基于多层结构的宽带天线罩设计
复合FSS的毫米波“矩形化”通带频率选择天线罩
ｆｕｚｅ ｒａｄｏｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－
ｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００９，２１（８）：２４４６—２４４８．
ｃｒｏｓｓ ｓｅｃ—
［２］
ＷＡＮＧ Ｆ Ｗ，ＪＩＡＮＧ Ｗ，ＨＯＮＧ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｒａｄａｒ
ｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｄａｒ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒａｄｏｍｅ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｗａｖｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ
ｔｉｖｅ
ＦＳＳ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃ—
ｒａ－
ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｐｐｅｒ ｃｌａｄ ｌａｍｉｎａｔｅ ａｎｄ ｉｓ ｆｉｌｌｅｄ ｉｎ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｐｒｅｐｒｅｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｂｙ ｑｕａｒｔｚ ｆｉｂｒｅ．Ｔｈｅ
万方数据
现代雷达
ＦＳＳ谐振单元分为中心连接型、环形或实心单元。 孑Ｌ径型ＦＳＳ类似高通滤波器，在此选用原则为通带带 宽窄、损耗小、具有较好的陡降截止的频率特性、无寄 生谐振。如图１所示，仿真不同谐振单元的透射曲线， Ｙ形单元的３ ｄＢ工作带宽最窄，确定Ｙ形孔径单元结 构为基本单元门ｊ。
厚度为０．０５ ｍｍ，确定Ｙ形枝节长度为２．０ ｍｍ，宽度 为０．３
线，即为材料透射性能曲线。
基于ＦＳＳ天线罩制备流程
将加工完成的ＦＳＳ板材夹层在聚酰亚胺石英纤
维布预浸料中，３００。Ｃ高温模压成型制备天线罩。单
层ＦＳＳ厚度小于ｏ．１ ｍｍ，两侧各增加两层聚酰亚胺
三层宽频带微带天线的设计
弹箭与制导学报Z006年三层宽频带微带天线的设计付永庆!柯林!王玉峰(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院9哈尔滨150001)!摘要"由于微带天线的频带较窄9故在很大的程度上限制了微带天线的广泛应用O文中给出了一种由三层多贴片组成的宽频带微带天线9它利用微带线进行馈电9放4个圆形贴片在中间层作为补偿电容O由贴片之间的谐振耦合使该天线的频带展宽Z5.79%(VS WR<Z)9可在从14.15G到18.34G的Ku波段内工作O!关键词"宽频带9微带天线!中图分类号"TN82!文献标识码"AThree-l a y er Patch W i de-band M icro-stri p Antenna D es i g nFU YOn g-C i n g9KE L i n9WANG Yu-f en g(D e p art m ent Of Inf Or m ati On and CO mmunicati On Of Har bi n En g i neeri n g Uni versit y9Har bi n1500019Chi na) Abstract2Due t O t he band W i dt h Of a m icr O-stri p antenna bei n g narr O W9its usa g e is li m ited t O a g reat extent.this p a p er p resents a ki nd Of sa m p le and p ractical m icr O-stri p antenna cO m p Osed Of t hree la y ers and t WO s C uare p atches.It is f ed W it h m icr O-stri p li nes and has f Our circul ar p atches used as t he cO m p ensat Or y ca p acitances i n t he m i ddl e la y er.S i nce t here exist resOnance W it h a cOu p li n g bet Ween t he p atches9t he band W i dt h Of t he m icr O-stri p antenna is extended t O Z5.79%under t he cOnditi On Of VS WR<Z9t he si mulati On results shO W t hat it can WOr k ver y Well W it hi n Ku band f r O m 14.15GHZ t O18.34GHZ.K e y words2W i deband9m icr O-stri p antennal引言微带天线是Z0世纪70年代出现的一种新型天线形式O由于微带天线具有体积小\重量轻\剖面低\制作简单\易于共形以及成本低等优点9近年来得到了充分的重视9广泛地应用于移动通信9航空航天领域9电子对抗和雷达等等O 但微带天线也有自身的缺点9如增益低\频带窄(通常带宽只有0.7-7%)等缺陷限制了其广泛应用O为了展宽微带天线的频带和提高其增益9前人做了大量的工作O已经能够使微带天线的频带宽度从初始的0.7-7%达到了现在的13%\16%\Z5%甚至40%9出现了许多展开频带的方法O文中主要研究用多层介质和双贴片以及低介电常数介质来提高微带天线带宽的问题9提出一种实用的\概念简单\适合工程实际应用的宽频带微带天线的设计方法O在文中第Z部分提出了双层贴片宽频带微带天线的设计方法和设计实例9仿真结果放在第3部分O由仿真数据可见9用文中方法设计的微带天线9在VS WR<Z 条件下可以使微带天线的带宽达到Z5.79%O 此外9虽然本方法是针对三层贴片宽频带微带天线设计问题提出的9但它也普遍适用于多层贴片微带天线的设计问题O2宽带微带贴片天线单元的设计为获得工作在14GHZ18GHZ的Ku波段宽带微带贴片天线9本设计采用介电常数为1.05的介质作为微带天线的最底层材料9此介质由NO m ex41Z纸以及特定的胶粘剂和浸渍树脂制作而成的N H-I芳纶纸蜂窝9其性能良好而且可以在一定范围内选择所需要的介电常数9上两层是比较常用的介质RO g ers Rt dur Oi d403收稿日期#Z006-03-Z Z作者简介#付永庆(1956-)9男9教授9博士生导师9研究方向2微弱信号检测与处理9非线性系统理论9以及混沌通信与微弱信号通信O第Z6卷第4期三层宽频带微带天线的设计付永庆等5880其介电常数为Z.Z2.l馈电网络微带线的粗略计算根据文献7中的典型经验公式可初步设计微带线的大小和宽度在仿真时再给出精确的调整尺寸具体设计公式如下Z0=Z00 E eE e=1+E rZ+E r-1Z1+10hI-1Z其中Z0为微带线的特征阻抗Ee为有效介电常数I为微带线的宽度h为介质层的厚度当I h 很大时Ee E r因为带条很宽可认为全部电力线都在介质内当I h很小时Ee 1+E rZ这相当于空气和介质的平均值微带线的特征阻抗为Z00=1Z0TI h+Z.4Z-0.44hI +1-hII h160l n 8hI+I4hI h<1根据上式可用M atl ab计算出不同I h时的Z00在0<Ih<10范围内其精度可达Z.5%所用微带线按100O计而I=1mm h= 1mm2.2正方形贴片天线的粗略计算根据文献1-Z采用的典型经验公式可得到上下层贴片的谐振频率分别为f1=c1Z L1E e1>1-11+1l n1.1Z3L1E e13i=1d if Z=c0Z L3+Z A L3E e3其中f1和fZ分别表示微带天线工作频率的上下限c0为自由空间的光速L1和L3分别表示上下贴片的长度di 为各层介质的厚度Eri为各层的介电常数其中两层贴片下面的介质的等效介电常数Ee1和Ee3及1的表示式分别为E e j=3i=1d iZ3i=1d iE ri+1Z+3i=1d iZ3i=1d iE ri-1Z>1+103i=jd jL j-1Zj=131=ZT E ei>1L13i=1d i+1.393+0.667l nL13i=1d i+1.444第二层贴片的伸长量A L3可由下式求得A L3=0.41Z d3E e3+0.3E e3-0.Z58>L3d3+0.Z64L3d3+0.8为展宽微带天线的带宽取fr为上下层贴片谐振频率的中心频率f r=f r1+f r3Z2.3微带天线的尺寸参数文中设计的宽带微带天线总共分为三层由上至下依次为第一第二和第三层各层介质基片厚度分别为h1=1mm h Z=Z mm h3=1mm第一层贴片L1=W1=13mm第三层贴片L3=W3=10mm各层的介电常数分别为E r1=1.05E r Z=E r3=Z.Z中间层的圆形贴片尺寸为r=0.8mm距离中心原点为d=Z mm每个圆形贴片刚好分布在J$轴上微带天线如图1所示图1微带天线的模型3仿真结果与分析采用ansOf t公司的HFSS v10对本设计的微带天线进行了仿真通过不断修正调整参数取得仿真结果如图Z图4所示图Z给出了驻波比<Z时该微带天线频带的展宽情况可见频带为14.15G18.34G中心频率为16.Z4G展宽度达到了Z5.79%这远远超出了普通微带矩形天线可达到的带宽范503弹箭与制导学报Z006年围<一般5%左右>此外~在允许工作频带内存在两个起伏~这由两个贴片各自谐振所引起~驻波比曲线也显示频段整体向高频段有少量迁移~这与预先设计存在一些偏差图Z电压驻波比图3在中心频率和两端频率E面上的方向图图3给出了工作频带两端频点和中心频点在E面上的增益~显然中心频点处增益要比两端处要大E面的主瓣不是很宽~比普通矩形天线要窄一般情况下普通的矩形微带天线主瓣宽度大概在100 左右~而本微带天线在中心频率点16.4Z G以及两端工作频点14.15G和18.34G 处的主瓣宽度均大概在60 -70 范围内图4常用频点下在E~H面的方向图图4给出了几个有代表性的频点在E~H面的方向图作为一个单元微带天线~本设计具有良好的增益和主瓣但在允许的频带范围内~本微带天线和传统的微带天线一样在E面上的增益并没有显著的提高若要得到增益和方向性能更佳的天线~可以设计成多单元的微带天线阵来满足此要求~而文中提出的设计方法可用于微带天线阵的阵元设计4总结提出了一种用微带线馈电的三层介质双贴片微带天线结构~在中间层采用4个圆形贴片进行电容补偿在VS WR<Z条件下获得了频带展宽达到Z5.79%的微带天线~该天线在14.15G 到18.34G频带内有良好的增益和方向图~是一种比较经济实用的微带天线结构!参考文献"[1]李秀萍~安毅.多层微带贴片天线单元和阵列设计[J].电子与信息学报~Z00Z~Z4<8>=11Z0-11Z5. [Z]刘章发~吕善伟.改进的宽频带微带天线的设计方法[J].北京航空航天大学学报~Z00Z~Z6<1>=15-18.[3]S K Kundu and Am ita Shar m a.D esi g n Of W i deBand Pr Oxi m it y COu p l ed S tacked M ulti-resOnat OrC ircular M icr O-stri p Antenna W it h Dual Pr Obe Feed[A].RF and M icr O Wave COnf erence[C].O ct OberZ004~5-6=140-144.[4]U K Recankar~A Ku m ar.B r Oadband S tackedthree-la y er C ircul ar M icr O-stri p Antenna A rra y.E l ectr Onics Letters[J].O ct Ober199Z~Z8<Z1>=1995-1997.[5]F rederic C r O p~D avi d M.POZar.M illi m eter-W aveD esi g n Of W i de-band A p ert ure-COu p l ed S tackedM icr O-stri p Antennas[J].I EEE transacti Ons OnAntennas and Pr O p a g ati On.D ece mber1991~39<1Z>=1770-1776.[6]D avi d M POZar.M icrO-stri p A ntennas[J].P rOceed i n g sOf t he I EEE~Januar y199Z~80<1>=79-91.[7]清华大学<微带电路>编写组.微带电路[M].北京=人民邮电~1976.-603-。
曲面双层带通频率选择表面天线罩设计
曲面双层带通频率选择表面天线罩设计曲面双层带通频率选择表面天线罩是一种新型的天线罩，其设计目的是为了满足现代通讯技术中对高速传输和高频率通讯的需求。
该天线罩采用了双层曲面结构和带通频率选择技术，具有较高的波导带通特性和较强的射频屏蔽能力，能够有效地提高天线系统的性能和可靠性。
该天线罩的设计需要考虑的主要因素包括频带宽度、阻带深度、辐射效率、反射损耗等。
首先，设计带通频率选择特性的过程需要进行电磁仿真分析，得到天线罩的反射、透射特性和传输损耗等参数，从而选择合适的结构形式和材料参数。
其次，为了减小阻带深度和提高辐射效率，需选择较好的天线元件和天线罩的位置，考虑高频率和宽带特性的共存问题。
最后，利用电磁仿真和实验测试对设计进行验证和优化，调整天线罩的结构和参数，以达到预定的性能指标。
针对以上设计需求，我们可以进行如下的设计流程：首先，根据应用要求选择适当的天线类型，确定天线罩尺寸和结构形式。
然后，进行电磁仿真计算，得到天线罩的S参数和辐射特性，并进行优化设计，选择合适的材料和加工工艺。
接着，进行实验测试，检验设计的可行性和实用性，以及对其进行调整和优化。
最后，可以进行扩展应用和性能测试，验证天线罩的可靠性和性能指标。
需要指出的是，曲面双层带通频率选择表面天线罩的设计需要有一定的专业知识和技能支持，包括电磁场理论、天线设计、电路设计等方面的知识。
同时，需要熟悉天线设计的软件工具和实验测试技术，能够灵活应用和调整。
在实际应用中，还需要考虑天气、环境等因素的影响，以及安装和维护等方面的问题。
总之，曲面双层带通频率选择表面天线罩是一种重要的天线设计应用，其设计需要进行全面考虑和实验验证，以达到优化设计和应用的目的。
未来随着通讯技术的不断发展，天线罩的设计和性能将会更加重要和丰富。
一种新型双层天线罩通讯杆的结构设计及风载荷分析
随着我国移动通信事业的蓬勃发展，作为移动通信及微波通信领域中一个必不可少的组成部分——自立式通讯杆，正得到越来越广泛地应用。
但现有通讯杆存在通风性能差、维修成本高、操作困难等缺点，另外，通讯杆在运行过程中，受到特殊载荷的作用，容易失去稳定性或大于极限承载力而至倒塌[1]，这严重威胁到周围的财产及人身安全。
国内外学者对通讯杆结构的设计以及力学分析进行了大量的研究。
史彩君[2]建立了移动通信铁塔有限元计算模型，建立了平衡方程，计算了模型的内力和变形位移；汲书强等[3]系统地对通信杆从有限元分析和试验研究2个方面对比研究了设备的动力特性，为工程实际应用改进设计提供了可靠的分析和建议；郝晋林[4]对通信塔进行了风载荷的计算，建立了模型进行风洞试验进行分析，并利用有限元软件MARC进行分析计算，为后续的设计提供了直接的参考。
杜志刚[5]对几种常见的钢杆塔结构进行分析，对比每种额建设方案，得出了各自的基础形式；李志贤等[6]提出了一种在不同风力环境下，计算垂直升降式天线杆承载通信天线的迎风面积以及计算允许常在风负荷能力的方法，并给出实际修正的结果。
本文在总结国内外通讯杆结构设计经验的基础上，立足广东当地的气候环境，以“通讯杆”四化的新内涵为出发点[7]，提出了一种新型双层天线罩通讯杆，主要包括支撑杆、上层天线罩、下层天线罩体以及驱动装置等，并对所设计的通讯杆进行了强风环境中的强度分析。
1 基本原理介绍1.1 结构设计原理在共建共享条件下，同一杆塔上的天线和馈线数量将增加，供运行维护使用的平台数量增加，杆塔的高度也需要相应增加以保证天线的隔离度要求。
从结构理论上来讲，只要将杆塔做到足够大、足够强就可以。
根据我国《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）[8]的规定，当仅有作用效应和结构抗力2个基本变量时，结构按极限状态设计应符合下式的要求：≥−SR （1）上式中：R为结构的抗力；S为结构的作用效应。
曲面双层带通频率选择表面天线罩设计
曲面双层带通频率选择表面天线罩设计陈毅乔【摘要】For the problem that the complex curved profile seriously affects the transmission properties of frequency selective surface( FSS) radome,a design method based on path tracing technique is proposed. First,the method uses plane mesh to fit and characterize the curved surface. Then,it uses the path tracing algorithm to calculate the arrangement of FSS. Finally,the plane FSS structure is projected on the curved surface. So the arrangement and modeling of curved FSS are more accurate. The design method is applied to design aK band A-sandwich curved FSS radome,and the fabricated radome is tested and verified. The results indicate that the transmission properties of the curved FSS radome agree well with those of the plane structure,and the antenna radiation pattern is less affected,so the effect of the complex curved profile is e-liminated effectively.%针对复杂曲面外形严重影响频率选择表面（ FSS)天线罩传输特性的问题，提出了一种基于表面寻迹技术的曲面FSS天线罩设计方法。
一种双层宽带微带天线设计
图 2 双层倒置微带天线等效耦合电路
图中 G1 、L1、C1 为下层辐射贴片的自电导、 自电感、自电容，G2、L2、C2 为上层辐射贴片的自 电导、自电感、自电容。Cg 为下层辐射贴片和上层 辐射贴片间的耦合电容。
图 3 双层倒置微带天线 HFSS 模型图
4 3 天线参数的设计
4.1
仿真结果和实测结果分析
Design of a Double Layer Wideband Microstrip Antenna ZHAO Yudong，WANG Suixue
（Beijing Institute of Space Long March Vehicle，Beijing 100076） Abstract：This paper presents a double layer wideband microstrip antenna.The antenna adopted double invert patch construction ， feed from back and windows on patch ， Make antenna simple and small.The result of stimulation and react measured indicate when the standing wave ratio（VSWR）≤2，the bandwidth is over 25%;The gains of antenna reached 9dB;The beamwidth of ≥0dB is over 120 degree，having characteristic of
仿真结果与实测结果
为了尽可能的展宽天线频率宽度，需要降低 微带天线的品质因素 Q 值。必须选择介电常数低 和厚度大的基片，但太厚的基片介质容易在贴片 天线表面激励起高次模和表面波，降低天线辐射 效率和天线方向图主瓣，交叉极化电平变差。因 此通过多层结构，利用空气层实现一种等效的低 介电常数基板。 天线上下贴片尺寸可以分别进行计算。下层基 片的介电常数为ε r1 ，利用普通微带天线设计公式 可得出贴片大小。为了减小天线面积，需要下层天 线谐振在低频段，通过在贴片上开窗口，引进等效 电容参数，实现减小贴片面积目的。 上层介电常数εrs 可利用多层微带天线计算公 式获得
天线罩一体化结构及设计
天线罩一体化结构及设计
天线罩一体化结构是一种新型的天线结构，它将天线和罩体
结合在一起，形成一个完整的结构。
这种结构的优点是可以有效
地减少天线的体积，提高天线的效率，并且可以有效地抑制外界
的干扰。
天线罩一体化结构的设计要求非常严格，首先要考虑天线的
结构，以及罩体的材料和结构，以确保天线的性能。
其次，要考
虑罩体的外形，以确保罩体的空气动力学性能，以及罩体的热性能。
最后，要考虑罩体的装配方式，以确保罩体的安装和维护方便。
此外，在设计天线罩一体化结构时，还要考虑罩体的重量，
以及罩体的耐候性能，以确保罩体的可靠性。
此外，还要考虑罩
体的电磁屏蔽性能，以确保罩体的电磁屏蔽效果。
总之，天线罩一体化结构的设计要求非常严格，需要考虑到
天线的结构、罩体的材料、罩体的外形、罩体的装配方式、罩体
的重量、罩体的耐候性能和罩体的电磁屏蔽性能等多方面的因素，以确保天线罩一体化结构的可靠性和性能。
一种多夹层结构天线罩[发明专利]
![一种多夹层结构天线罩[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8cb5399da417866fb94a8e85.png)
专利名称：一种多夹层结构天线罩
专利类型：发明专利
发明人：郭艳丽,徐亮,李南,郭世峰,郝安申请号：CN202010556970.5
申请日：20200618
公开号：CN111525258A
公开日：
20200811
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及天线罩技术领域，尤其涉及一种多夹层结构天线罩。
该天线罩的罩壁分为罩底区域、侧壁区域和翻边区域，各区域共用透波内蒙皮和透波外蒙皮，其中，罩底区域为多夹层结构，罩底芯层包括五层间隔设置的极化器，每相邻的两个极化器之间为透波层，位于两端的极化器分别与所述透波内蒙皮和透波外蒙皮接触，透波层为轻质的蜂窝或PMI泡沫，极化器采用聚酰亚胺薄膜为基材，镀铜或镀银作为极化栅格，五个所述极化器的极化栅格角度均不相同，罩壁的曲率变化较大的区域均使用纤维粉增强树脂膏体填充缝隙。
该多夹层结构天线罩满足天线罩高透波率、低极化差别、高功率容量要求。
申请人：航天特种材料及工艺技术研究所
地址：100074 北京市丰台区云岗北里40号院
国籍：CN
代理机构：北京格允知识产权代理有限公司
代理人：李亚东
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基于多层结构的宽带天线罩设计
摘要：天线罩是雷达天线系统的重要组成成分，随着天线工作频段的拓宽，
天线罩也需要具有宽频带的传输特性，这对天线罩的设计工作提出了更高的要求。
本文基于多层透波结构实现了宽频带透波天线罩的设计。
首先利用等效传输线理
论对多层透波结构的传输特性进行分析，计算出多层透波结构的传输系数公式，
并分析影响多层透波结构的传输特性的设计因素，然后通过三维电磁仿真软件对
多层透波结构进行结构变量优化，仿真设计得到具有宽频带透波特性的多层天线
罩结构，同时具有良好的斜入射稳定性。
关键词：天线罩；宽带；多层结构
中图分类号：TN820 文献标识码：A
1引言
天线在飞机、导弹、射电天文、测控等方面有着广泛的应用，天线罩也随之
快速发展起来。
雷达天线罩是一种功能结构件，它不仅要满足结构强度和刚度、
空气动力、耐环境性和其他特殊功能等要求，还要满足电性能要求，需要对原天
线的电性能影响较低[1][2]。
随着军事需求的发展，各类武器系统如战机、舰船
的雷达系统需要满足多频段天线的使用，以提高武器系统的通信、制导能力以及
电子设备抗干扰能力，这就需要天线罩具有宽频带特性，工作频段同时覆盖一个
或多个波段[3]，这就给天线罩的优化设计工作提出了更大的挑战。
传统的天线罩设计采用的计算分析方法，包括低频算法（如矩量法（MOM）、有限元法（FEM）），高频算法（如几何光学法（GO）、物理光学法（PO））和
解析方法等。
但是上述算法也存在一些缺点，比如低频算法使用全波分析方法来
分析计算，精度高，但计算量大、运算速度慢，高频算法计算精度不高，解析方
法常常公式推导过于繁琐复杂等，这些都不利于在实际工程设计中快速进行天线
罩高性能的优化设计工作。
本文基于多层结构进行宽频带透波天线罩的设计，首
先利用等效传输线理对多层透波结构建立等效电路模型来进行传输特性分析，然
后通过三维电磁仿真软件CST 对多层天线罩进行优化计算分析，最终计算得到了宽传输带的多层天线罩结构，同时具有较好的斜入射稳定性。
2 多层透波结构
天线罩罩壁剖面结构形式有多种，主要有单层薄壁、A 夹层、B 夹层、C 夹层以及更多层数天线罩。
目前飞行器天线罩为满足高温和高载荷的使用环境，一般采用防热和承载能力较好的单层无机材质作为天线罩设计材料，但是此类单层薄壁天线罩只能在小入射角范围和窄频带内能满足良好透波效果，多用于曲率半径小、频率低于L 波段的天线罩。
如图1所示，为单层天线罩结构示意图及传输特性曲线。
以常用石英复合材料为例，介电常数εr=3.2，损耗正切角
tanδ=0.008。
在0~45°内入射，入射角为0°时垂直极化透波率与水平极化相同，而随入射角增大，水平极化透波率增大，垂直极化透波率减小。
整体情况，水平极化透波率大于垂直极化透波率，所以，在天线罩电性能设计中，一般只需考虑垂直极化是否满足要求[4]。
（a ） （b ）
图1 单层天线罩结构示意图及传输特性曲线
单层结构天线罩适用于窄频带天线罩。
为了满足天线罩宽频带透波的需求，常用的是采用A 夹层（三层结构）、B 夹层（三层结构）、C 夹层（五层结构）等多层结构进行天线罩设计[4][5]，随着天线罩层数的增加，天线罩的工作频带能够得到拓宽。
常用的多层结构A 夹层（三层结构）、B 夹层（三层结构）、C 夹层均为对称结构，如图2所示。
A 夹层天线罩和B
夹层天线罩均由三层结构组
合而成，C 夹层天线罩工作频带宽，常用于扩展天线罩工作频带宽，一般由五层结构组合而成。
（a ）A 夹层结构 （a ）B 夹层结构 （b ）C 夹层结构
图2 多层天线罩结构示意图
针对多层天线罩的电性能优化设计问题，传统的分析方法矩量法（MOM ）、有限元法（FEM ）等虽然计算精度较高，但是运算量大，速度较慢，难以高效的对天线罩进行优化分析设计。
所以，可以通过引入相应的优化算法，如遗传算法（GA ）进行分析设计[5]，但是优化算法的应用常常需要对相应算法的计算过程和思路有较深入的理解，且应用过程常常比较繁琐。
本文采取了一种多层天线罩的简便、快速的优化设计思路，首先通过对多层天线罩结构建立等效电路模型，推导计算出多层天线罩的透波率，分析其透波特性设计规律，然后利用三维电磁仿真软件（CST ）快速优化设计出多层透波结构的各层结构参数，并进行优化仿真计算，得到最终的宽带透波多层天线罩结构，能满足宽频带内高性能透波，且同时具有良好的斜入射稳定性。
3 多层介质层结构等效电路计算分析
对于多层介质结构的天线罩，可以使用等效传输线理论去分析其电磁波传输特性[5]。
等效传输线理论使用四端口网络传输理论来计算多层平板的电性能公式，以矩阵级联的形式来计算出多层介质平板的电磁波传输矩阵，并计算得到多层介质板的透射系数，进而得到多层天线罩的透波率。
假设为第i
层介质层的
厚度，和分别为第i层介质层的相对介电常数和磁导率，为电磁波入射到天
线罩表面的入射角。
对于N层介质板，可以等效为三级四端口网络，其网络总级联矩阵T可表示为：
（
1）其中表示为第i层介质平板的传输矩阵，可表示为：
（
2）
式（2）中，介质层的传播常数，为第层介质相对自由空间的
特征阻抗，为空气的特征阻抗，“”和“”为双曲正弦和双曲余弦函数，为电磁波从第介质层到第层介质的入射角，为自由空间的电磁波波长。
其中，在水平极化时的等效阻抗和垂直极化时的等效阻抗分别为：
（
3）
（
4）
式中，为自由空间的特征阻抗，为斜入射下电磁波在介质平板中的传输角余弦，。
由此可计算得到3层介质层结构的传输系数：
（
5）
而多层天线罩的透波率就是其功率传输系数，为传输系数的平方，即。
所以，通过上述分析，多层天线罩可以通过调整层与层之间的相互关系，以达到提高大角度透波率以及透波带宽的目的，所以我们认为可以通过调整各层介质层的介电性能、厚度参数，使电磁波在不同介质板之间达到最佳的吸收和反射损耗，进而使多层天线罩得到理想的电磁透波效果。
4 多层结构仿真计算
下面利用三维电磁仿真软件CST 进行五层天线罩的仿真设计，计算其传输特性，如图3所示为CST 中五层天线罩仿真模型。
在CST 中，设置超宽频段
1GHz~50GHz 为五层天线罩工作频段，斜入射角度为0-70°条件下进行仿真设计。
通过各层介质层的介电常数、厚度作为变量进行计算优化，使优化后五层天线罩的在超宽带情况下透波率满足dB （S （2，1））> -1.5，即透波率大于70%。
图3 五层天线罩CST 仿真模型
表1 各层介质层参数
通过优化得到了各介质层的参数，各层参数如表1所示。
优化仿真得到的五
层天线罩透波率曲线如如图4所示，天线罩在5GHz~25GHz频段内，斜入射0-60°情况下，在垂直和水平极化情况下其透波率基本都大于-1.5dB，实现了超宽频段
透波率大于70%的透波特性。
图4 优化后五层天线罩CST仿真结果
4 结语
本文基于多层透波结构进行宽频带透波天线罩设计。
首先介绍了单层透波结
构和多层透波结构的基本特点，然后利用等效传输线理对多层透波结构建立等效
电路模型来进行传输特性分析，分析得到宽带透波特性的影响因素，进一步通过
三维电磁仿真软件CST对五层天线罩进行结构变量优化计算，最终仿真设计得到
了超宽带传输的五层天线罩结构，同时具有较好的斜入射稳定性。
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作者简介：许彩（1989-），女，研究生，硕士。