C波段蜂窝夹层平板天线罩设计

熊海亮+孙斌

摘 要：使用四端网络理论，运用matlab程序对多层数天线罩壁结构进行计算，建立了计算多介质平板的功率透过系数、功率反射系数和插入相移的方法。计算了一种典型的A夹层结构的理论计算值与仿真计算值，并进行了比较。设计了一种典型的C波段蜂窝夹层平板天线罩，并对其进行了试验测试。

关键词：四端网络；蜂窝；天线罩

1引言

雷达天线罩既要保护天线免受自然环境影响又要为天线提供一个良好的电磁窗口。为满足天线宽频带发展的需求，许多天线罩要采用夹层结构来实现电性能要求[1]，而应用“多次反射概念[2]”计算夹层天线罩电性能相当繁琐，相应的计算程序一也很复杂。

本文基于四端网络理论，计算了一种典型的A夹层结构的理论计算值，并與仿真计算结果进行了对比，在此基础上设计了一种C波段蜂窝夹层平板天线罩。

2 电介质平板的特性[3]

对于介质平板的电性能计算，近年来比较流行的是四端网络理论。该理论公式表达形式简单，便于编写计算机程序。

在天线罩设计中，最简单的结构式单层平板。在高频时，多采用介质板波长壁厚度，在低频时，多采用薄壁厚度。在介于这两个频率之间时，有时采用A-夹层或C-夹层平板结构。

当 个不同的介质板依次叠加在一起时，就等于 个四端网络级联，如图1所示。前一个介质板的输出场，恰好是下一个介质板的输入场。

所以多层介质板的转移矩阵为：

对于多层平板，我们可以通过矩阵运算计算出转移矩阵，然后就可以把它看作一个单层平板，计算出它的透过系数和反射系数。

3 A—夹层天线罩电气性能计算

3.1 天线罩电气性能理论计算

我们选取玻璃钢作为内外蒙皮材料，芯层为蜂窝。选取的玻璃钢蒙皮厚度0.5mm，而芯层最佳厚度是我们在设计过程中需要重点解决的问题。

通过理论计算同一芯层厚度不同扫描角时增益损耗如图2所示，可知芯层厚度为20mm时不同扫描角度的增益损耗最小，故芯层最佳厚度为20mm。

3.2 天线罩电气性能仿真计算

采用第3.1节中相同的天线罩尺寸和电参数，通过仿真计算同一夹层厚度不同扫描角时增益损耗如图3所示，可知芯层厚度为20mm时不同扫描角度的增益损耗最小，故芯层最佳厚度为20mm。

4 试验测试

基于理论计算和仿真计算结果分析，我们制作了一个玻璃钢蒙皮厚度为0.5mm，蜂窝芯层厚度为20mm的平板天线罩，对其电性能进行了试验测试

4.1 VSWR测试结果

图4 有无天线罩的VSWR实测结果

由图4可知，在全频段范围内，天线罩对天线VSWR的影响小于0.1。

4.2 增益损耗测试结果

通过测试不同频点不同扫描角度的增益损耗可知，增益损耗小于0.32dB。

5、结论

本文运用四端网络理论对典型A夹层平板天线罩进行了理论计算，并与仿真计算结果相吻合。在此基础上制作了C波段蜂窝夹层平板天线罩，通过试验测试得天线罩对WSWR影响小于0.1，天线罩的增益损耗小于0.32dB。

参 考 文 献

[1] 赵雨辰，万国宾.蜂窝结构等效电磁模型的仿真研究[J].微波学报，2013， 29（1）：38-41.

[2] M.I.斯科尔尼克著，谢卓译.雷达手册[M].国防工业出版社，1970

[3] 王明强.玻璃钢地面雷达天线罩[M].哈尔滨工业大学出版社，2003