要研究方向。

天线罩；薄膜；电流率；板块划分

Class NumberTN820

1 引言

天线罩是天馈系统的保护罩［1］，可以保护内部的天馈系统，尤其是天线免受沙尘暴、台风、雨雪等极端恶劣环境的影响，同时在电气方面具有良好的透波性，不会干扰天馈系统的正常工作。天线罩设计是电气、力学与几何计算的综合学科，其设计难度较高，本文以天线罩薄膜、电流率的电气设计方法和天线罩板块几何设计方法为例，对天线罩设计方法进行了研究。

2 天线罩薄膜的仿真

天线罩薄膜横断面可分为均匀单层、变厚度单层、A-夹层、变厚度A-夹层、B-夹层、C-夹层、变厚度C-夹层和多层结构等［2］。

单层：均匀单层已在很多天线罩中使用。它的材料有玻璃纤维增强塑料、陶瓷、合成橡胶以及整块泡沫塑料等。

单层罩分为薄壁和半波长壁。薄壁是指天线罩薄膜的电器厚度小于其内部天线工作波长的二十分之一。半波长壁指天线罩薄膜的最佳电气厚度对应与相应入射角在介质材料中接近于起内部天线工作波长半波长的倍数。

A-夹层：它由两个比较致密、电气上很薄的蒙皮和一个较厚的低密度芯子组成。芯子的厚度应让两个蒙皮的电磁反射正好彼此抵消。A-夹层结构在相同重量下具有更高的强度，其表皮一般由玻璃纤维增强塑料、高频陶瓷组成，而芯子则一般制成泡沫或蜂窝状。

B-夹层：B-夹层由芯子+蒙皮组成的三层夹层。B-夹层重量比A-夹层更大。

C-夹层：C-夹层是一个五层架构，由两个蒙皮、一个中心蒙皮和两个中间芯子组成，它能有效抵消蒙皮的反射，扩充频带或对大入射角范围增加适应性。与A-夹层相比，C-夹层强度更高，透过性能较好，但插入相位移随入射角的变化剧烈，故常与相位校正透镜联合使用。

多层结构：多层结构包括七层、九层、十一层以上的复合夹层，具有很高的强度、很好的宽频带和很宽的入射角范围。其中的一些将采用玻璃纤维板薄层和低密度芯子，以便在宽的频带范围内得到高的传输特性，有的则直接采用宽频带切比雪夫滤波器的设计方法（如微波透波墙等），这种多层结构往往做成近于平板型的天线罩。

以多层结构为例，其具体设计方法如下：

1）设计要求，垂直极化，最佳入射角40，最频率范围：2G～18G，传输效率高于90%。

2）具体步骤：

传输功率为

式中，A，B，C，D计算方法为

其中，A=cosβl；B=jZcsinβl；C=jsinβl/Zc；D=cosβl。

改变各层的介电常数，即可调整整个天线罩壁的传输功率。

此处选取7层天线罩壁，定义各层介电常数分别为：ε1=1.3，ε2=1.4，ε3=1.5，ε4=2.0。

则根据上述公式可算得：

其中d4为优化结果。

可得结果如图1所示。仿真结果满足设计要求。

3 金属肋电流率仿真

在金属桁架天线罩电信设计［3］中，主要考虑孔径阻挡和感应电流率这两个因素。

孔径阻挡比的定义是：被天线罩肋阵所阻挡的天线辐射孔径面积与天线辐射孔径面积之比称为孔径阻挡比pσ。其计算公式如下：

感应电流率［4～5］的定义为：假定有一个振幅均匀且无限长的电流，它所给出的远区辐射方向图与肋的远区扩散方向图相等，那么，这个引起肋的扩散方向图的总电流与同样宽度的入射波源的等值电流之比即为感应电流率。

以圆柱形金属肋为例，其水平感应电流率和垂直感应电流率计算公式分别为

矩形金属肋中的感应电流率，则使用矩量法进行计算。

利用矩量法的脉冲点选配技术，将柱体横截面的轮廓线C分成N个小线段，每小段为ΔCn。

其中：

结果和其它文献仿真大体一致［6～8］，略有区别，分析应当是未考虑倒圆角造成的结果。

金属空间肋架天线罩的功率传输系数为

4 雷达天线罩的板块划分

地面天线罩大都架设在山顶高岗上，上山的道路一般也都是崎岖狭窄的土石路，为了运输的方便，球罩的分割板块尺寸要考虑到这个因素；另一方面安装时没有吊车，要靠人抬肩扛，靠简易滑轮，板块的重量要有所限制，这也是对板块尺寸的约［9～12］。

由于天线球罩的分割、拼装对罩的电气性能有影响，从这个角度上考虑，希望板块的分割是随机的，最好没有互相平行的分割线，而且板块的规格最少，使模具的规格种类最少，减少制造成本。

在满足电性能、结构、制造工艺、运输和安装等的前提下，截球罩体可以有许多不同的分块方法，一般先将截球体划分成各种正多面体（12面体和20面体），然后再从正多面体出发作进一步划分。

网壳1080面体（半径：30m）算例：

众所周知，正20面体由20个的三角形组成，每个三角形为一个基元，由上述球面网壳的构型特征可知，每个基元都是相同的，而且各个基元所处的方位以及各个基元的相对位置关系是有规律的，所以，只要能够确定一个基元，通过对基元的映射、移动、旋转等方法就可以构造出整个网壳。确定基元是球面网壳构型的关键，而确定基元主要是确定节点位置、棱边长度、相邻棱边之间的角度等构建基元的几何要素，即构造基元需要考虑节点、棱边和面的拓扑关系，以及节点坐标、棱边长度、角度的具体计算。因此，在构建具体的网格之前，需要根据空间几何关系定义这些几何要素的计算方法，分析网壳构型特点和球体上几何元素的基本关系，并推导出具体的计算公式。

最终的球面划分结果如图3所示。

根据计算机的仿真模拟，该球面共有1080个面，桁架最小长为1.4768m，最长3.3705m，平均长度为2.46m，桁架在种类12种，总体来看，该空间构型，桁架呈伪随机分布，种类较少，长度适中，满足天线罩制作要求。

5 结语

天线罩种类繁多，应用广泛，工艺复杂，随着天线技术的发展，未来的天线罩正向着高透波率、高强度和多用途的方向发展，这对于广大设计人员提出了更高的要求，现在单一的仿真计算方法已经难以胜任复杂天线罩的设计，需要开发出能够适应并涵盖天线罩总体电气、力学、几何、工程制造设计的综合设计软件，对于天线罩设计方法的研究还需要科研人员继续努力。

［1］哈玻.玻璃钢地面雷达天线罩［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2002：1-14.

［2］唐守柱，何炳发，王仁德.金属空间网架天线罩分析与研究［J］.现代雷达，2006，28（4）：62-64.

［3］杜耀惟.天线罩电信设计方法［M］.北京：国防工业出版社，1993：457-518.

［4］KayA L.Electrical Design of Metal Space Frame Radomes［J］.IEEE Trans，1965，AP～13：188-202.

［5］Rusch，Appel Hansen，Kle in，et a.l Forward scattering from square cylinders in the resonance region with application to aperture blockage［J］.IEEE Trans，1975，AP～24：182-189.

［6］张强，刘捷，唐守柱，等.夹层天线罩加强肋的感应电流率矩量法分析［J］.现代雷达，2000，22（6）：56-61.

［7］张强，刘捷，唐守柱，等.夹层天线罩加强肋的感应电流率矩量法分析［J］.现代雷达，2000，22（6）：56-61.

［8］王尔杰，肖良勇，林炽森，等.计算电磁场的矩量法［M］.北京：国防工业出版社，1981：49-72

［9］邸旭，杨进华等.微光与红外成像技术［M］.北京：机械工业出版社：23-25.

［10］于勇，孟广军.带电设备红外检测及诊断［J］.青海电力，2007，26（1）：1-2.

［11］马勇，宋裕农.信息化海战中潜艇作战面临的主要问题及对策［J］.中国科技信息，2010（1）：48-49.

［12］蔡立勇，韩恩权，肖滨.无人水下平台对潜艇网络中心战能力的影响［J］.舰船电子工程，2004（2）：15-18.

Research on Design Method of Radome

YIN HuCHEN Yu
（Naval Representative Office in 719 Research Institute，Wuhan430205）

In this paper，the design method of the radome is briefly introduced.And the calculation of the current rate of the rib is discussed in the detail.In this paper，the method of dividing the common radome is summarized，and the existing problems and future rasearch directions are pointed out.

radome，film，current rate，plate dividing

TN820

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.033

2016年12月3日，

2017年1月11日

殷虎，男，硕士，工程师，研究方向：武备电子工程。陈瑜，男，硕士，工程师，研究方向：电子信息工程。