天线罩的研究

基于有限元理论的软件仿真设计天线罩方法的开题
报告
1. 研究背景及意义
天线罩是一种在天线周围用于保护天线的外壳，是天线系统设计中不可或缺的一部分。

不仅可以提高天线的抗干扰能力，还可以提高天线的辐射效率和频宽，降低辐射损耗和杂散波等。

天线罩的设计需要考虑材料、形状、几何结构、阻抗匹配等因素，因此常常需要用软件仿真进行模拟，这样能快速、高效地进行参数分析和优化设计。

2. 研究内容及方法
本课题将采用有限元理论进行软件仿真设计天线罩的方法。

具体包括以下几个步骤：
（1）建立天线罩的有限元模型，选择适当的网格精度和材料属性，进行材料参数的输入和界面处理。

（2）进行天线罩的电磁场仿真分析，包括天线的辐射和辐射性能、天线罩的电场分布和电磁波穿透特性等，并通过不同材料和形状的天线罩进行比较分析。

（3）对仿真结果进行分析和优化设计，根据需求，调整天线罩的材料、形状等参数以达到更好的性能指标。

3. 研究计划
本研究计划分为以下几个阶段：
（1）文献调研和理论分析；
（2）建立天线罩的有限元模型，进行软件仿真分析；
（3）分析优化设计，得出最佳天线罩参数；
（4）实验验证，并对仿真结果进行校正。

4. 预期成果
本研究预计将得出一种利用有限元理论进行软件仿真设计天线罩的
方法，解决天线罩参数设计和优化过程中的问题，提高天线系统的性能、抗干扰和抗辐射背景噪声等方面的能力。

成果将在学术论文和相关专业
会议上发表。

天线罩理论与设计方法
天线罩是一种用于保护天线的外壳或覆盖物，常用于天线的设计中。

天线罩理论和设计方法主要涉及以下几个方面：
1. 材料选择：天线罩的材料应具有良好的电磁特性，如低介电常数、低导电率和高磁导率等，以减小材料对天线的影响。

常用的材料有金属、复合材料和金属触媒涂层等。

2. 电磁波透射与反射：天线罩的设计应考虑电磁波的透射和反射特性。

透射是指电磁波从天线罩进入或离开的过程，反射是指电磁波被天线罩表面反射的过程。

透射和反射的特性影响到天线的辐射效率和天线罩的保护效果。

3. 尺寸和形状：天线罩的尺寸和形状应根据天线的工作频率和辐射模式进行优化设计。

天线罩的尺寸和形状会影响天线的阻抗匹配、束宽和辐射效率等性能。

4. 去耦和接地：天线罩的设计还应考虑去耦和接地的问题。

去耦是指通过设计天线罩的结构，减小天线输入端和天线罩之间的耦合。

接地是指天线罩与地面的连接，以提供良好的接地效果，减小天线罩对天线的干扰。

5. 天线罩的制造工艺：天线罩的制造工艺应考虑到材料选择、制造成本和制造工艺复杂性等因素。

常见的工艺包括喷涂、注塑和3D打印等。

总的来说，天线罩的理论和设计方法旨在优化天线性能和天线保护效果，提高天线系统的工作稳定性和可靠性。

新型人工电磁材料天线罩技术研究党涛;田殷;王光明;欧阳骏【摘要】基于飞行器天线隐身的需求,特别针对L波段机载宽带天线阵列隐身的具体要求,需要设计一款工作在L波段的超薄且宽带的频率选择表面(FSS)隐身天线罩,但由于天线工作频率较低,且带宽宽,使得传统设计方法设计的频率选择表面天线罩厚度较厚难以具备真正的工程应用价值.该文从宽带和低剖面两个关键角度出发,提出了一种正交分离式新型金属条电感层及方环电容层的亚波长级联结构并结合磁性材料加载的FSS策略,基于全局优化的遗传算法优化设计,实现了宽带低剖面的频率选择表面设计的隐形天线罩,通过理论分析和实际设计制作,最终设计厚度仅为0.035λ,相对带宽达到28.6％.【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2018(047)005【总页数】6页(P686-691)【关键词】宽带低剖面;频率选择表面(FSS);遗传算法;磁性材料;天线罩【作者】党涛;田殷;王光明;欧阳骏【作者单位】空军工程大学防空反导学院西安 710051;四川九洲电器集团公司四川绵阳 621000;空军工程大学防空反导学院西安 710051;电子科技大学电子科学与工程学院成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN82借助于计算机的建模仿真算法合相关软件及近年来逐步发展的多层FSS的制作工艺，通过各种不同的FSS单元的变形，设计出了大量更具特色的FSS单元，如高品质因数、高矩形系数、双多频段等。

最具代表性如文献[1]，在美国Wright-Patterson空军基地航空电子实验室的资助下，相关研究人员在基础理论研究或是FSS的实际应用研究中，都有着较为丰富的理论拓展和杰出的工程成果。

文献[2]在20世纪80年代，经过数十年的积累，在周期FSS结构的数值分析方法上取得突破性进展，率先提出了一种分析FSS的全波方法(谱域法)，至今还被广泛使用于FSS的全波分析中。

其团队成员在随后的二十多年研究中，将改全波分析方法进一步拓展，用于分析多层级联且具有不同周期的平面FSS。

（下转125页)在雷达装置中，天线罩可以有效地使雷达避免遭受外部各种信号的干扰与影响，其拥有选择性透波、耐高温以及承载负荷性能优良等特性。

而在雷达的隐身技术手段之中，天线罩技术是具有独特优势的前沿性技术。

在雷达隐身天线罩技术中，又可划分为频率选择表面技术、极化选择表面技术、阻抗加载技术等相关技术手段。

现阶段，我国多采用频率选择表面技术作为雷达隐身天线罩技术。

频率选择表面技术指的是在金属的表面存在着周期性分布的一些细小缝隙，从而形成了具有滤波功能的结构，把频率选择技术应用于天线罩中，其和天线罩共同构成了具有频率选择功能的装置。

应用频率选择表面天线罩具有以下优势：(1)在雷达自身工作频带中的一些信号能够通过天线罩，而处于此频带以外的一些信号则会被反射出去，使雷达具有相对小的散射截面，进而实现了设备的隐身目的。

(2)频率选择表面技术天线罩所拥有的外在形状和飞行装置原来自身的结构非常近似，因此可以符合飞行器在飞行过程中的动力学要求。

1 频率选择表面天线罩的设计如果想要设计出性能优良的频率选择表面天线罩，要求具备非常精准的谐振频率、较高的传输效率，使得频带以外具备非常优良的反射性，同时针对各种频率波的入射角具有较强的不敏感性。

所以，在进行频率选择表面天线罩的设计时，其目标是让所设计的频率选择表面相应的谐振频率正好处于自身雷达所设定的通讯频率范围之中，在整个通带之内使信号拥有相对优良的传输性能，而在通带之外则将全部的信号反射出去，从而让天线罩拥有可以对频率进行选择的性能。

频率选择表面天线罩所具有频率选择性能和其所拥有的结构类别、衬底材料等多种因素均有关联。

在进行频率选择表面天线罩的设计时，通常会采取孔径型的方式来实现。

第一，要依照不同天线罩所处的环境情况，而采取适宜的介质，通常应当采用拥有较低介电常数以及损耗的一些材料。

同时，根据学者田文明和侯新宇对三极子缝隙单元的单层和双层FS S结构的研究结果表明：在FS S的两侧加载介质层可以极大改善F S S 谐振频率对不同入射角和极化状态的稳定性，这样才可以使天线罩拥有较为优良的透波特性。

玻璃钢2010年第3期综述陶瓷天线罩材料的研制进展胡伟，邬浩，王萍萍，雷景轩，赵中坚（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）摘要从导弹技战术发展趋势和要求，阐述了天线罩材料的发展历程和研制进展，论述了氮化硅材料体系的研制工艺，二氧化硅和石英基纤维增强材料体系的几种制备工艺和应用，介绍了陶瓷基复合陶瓷夹层天线罩材料的研制进展和应用前景。

关键词：天线罩氮化硅材料体系二氧化硅材料体系陶瓷基复合陶瓷夹层材料0前言天线罩是导弹前端的一个重要组成部件，它的作用是保护天线在恶劣环境下正常工作以完成通讯、制导和引爆等作战任务。

它不但需要满足导弹飞行时所承受的热载荷和机械载荷及恶劣环境的要求，还需要满足导弹控制回路所提出的苛刻的电气性能要求。

因此，天线罩材料必须满足以下的基本性能要求[1]：①较低的介电常数和介电损耗，且随温度和频率的变化而产生的变化小；②良好的常温和高温力学性能；③低的膨胀系数和高的弹性模量，良好的抗热震性能；④低导热系数；⑤耐冲刷、耐雨蚀能力强，抗粒子云侵蚀。

陶瓷材料具有较高的力学性能、适宜的介电性能及较好的耐热性能而成为天线罩的首选材料之一。

随着导弹技战术指标的提高，国内外在陶瓷材料的制备工艺和开发应用方面也经历了提高和优化的过程。

1陶瓷天线罩材料国内外应用情况为满足天线罩的性能指标要求，国内外在研究和使用陶瓷天线罩材料上基本经过了氧化16铝陶瓷材料、微晶玻璃材料、石英陶瓷材料、氮化硅材料，并向陶瓷基复合材料方向发展[1]。

表1为国内外陶瓷天线罩材料的应用状况，从表1中可以看出，在陶瓷天线罩材料研制和应用方面，国内落后美国等发达国家10～20年。

表1国内外陶瓷天线罩材料的应用状况国内外开始时间天线罩材料应用型号代表20世纪50年代氧化铝美国：麻雀Ⅲ、响尾蛇等[2]20世纪60年代微晶玻璃美国：小猎犬、百舌鸟、Typhon、GarⅨ[2]20世纪70年代石英陶瓷美国：爱国者、潘兴Ⅱ[3]俄罗斯：S300[3]意大利：Aspaid[3]20世纪80年代氮化硅美国：爱国者Ⅲ[4]国外20世纪80年代陶瓷基复合材料－20世纪60年代氧化铝－20世纪60年代微晶玻璃－20世纪80年代石英陶瓷－国内20世纪90年代末氮化硅、陶瓷基复合材料－2陶瓷天线罩的发展趋势随着导弹向超视距、主/被动复合型、高速、中/远程、宽频、红外/毫米波、双模等高精度、全天侯制导方向发展，超高速天线罩、宽频带天线罩、毫米波天线罩、双模天线罩等新一代型号应运而生，对天线罩材料也提出了新的需求和指标。

现代机载雷达天线罩技术探析蒋庆全(中国电子科技集团公司南京电子工程研究所,南京210007)摘　要　随着现代机载雷达性能日趋提高,对机载雷达天线罩的性能要求亦日益增高。

本文扼要介绍了机载雷达天线罩技术发展的历程,简述了机载雷达天线罩技术的重要性和复杂性,从电磁窗口角度对机载雷达天线罩技术的设计、材料、制造工艺、质量保证及测试等技术作了探讨和分析。

关键词　现代雷达系统　机载雷达天线罩　电气性能　设计与工艺一、引　言凡装载雷达的载机皆须采用雷达天线罩,如战斗机机头的流线型雷达天线罩、预警机背驮的圆盘型旋转式雷达天线罩、军用运输机及民航机机头的“鼻”形雷达天线罩,以及轰炸机、武装直升机及电子侦察机等载机上装载的各式雷达天线罩。

长期以来,机载雷达天线罩常常被视为载机结构的组成部分,是机载雷达天线的电磁窗口,属于功能性部件。

在航空电子技术迅速发展的当今,机载雷达天线罩的电气性能显得尤为重要。

现代空战已从常规的视距范围内近距格斗模式转变为超视距的空战模式。

超视距探测是当今机载雷达系统防空信息作战必须加以解决的技术难题。

机载雷达宛如载机的“眼睛”,而机载雷达天线罩则如同“眼镜”,两者密切相关。

“眼睛”只有与“眼镜”很好地匹配,才能起着“千里眼”的作用。

在现代空战中,作战双方谁拥有性能先进的机载雷达系统(包括高性能的机载雷达天线罩),谁就能先发制人,先敌攻击,在空战中占据绝对的优势。

二、机载雷达天线罩技术发展概述世界上首部机载雷达天线罩是1941年装载在波音18A载机上的有机玻璃罩。

在第二次世界大战期间,德、英、美及法等国在发展机载雷达天线罩及有关技术方面投入了很大的研究和试制力量,使得当时不仅涌现出数百种军用雷达,而且还积累了大量的技术资料,在电子学和高频电磁场领域内发展了新颖技术,处于当时世界领先地位。

由于这些技术资料在科学研究和工程实施上具有很大的参考价值,在美国国防研究委员会指导下,在保密允许范围内,由美国麻省理工学院辐射实验室出面邀请有关杰出专家,对美、英及加拿大等国陆海空军、大学及工业部门所属单位研制的机载雷达天线罩技术进行了系统的总结,于1948年出版了《雷达扫描器和雷达天线罩》一书。