淺談天線罩及設計要(yào / yāo)求

天線罩radome是(shì)保護天線系統免受外部環境影響的(de)結構物。它在(zài)電氣性能上(shàng)具有良好的(de)電磁波穿透特性，機械性能上(shàng)能經受外部惡劣環境的(de)作用。室外天線通常置于(yú)露天工作，直接受到(dào)自然界中暴風雨、冰雪、沙塵以(yǐ)及太陽輻射等的(de)侵襲，緻使天線精度降低、壽命縮短和(hé / huò)工作可靠性差。

而(ér)在(zài)機載和(hé / huò)彈載平台，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)減小空氣阻力，必須要(yào / yāo)求尖錐狀的(de)天線罩。多數天線罩是(shì)由空心的(de)單層或多層的(de)介質殼構成。也(yě)有的(de)天線罩帶有孔的(de)或金屬層/金屬加強筋的(de)結構。總之(zhī)，就(jiù)是(shì)起一(yī / yì ／yí)個(gè)保護天線，如果有可能盡量修形以(yǐ)适合運用場景，加強整體結構強度的(de)作用。

使用天線罩的(de)目的(de)是(shì)：

①保護天線系統免受風雨、冰雪、沙塵和(hé / huò)太陽輻射等的(de)影響，使天線系統工作性能比較穩定可靠，同時(shí)減輕天線系統的(de)磨損、腐蝕和(hé / huò)老化，延長使用壽命。

②消除風負荷和(hé / huò)風力矩，減小轉動天線的(de)驅動功率，減輕機械結構重量，減小慣量，提高固有頻率。

③有關設備和(hé / huò)人(rén)員可在(zài)罩内工作，不(bù)受外界環境影響，提高設備的(de)使用效率和(hé / huò)改善操作人(rén)員的(de)工作條件。

④對于(yú)高速飛行的(de)飛行器，天線罩可以(yǐ)解決高溫、空氣動力負荷和(hé / huò)其他(tā)負荷給天線帶來(lái)的(de)問題。

但是(shì),天線罩是(shì)天線前面的(de)障礙物,對天線輻射波會産生吸收和(hé / huò)反射,改變天線的(de)自由空間能量分布,并在(zài)一(yī / yì ／yí)定程度上(shàng)影響天線的(de)電氣性能。

其原因是(shì)：

①天線罩壁的(de)反射和(hé / huò)不(bù)均勻部分的(de)繞射會引起天線主波瓣電軸偏移，從而(ér)産生瞄準誤差；

②天線罩對高頻能量的(de)吸收和(hé / huò)反射會引起傳輸損耗，從而(ér)影響天線增益（接收時(shí)使系統噪聲溫度增加）;

③天線罩引起的(de)天線波瓣畸變,使天線主瓣寬度改變、零點深度提高和(hé / huò)旁瓣電平增加；

其次，天線罩增加工程造價。飛行器上(shàng)的(de)天線一(yī / yì ／yí)般都加天線罩，而(ér)地(dì / de)面天線罩尚未普遍采用。

天線罩分類

①從使用上(shàng)分爲(wéi / wèi)航空型和(hé / huò)地(dì / de)面(含艦載)型兩大(dà)類。

②從電氣上(shàng)根據天線輻射波的(de)入射角分爲(wéi / wèi)垂直入射天線罩和(hé / huò)大(dà)入射角天線罩。輻射波射線與罩壁法線的(de)夾角爲(wéi / wèi)入射角。入射角小于(yú)30°的(de)稱垂直入射天線罩。天線在(zài)罩内掃描到(dào)任何位置、入射角的(de)變化範圍都比較大(dà)（從0～75以(yǐ)上(shàng)）,稱爲(wéi / wèi)大(dà)入射角天線罩。後者電氣性能比前者大(dà)爲(wéi / wèi)降低。

③按天線罩壁橫斷面形狀，天線罩分爲(wéi / wèi)均勻單壁結構、夾層結構和(hé / huò)空間骨架結構三種。

④根據天線罩的(de)成形方式，地(dì / de)面天線罩分爲(wéi / wèi)充氣罩和(hé / huò)剛性罩兩種。

盡管天線罩起到(dào)了(le／liǎo)保護天線的(de)作用，但是(shì)往往副作用不(bù)可避免。比如，天線發出(chū)去的(de)電磁波在(zài)天線罩表面的(de)反射和(hé / huò)在(zài)天線罩介質層内的(de)吸收，造成功率損耗，降低電子(zǐ)系統作用距離；在(zài)介質層中的(de)折射現象，引起測角誤差。有些情況，這(zhè)種誤差是(shì)緻命的(de)；在(zài)介質層中的(de)多次反射，與多徑效應相類似，會引起附近雜波增加。所以(yǐ)在(zài)設計中，要(yào / yāo)求加上(shàng)天線罩以(yǐ)後，不(bù)能超過規定的(de)限度指标。

天線罩結構設計

天線罩的(de)結構和(hé / huò)其他(tā)建築結構的(de)不(bù)同點在(zài)于(yú)，設計時(shí)對結構型式、構件尺寸、罩壁厚度、材料選擇以(yǐ)及結構細節等都必須考慮電氣特性。

①罩壁厚度：與工作波長有關。在(zài)電氣上(shàng)，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)使反射最小，必須按工作波長設計均勻單壁壁厚或夾層結構的(de)夾芯厚度。但所選擇的(de)壁厚必須能承受預計的(de)最大(dà)空氣動力負荷和(hé / huò)其他(tā)負荷而(ér)不(bù)被破壞或不(bù)産生大(dà)的(de)變形。壁厚的(de)具體選擇應根據工作波長、天線罩尺寸和(hé / huò)形狀、環境條件、所用材料等在(zài)電氣和(hé / huò)結構性能上(shàng)互相兼顧。

②材料選擇：對天線罩壁所用介質材料要(yào / yāo)考慮的(de)因素有：在(zài)工作頻率下的(de)介電常數和(hé / huò)損耗角正切要(yào / yāo)低，要(yào / yāo)有足夠的(de)機械強度。一(yī / yì ／yí)般說(shuō)來(lái)，充氣天線罩常用塗有海帕龍橡膠或氯丁橡膠的(de)聚酯纖維薄膜；剛性天線罩用玻璃纖維增強塑料；夾層結構中的(de)夾心多用蜂窩狀芯子(zǐ)或泡沫塑料。航空天線罩一(yī / yì ／yí)般用玻璃纖維增強塑料、陶瓷、玻璃－陶瓷和(hé / huò)層壓闆等。

③具體結構：天線罩的(de)不(bù)均勻部分會引起高頻能量的(de)繞射和(hé / huò)反射，因此，在(zài)天線罩壁上(shàng)凡是(shì)高頻能量通過的(de)部位一(yī / yì ／yí)般不(bù)宜設置加強筋，因爲(wéi / wèi)它可能使殼體天線罩産生局部或整體失穩、或産生大(dà)變形，從而(ér)給結構設計和(hé / huò)罩子(zǐ)尺寸帶來(lái)許多限制。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)便于(yú)制造、安裝和(hé / huò)運輸，必須把大(dà)型剛性天線罩做成分塊式，球狀連接處須設置法蘭，緻使罩壁不(bù)均勻。

因此，在(zài)設計時(shí)一(yī / yì ／yí)般要(yào / yāo)通過電氣性能試驗和(hé / huò)結構性能試驗，找出(chū)綜合性能良好的(de)連接方案。此外，所用的(de)金屬構件或金屬連接件應使其電氣遮擋最小。

天線罩環境要(yào / yāo)求

正确設計的(de)天線罩除了(le／liǎo)滿足上(shàng)面提及的(de)氣動結構，電磁特性等要(yào / yāo)求外，還要(yào / yāo)滿足工作環境下的(de)各項環境要(yào / yāo)求。

典型的(de)環境條件包括：

1、溫度：地(dì / de)面和(hé / huò)空中是(shì)不(bù)一(yī / yì ／yí)樣的(de)指标。比如，地(dì / de)面天線罩下限溫度-56攝氏度，上(shàng)限80度，機載天線罩下限-56攝氏度，上(shàng)限則取決于(yú)工作條件和(hé / huò)速度。馬赫2.0時(shí)爲(wéi / wèi)135攝氏度，馬赫3.0時(shí)爲(wéi / wèi)280攝氏度。導彈的(de)天線罩還需要(yào / yāo)規定溫度沖擊和(hé / huò)溫度梯度等。

2、相對濕度。

3、壓力：比如，地(dì / de)面天線罩要(yào / yāo)承受時(shí)速240km的(de)風壓，機載天線罩應能承受飛行速度，高度和(hé / huò)過載帶來(lái)的(de)影響。水下天線罩要(yào / yāo)能承受使用深度的(de)水壓影響。

4、載荷：比如常見的(de)雨、雪、冰雹、飛鳥、石頭等的(de)撞擊應能承受。

5、雨，海水等腐蝕。

6、擾動，沖擊和(hé / huò)加速度：比如爆炸導緻的(de)沖擊波，地(dì / de)震帶來(lái)的(de)震動等等。

7、火焰，雷電和(hé / huò)輻射：天線罩應當是(shì)阻燃的(de)，防雷電的(de)，并能防止一(yī / yì ／yí)定程度的(de)太陽輻射和(hé / huò)核輻射。

8、污染物：比如鹽類，灰塵，昆蟲，黴菌，燃油，冰水和(hé / huò)其他(tā)可能的(de)污染物。

天線罩主要(yào / yāo)形式

天線罩主要(yào / yāo)有航空天線罩、地(dì / de)面天線罩、充氣天線罩、殼體結構天線罩及空間骨架天線罩五種結構。

航空天線罩

一(yī / yì ／yí)般爲(wéi / wèi)殼體結構。根據具體情況，可以(yǐ)采用垂直入射天線罩或流線型的(de)大(dà)入射角天線罩。爲(wéi / wèi)滿足空氣動力學的(de)要(yào / yāo)求，天線罩要(yào / yāo)做成流線型的(de)結構。但是(shì)，天線在(zài)天線罩内掃描時(shí)，入射角變化大(dà)，使天線罩難以(yǐ)得到(dào)最佳的(de)電氣性能。如果不(bù)是(shì)流線型的(de)，通常設計成入射角小于(yú)30°角的(de)天線罩，其形狀可以(yǐ)是(shì)圓柱形、球形或抛物面形。這(zhè)種垂直入射天線罩的(de)空氣動力學性能雖然差些，但電氣性能較好。

地(dì / de)面天線罩

通常是(shì)截球形的(de)(約爲(wéi / wèi)四分之(zhī)三的(de)球)，可分爲(wéi / wèi)充氣罩和(hé / huò)剛性罩兩類。剛性天線罩又分爲(wéi / wèi)殼體結構天線罩和(hé / huò)空間骨架天線罩兩種。

充氣天線罩

球形薄膜在(zài)截口四周圍用壓闆固定于(yú)氣密性的(de)平台上(shàng)，周圍或用繩索拉緊，或用其他(tā)方法固定，内部充氣。它的(de)優點是(shì)罩壁薄且均勻，電氣性能好，适于(yú)寬頻帶工作；罩體柔軟便于(yú)折疊，重量輕、體積小，運輸、儲藏、安裝方便。缺點是(shì)需要(yào / yāo)持續向罩内充氣，以(yǐ)維持罩子(zǐ)形狀和(hé / huò)必要(yào / yāo)的(de)剛性。若充氣設備發生故障，會使罩子(zǐ)倒塌而(ér)損壞天線。美國(guó)研制成最大(dà)的(de)充氣罩，其直徑爲(wéi / wèi) 64.05米（210英尺），用作“通信衛星”(Telstar)的(de)雷達天線。

殼體結構天線罩

通常把罩壁做成彎曲的(de)殼體，結構荷載靠殼體支撐。其中均勻單壁殼體結構因從工作波長和(hé / huò)尺寸上(shàng)的(de)考慮，罩子(zǐ)尺寸受到(dào)限制；泡沫塑料殼體結構因材料的(de)介電常數和(hé / huò)損耗角正切低，電氣上(shàng)允許采用較厚的(de)罩壁以(yǐ)滿足結構負荷要(yào / yāo)求。各泡沫塊之(zhī)間的(de)連接，可用膠接以(yǐ)拼成均勻的(de)整體殼，電氣性能好，适于(yú)高頻率和(hé / huò)寬頻段工作;夾層殼體結構常用A型夾層結構。它由兩個(gè)等厚對稱的(de)高強度密度的(de)表皮和(hé / huò)一(yī / yì ／yí)個(gè)低密度的(de)芯子(zǐ)組成。它的(de)優點是(shì)強度重量比和(hé / huò)剛度重量比大(dà)，适用于(yú)一(yī / yì ／yí)定波長的(de)大(dà)型地(dì / de)面天線罩。但缺點是(shì)工作頻帶窄，制造複雜、成本高。當A型夾層不(bù)能滿足要(yào / yāo)求時(shí),可采用由奇數層組成的(de)多層夾層結構。中國(guó)于(yú)1972年研制成功的(de)直徑44.4米夾層天線罩即采用了(le／liǎo) A型夾層殼體結構。

空間骨架天線罩

由金屬（或介質）球形網格骨架和(hé / huò)蒙在(zài)其上(shàng)的(de)介質薄闆（或薄膜）構成。主要(yào / yāo)由網格骨架承受結構荷載，網格骨架的(de)設計原則是(shì)使杆件截面在(zài)保證力學性能的(de)情況下電氣遮擋盡量小。金屬的(de)強度和(hé / huò)剛度比介質材料大(dà)，所以(yǐ)多采用金屬骨架。它的(de)優點是(shì)适于(yú)高頻和(hé / huò)寬頻帶工作，制造容易，價格較廉，适用于(yú)大(dà)型地(dì / de)面天線。世界上(shàng)最大(dà)的(de)金屬空間骨架天線罩是(shì)1964年建成的(de)，直徑爲(wéi / wèi)45.75米（150英尺），用于(yú)美國(guó)海斯台克(Haystack)雷達天線。

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