天线罩的研究

天线罩的研究

------应用电磁学与电磁兼容大作业天线罩主要有航空天线罩、地面天线罩、充气天线罩、壳体结构天线罩及空间骨架天线罩五种结构。

天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物。它在电气上具有良好的电磁透过性能，在结构上能经受外部恶劣环境的作用。

天线通常置于露天工作，直接受到自然界中暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等的侵袭，致使天线精度降低、寿命缩短和工作可靠性差。使用天线罩的目的是：保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定可靠，同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命；消除风负荷和风力矩，减小转动天线的驱动功率，减轻机械结构重量，减小惯量，提高固有频率；有关设备和人员可在罩内工作，不受外界环境影响，提高设备的使用效率和改善操作人员的工作条件；对于高速飞行的飞行器，天线罩可以解决高温、空气动力负荷和其他负荷给天线带来的问题。

但是,天线罩是天线前面的障碍物,对天线辐射波会产生吸收和反射,改变天线的自由空间能量分布,并在一定程度上影响天线的电气性能。其原

因有：天线罩壁的反射和不均匀部分的绕射会引起天线主波瓣电轴偏移，从而产生瞄准误差；天线罩对高频能量的吸收和反射会引起传输损耗，从而影响天线增益（接收时使系统噪声温度增加）；天线罩引起的天线波瓣畸变,使天线主瓣宽度改变、零点深度提高和旁瓣电平增加。

天线罩分类方面：从使用上分为航空型和地面(含舰载)型两大类；航空型天线罩气动载荷分析的目的，首先是保证飞机良好的气动外形。其二，为天线罩强度/刚度设计提供载荷依据。

从电气上根据天线辐射波的入射角分为垂直入射天线罩和大入射角

天线罩。辐射波射线与罩壁法线的夹角为入射角。入射角小于30°的称垂直入射天线罩。天线在罩内扫描到任何位置、入射角的变化范围都比较大（从0～75以上）,称为大入射角天线罩。后者电气性能比前者大为降低；按天线罩壁横断面形状，天线罩分为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构三种；根据天线罩的成形方式，地面天线罩分为充气罩和刚性罩两种。

天线罩的结构和其他建筑结构的不同点在于，设计时对结构型式、构件尺寸、罩壁厚度、材料选择以及结构细节等都必须考虑电气特性。罩壁厚度：与工作波长有关。在电气上，为了使反射最小，必须按工作波长设计均匀单壁壁厚或夹层结构的夹芯厚度。但所选择的壁厚必须能承受预计的最大空气动力负荷和其他负荷而不被破坏或不产生大的变形。壁厚的具体选择应根据工作波长、天线罩尺寸和形状、环境条件、所用材料等在电气和结构性能上互相兼顾；材料选择：对天线罩壁所用介质材料要考虑的

因素有：在工作频率下的介电常数和损耗角正切要低，要有足够的机械强度。一般说来，充气天线罩常用涂有海帕龙橡胶或氯丁橡胶的聚酯纤维薄膜；刚性天线罩用玻璃纤维增强塑料；夹层结构中的夹心多用蜂窝状芯子或泡沫塑料。航空天线罩一般用玻璃纤维增强塑料、陶瓷、玻璃－陶瓷和层压板等；具体结构：天线罩的不均匀部分会引起高频能量的绕射和反射，因此，在天线罩壁上凡是高频能量通过的部位一般不宜设置加强筋，因为它可能使壳体天线罩产生局部或整体失稳、或产生大变形，从而给结构设计和罩子尺寸带来许多限制。为了便于制造、安装和运输，必须把大型刚性天线罩做成分块式，球状连接处须设置法兰，致使罩壁不均匀。因此，在设计时一般要通过电气性能试验和结构性能试验，找出综合性能良好的连接方案。此外，所用的金属构件或金属连接件应使其电气遮挡最小。

天线罩是用来保护天线或整个微波系统（包括雷达和天线系统）免受环境影响的外壳，是由天然火人造电介质材料制成的覆盖物，或是由架支撑的电介质壳体构成的特殊的电磁窗口，他在各种军事和民用设施中有着广泛的应用。我们知道天线是一种精密仪器，对其外尺寸和表面精度要求都很高，任何一种天线，其正确性、稳定性和可靠性多是很重要的性能指标。如果让地面上的天线暴露在大气中，人自然界有害因素摆布，那么天线往往很容易出现故障或者性能变坏：飞行器上的天线如果不使用天线罩，那么天线会大大增加飞行阻力，同时提高天线的机械要求，白白消耗能源，所以需要用天线罩来改善气动外形；还有些天线，如精密跟踪天线，入粳米跟踪测量雷达，设点天文望远镜的天线，它们对秒追精度的要求非常严格，更加需要天线罩的保护…….但从了哪一方面看，天线罩又对天线的电磁辐射长生某些影响，从而影响天线性能。天线罩的反射和吸收以及局部福建队天线口径的阻挡，都会使天线————天线罩综合体的最大增益低于无罩状态下理想的天线增益;反射、散射、阻挡和天线罩的传输特性，会使理想天线的主瓣在加罩前后方为发生偏移，抬高副瓣电平，产生寄生的交叉极化，也会使天线和波瓣的半功率点宽度增宽、差波瓣零深电平抬高以及差斜率降低扥多种不良影响。

不过需要强调的是，上述天线罩对天线性能的有害影响是与加天线罩后的优

点而言的。对于预先考虑采用天线罩的情况，天线的设计就是在有照的情况下进行的。天线罩的电信设计任务，就在于通过天线罩滋生结构的调整，把对天线西乡性能的影响降到最低程度，甚至改善天线的某些性。而设计的前提是能够做到精确的分析，如果天线罩的存在对提案的每一个指标都有什么样的影响，程度又是如何，天线罩的某个参数的改动又能达到什么效果，带罩天线的辐射性能怎样。这些都可以依靠算法用计算机准确的仿真，甚至能做出一定的预测。所以研究天罩是非常有实用价值的！

研究现状

由于天线罩的位置处在天线近场区域，它的存在必然对天线的辐射和散射特性产生影响。

天线罩的电磁特性的研究在五、六十年代就已经开始。六十年代出现的射线跟踪法（Ray Tracing,RT），虽是几何光学的近似，但因其原理简单，操作易行而被广泛应用。七十年代又有两种更加精确的方法被应用该领域，均是以物理光学（Physical Optics,PO）理论为基础的口径积分——表面积分法（Aperture Integration-Surface Integration,AI-SI）和平面波谱——表面积分法（Piane Wave Spectrum-Surface Integration,PWS-SI）.后者针对AI-SI采用天线口径积分来计算天线罩内个点天线的辐射场而导致最后计算量过大的缺点，采用谱域积分的方法取代AI-SI的空域积分，使口径天线的近场计算效率大大提高，直至今天，在处理大尺寸带天线罩分析问题上PWS-SI仍是实用有效的方法之一。随后从八十年代开始，出于计算机和计算技术的飞速发展，一些低频算法如有限元法（Finite Element Method,FEM）、矩量法（Method of Moment,MOM）等等也相继被引入到天线罩的分析当中，显然这类方法有更高的计算精度，但由于对计算机内存和CPU速度要求不高，不便应用于大尺寸的天线罩和带罩天线的分析上来。不过近些年出现的，特别是应用在散射分析领域的诸多快速算法该我们带来不少的启发，例如共轭梯度——快速傅里叶算法，快速多极子法自适应积分法等，较MOM有很大优势，这些算法最主要的作用在于减少内存的使用量，这也正是在目前的硬件条件下要能有运算环境下计算机减少到可以接受的范围内，高频方法