天线罩的电磁特性分析及探伤研究

天线罩的电磁特性分析及探伤研究

王立志，白鹏程

哈尔滨哈玻拓普复合材料有限公司，哈尔滨，150036

摘要：天线罩是一种保护天线不受外界环境影响的设备，广泛用于雷达系统。随着电子技术的发展，天线罩作为雷达天线阵电磁窗口的电气性能尤为重要，已成为雷达天线阵不可分割的一部分。在天线设计过程中，精确有效的电磁建模和仿真工具发挥着重要作用。当前，天线掩模仿真方法主要是高频逼近方法和全波数字方法。高频方法包括物理光学方法(PO)、跳跃射线方法(SBR)等。具有清晰的物理概念和快速的计算。但是，由于高频方法是基于局部场逼近的原理，天线掩模不同部分之间的电磁耦合关系不予考虑，难以准确分析复杂环境的非光滑结构和问题，可能导致实际应用中的重大误差。全波测量方法包括矩量法(mom)、有限元法(mef)和时域有限差分法(FDTD)，这些方法考虑到了整体电磁耦合关系并具有较高的计算精度，但计算复杂度和计算效率很高，不能为了提高效率和计算能力，同时确保计算的准确性，需要采用正确的电磁理论模型和有效的计算方法。基于此，本篇文章对天线罩的电磁特性分析及探伤研究进行研究，以供参考。

关键词：天线罩；电磁特性；探伤

引言

当天线辐射电磁波穿过天线外壳时，相当于穿过不同的介质，有必要进行折射和反射现象，这可能导致天线指向的目标位置偏差，即瞄准误差。瞄准误差可能导致实际目标与目标的明显位置成一定角度偏差，从而导致制导雷达在跟踪时偏差。因此，天线罩的性能质量将直接影响雷达探测的有效工作距离和精度。例如:飞行时，天线罩由相当强烈的气动加热加热，会出现天线罩体损坏的现象，可能导致天线罩壁厚变化不均匀，损坏如外壳体穿孔，从而直接影响飞行时天线罩的电气性能。但是，由于实验方法的局限性，很难获得天线罩损坏的电气性能测试数据，使得天线罩系统的问题分析更加困难。因此，对受损天线屏蔽的电气性能进行精确分析研究具有一定的理论价值和重要的技术意义。

1研究背景及意义

包件是指保护包件内安装的天线或天线网络不受复杂的外部自然环境影响的包件结构。半个多世纪以来，世界上第一个天线遮罩技术迅速发展，1941年出生于美国，用于保护航空天线系统的正常运作。第一个遮罩于1946年成功研制，并安装在美国纽约的商业港口。天线遮罩可以有效地保证其内部雷达天线系统的正常运行，广泛用于民用和军事领域。性能要求也因使用环境而异。例如，高速车辆上使用的天线遮罩需要高度的空气动力设计，并且必须能够承受高速飞行期间的压力，同时在空气摩擦导致温度显着升高的情况下保持天线遮罩的完整性，以便天线能够对于雷达车轮来说，它被用来保护地面上的大口径雷达天线，主要是为了防止恶劣天气对电磁设备造成的损害。由于它们大多数体积大，结构坚实，通常安装在固定位置，因此在设计地面车轮时很少注意其空气动力特性，最重要的是，必须确保其良好的电气性能。随着技术的发展，带有频率选择面(FSS)等特殊功能的天线面具逐渐出现。

2天线阵列设计与加工

一种用于2.515~2.675 GHz 5g移动试验频段的低轮廓双极化圆形支撑板天线。天线由耦合电源胶合板双层天线组成，增益由一条两条一条的垂直线保证。天线结构简单可靠，安装方便快捷，与配备传统巴伦图电源的基站天线相比具有较低的外形特征。天线单元整体尺寸为1.05λ0×0.34λ0×0.06λ0(λ0为2.6 GHz波长)，高度为6 mm，在2.6 GHz频率点，天线模拟增益可达10.1db。以先前设计的天线单元为基础，组装4行8列天线网络，测试分片天线包络对天线网络辐射性能的影响。通过柱单元偏移将天线单元固定在工具上，相邻柱间高度差为40.75mm，天线阵列尺寸为465mm×795 mm，天线阵列将在以下文本中与切除的天线包络一起测试。

3天线罩的电磁特性分析及探伤

3.1高阶矩量法的时间反演成像技术

时间反演来自光学域，即天线接收到的时域信号进行正向和反向操作，可视为频域相组合。在原有背景空间保持不变的情况下，接收的信号沿原有路径反向传播，具体步骤如下:(1)从一个或多个天线网络单元接收/发出脉冲信号；2)脉冲信号在背景介质空间折射和反射后到达目标区域-背景；(3)由于区域内有目标，将建立一个以目标为中心的传播领域；(4)天线网络接收目标散射返回波，并在时间装配平面上对返回波信号进行时间反转，即在时间装配平面前后输出。5)天线再次发出反向信号，该信号通过相同的介质空间，具有与折射相同的传播路径；和时间反演技术(TR)通过在无需事先了解背景空间矢量、目标和天线的情况下对天线接收的信号进行时间反演处理，使信号能够在目标级实现空间能量聚焦。正是由于这一新特点，时间反转主要用于新的系统，如超声波检测、医疗(碎石、肿瘤消融)、无线通信、微波无损检测和雷达目标成像。

3.2球谐展开多层快速多极子算法

MLFMA通过将散射源对场点的影响除以一系列平面波的传播行为来实现峰值效应的快速计算并减少存储，但它需要在角谱空间中存储底层函数的聚集和配置因子。介质问题中有许多基本功能，导致角度光谱中的存储量急剧增加。本文引入了一类基于频谱域协调发展的快速多极算法(SE-MLFMA)，以降低内存使用量。此方法首先将MLFMA开发元素分为两部分:聚合转移因子和配置因子。然后分别进行球的协调发育，发育因子是其特性值；最后，通过在球调和特征之间进行计算来实现平面波的传播过程。SE-MLFMA将spectral域中聚合和配置的示例值的存储转换为其特征值的存储，从而显着降低存储复杂性，并与MLFMA保持一致。由于三角形网面等剖面单位的实际数目远低于基础特征的数目，因此将这些单位转换为网面单位可以提高储存效率。

3.3混合算法

其基本思想是:采用矩量法计算天线包络目标表面的天线辐射源场值，将该场值用作天线包络目标的新辐射源，然后使用快速多极子算法求解天线包络目标该过程的本质是将目标曲面上天线生成的电场用作子算法矩阵方程中的注入场。最后，用要求场点的高阶矩法计算的天线辐射源径向场值，与子-多层快速多极算法计算的天线目标散射场值重叠，得到天线目标影响下天线辐射源要求场点的场总值。这种混合算法具有独特的优势:与HO-MoM全局解决方案相比，它可以更快地计算模拟结果，并使用相似的计算资源解决更大的问题。使用HO-MoM处理复杂结构的天线部分，可获得比MLFMA全局解决方案更精确的结果，同时有效避免在计算复杂天线时迭代期间可能出现的非收敛问题。

结束语

天线遮罩可以保护天线系统不受外部环境的影响，并广泛用于飞机、卫星、导弹、船只等领域。天线外壳不仅要满足其空气动力学要求，而且要有最佳的电气性能，这是天线外壳的基本要求。分析天线罩损坏对电力性能的影响以及天线罩缺陷检测研究具有重要的技术意义。

参考文献

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