C波段蜂窩夾層平板天線罩設(shè)計(jì)

熊海亮+孫斌

摘 要：使用四端網(wǎng)絡(luò)理論，運(yùn)用matlab程序?qū)Χ鄬訑?shù)天線罩壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，建立了計(jì)算多介質(zhì)平板的功率透過系數(shù)、功率反射系數(shù)和插入相移的方法。計(jì)算了一種典型的A夾層結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算值與仿真計(jì)算值，并進(jìn)行了比較。設(shè)計(jì)了一種典型的C波段蜂窩夾層平板天線罩，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：四端網(wǎng)絡(luò)；蜂窩；天線罩

1引言

雷達(dá)天線罩既要保護(hù)天線免受自然環(huán)境影響又要為天線提供一個(gè)良好的電磁窗口。為滿足天線寬頻帶發(fā)展的需求，許多天線罩要采用夾層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電性能要求[1]，而應(yīng)用“多次反射概念[2]”計(jì)算夾層天線罩電性能相當(dāng)繁瑣，相應(yīng)的計(jì)算程序一也很復(fù)雜。

本文基于四端網(wǎng)絡(luò)理論，計(jì)算了一種典型的A夾層結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算值，并與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種C波段蜂窩夾層平板天線罩。

2 電介質(zhì)平板的特性[3]

對(duì)于介質(zhì)平板的電性能計(jì)算，近年來比較流行的是四端網(wǎng)絡(luò)理論。該理論公式表達(dá)形式簡(jiǎn)單，便于編寫計(jì)算機(jī)程序。

在天線罩設(shè)計(jì)中，最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)式單層平板。在高頻時(shí)，多采用介質(zhì)板波長(zhǎng)壁厚度，在低頻時(shí)，多采用薄壁厚度。在介于這兩個(gè)頻率之間時(shí)，有時(shí)采用A-夾層或C-夾層平板結(jié)構(gòu)。

當(dāng) 個(gè)不同的介質(zhì)板依次疊加在一起時(shí)，就等于 個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，如圖1所示。前一個(gè)介質(zhì)板的輸出場(chǎng)，恰好是下一個(gè)介質(zhì)板的輸入場(chǎng)。

所以多層介質(zhì)板的轉(zhuǎn)移矩陣為：

對(duì)于多層平板，我們可以通過矩陣運(yùn)算計(jì)算出轉(zhuǎn)移矩陣，然后就可以把它看作一個(gè)單層平板，計(jì)算出它的透過系數(shù)和反射系數(shù)。

3 A—夾層天線罩電氣性能計(jì)算

3.1 天線罩電氣性能理論計(jì)算

我們選取玻璃鋼作為內(nèi)外蒙皮材料，芯層為蜂窩。選取的玻璃鋼蒙皮厚度0.5mm，而芯層最佳厚度是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)解決的問題。

通過理論計(jì)算同一芯層厚度不同掃描角時(shí)增益損耗如圖2所示，可知芯層厚度為20mm時(shí)不同掃描角度的增益損耗最小，故芯層最佳厚度為20mm。

3.2 天線罩電氣性能仿真計(jì)算

采用第3.1節(jié)中相同的天線罩尺寸和電參數(shù)，通過仿真計(jì)算同一夾層厚度不同掃描角時(shí)增益損耗如圖3所示，可知芯層厚度為20mm時(shí)不同掃描角度的增益損耗最小，故芯層最佳厚度為20mm。

4 試驗(yàn)測(cè)試

基于理論計(jì)算和仿真計(jì)算結(jié)果分析，我們制作了一個(gè)玻璃鋼蒙皮厚度為0.5mm，蜂窩芯層厚度為20mm的平板天線罩，對(duì)其電性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試

4.1 VSWR測(cè)試結(jié)果

圖4 有無天線罩的VSWR實(shí)測(cè)結(jié)果

由圖4可知，在全頻段范圍內(nèi)，天線罩對(duì)天線VSWR的影響小于0.1。

4.2 增益損耗測(cè)試結(jié)果

通過測(cè)試不同頻點(diǎn)不同掃描角度的增益損耗可知，增益損耗小于0.32dB。

5、結(jié)論

本文運(yùn)用四端網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)典型A夾層平板天線罩進(jìn)行了理論計(jì)算，并與仿真計(jì)算結(jié)果相吻合。在此基礎(chǔ)上制作了C波段蜂窩夾層平板天線罩，通過試驗(yàn)測(cè)試得天線罩對(duì)WSWR影響小于0.1，天線罩的增益損耗小于0.32dB。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 趙雨辰，萬國(guó)賓.蜂窩結(jié)構(gòu)等效電磁模型的仿真研究[J].微波學(xué)報(bào)，2013， 29（1）：38-41.

[2] M.I.斯科爾尼克著，謝卓譯.雷達(dá)手冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1970

[3] 王明強(qiáng).玻璃鋼地面雷達(dá)天線罩[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003