C波段蜂窩夾層平板天線罩設計

熊海亮+孫斌

摘 要：使用四端網絡理論，運用matlab程序對多層數天線罩壁結構進行計算，建立了計算多介質平板的功率透過系數、功率反射系數和插入相移的方法。計算了一種典型的A夾層結構的理論計算值與仿真計算值，并進行了比較。設計了一種典型的C波段蜂窩夾層平板天線罩，并對其進行了試驗測試。

關鍵詞：四端網絡；蜂窩；天線罩

1引言

雷達天線罩既要保護天線免受自然環境影響又要為天線提供一個良好的電磁窗口。為滿足天線寬頻帶發展的需求，許多天線罩要采用夾層結構來實現電性能要求[1]，而應用“多次反射概念[2]”計算夾層天線罩電性能相當繁瑣，相應的計算程序一也很復雜。

本文基于四端網絡理論，計算了一種典型的A夾層結構的理論計算值，并與仿真計算結果進行了對比，在此基礎上設計了一種C波段蜂窩夾層平板天線罩。

2 電介質平板的特性[3]

對于介質平板的電性能計算，近年來比較流行的是四端網絡理論。該理論公式表達形式簡單，便于編寫計算機程序。

在天線罩設計中，最簡單的結構式單層平板。在高頻時，多采用介質板波長壁厚度，在低頻時，多采用薄壁厚度。在介于這兩個頻率之間時，有時采用A-夾層或C-夾層平板結構。

當 個不同的介質板依次疊加在一起時，就等于 個四端網絡級聯，如圖1所示。前一個介質板的輸出場，恰好是下一個介質板的輸入場。

所以多層介質板的轉移矩陣為：

對于多層平板，我們可以通過矩陣運算計算出轉移矩陣，然后就可以把它看作一個單層平板，計算出它的透過系數和反射系數。

3 A—夾層天線罩電氣性能計算

3.1 天線罩電氣性能理論計算

我們選取玻璃鋼作為內外蒙皮材料，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在設計過程中需要重點解決的問題。

通過理論計算同一芯層厚度不同掃描角時增益損耗如圖2所示，可知芯層厚度為20mm時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算

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

4 試驗測試

基于理論計算和仿真計算結果分析，我們制作了一個玻璃鋼蒙皮厚度為0.5mm，蜂窩芯層厚度為20mm的平板天線罩，對其電性能進行了試驗測試

4.1 VSWR測試結果

圖4 有無天線罩的VSWR實測結果

由圖4可知，在全頻段范圍內，天線罩對天線VSWR的影響小于0.1。

4.2 增益損耗測試結果

通過測試不同頻點不同掃描角度的增益損耗可知，增益損耗小于0.32dB。

5、結論

本文運用四端網絡理論對典型A夾層平板天線罩進行了理論計算，并與仿真計算結果相吻合。在此基礎上制作了C波段蜂窩夾層平板天線罩，通過試驗測試得天線罩對WSWR影響小于0.1，天線罩的增益損耗小于0.32dB。

參 考 文 獻

[1] 趙雨辰，萬國賓.蜂窩結構等效電磁模型的仿真研究[J].微波學報，2013， 29（1）：38-41.

[2] M.I.斯科爾尼克著，謝卓譯.雷達手冊[M].國防工業出版社，1970

[3] 王明強.玻璃鋼地面雷達天線罩[M].哈爾濱工業大學出版社，2003