一种A夹层结构天线罩的设计与制作

摘要： 设计制作具有高精度、高透波率天线罩对于保护天线系统免受外部环境影响，减少传输损耗具有非常重要意义。本文通过对天线罩的设计步骤及制作过程介绍，熟悉天线罩结构、材料及工艺过程的应用。

关键词：A夹层；天线罩；

1. 前言

天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的壳体结构。它在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性，机械性能上能够经受外部恶劣环境的侵袭，使天线工作性能保持稳定、可靠。但天气罩的电性能和结构性能往往是相互矛盾的。薄的罩壁，虽有好的电性能，但却未必有足够的强度和刚度。反之，厚的罩壁，有很高的强度和刚度，但却未必能提供好的电性能。需要对多种方案进行综合对比，从中选择最佳的设计方案。本文通过一种A型夹层结构的天线罩的设计与制作，来讲述天线罩设计与成型过程。

2.天线罩设计

2.1某天线罩的设计要求：

1）.电气要求：a.发射频率5.8-6.8GHz ，插损≤0.3dB; b.接收频率3.4-4.2GHz ，插损≤0.3dB; 2）.环境要求：a.工作温度：-40℃～55℃；b.风速：20米/秒风速下正常工作。3）.外形结构：结构形式如图1所示，为截球型天线罩。

2.2结构设计与分析

依据设计要求，结合经验选定天线罩为A夹层结构。A夹层天线罩结构指由两层高密度蒙皮和低密度芯层组成的结构。A夹层结构具有较高的强度，在宽频范围内具有较好传输性能。

2.3材料选择

天线罩设计时蒙皮通常选用复合材料，其性能远超单一材料，在结构上更为合理，功能上更为有效。根据本天线罩的工作频率及使用地区，复合材料可选用树脂基纤维增强复合材料。表 1中列举了一些用于天线罩的增强纤维 、基体树脂以及夹层材料的基本性能。

对于夹层结构型式的天线罩，芯层材料主要使用纸蜂窝材料和聚合物泡沫材料两种。二者均具有良好的电学性能和较轻的重量，同时具有极佳的力学性能。

结合工艺特点及原材料的应用，初步选定一种型号为EW110的玻璃纤维预浸料作为蒙皮制作材料，芳纶纸蜂窝作为天线罩的芯材。

2.4厚度计算：

2.4.1强度因素：

天线罩需承受一定的外力，如风载、雪载等。罩体应有足够强度需求。根据薄板理论，可通过材料力学中的弯曲强度公式大致评估，随后进行有限元分析。

2.4.2电磁性能因素

天线罩的特性不仅与所使用的材料有关，还与入射的电磁波的极化、入射角、工作频率等有关。A型夹层结构中每一层介质板均可等效为低阻抗传输线，三层相当于三个低阻抗传输线的级联。根据传输线理论，天线罩的透过系数和反射系数就可表示为： ，。

1）蒙皮厚度

蒙皮厚度会影响电磁波的传输和反射。从电磁理论角度，根据菲涅尔公式，当蒙皮厚度为电磁波在介质中波长的四分之一奇数倍时，反射波与入射波会相互抵消，可减少反射，提高透波率。介电常数，在频率为的电磁波下，波长，理想情况下蒙皮厚度但实际中，还需要考虑多层结构的相互影响等，一般选取较薄厚度在 0.3～0.6mm 范围来平衡透波和其他性能。

2）芯层厚度

依据A型夹层结构特点，芯材厚度的作用使两层蒙皮的反射相抵消，内外蒙皮之间最佳间距（即夹芯层厚度）近视为1/4波长。其计算公式为：。

根据以上理论设计天线罩厚度，将选定材料的性能参数代入公式中可计算出本夹层结构功率传输系数，蜂窝夹层厚度的平行极化、垂直极化关系如下图所示：

通过计算与分析得出以下三种壁厚尺寸均可作为天线罩的蒙皮与芯材厚度。

2.5等效试样测试：

根据上述所选材料及电性设计的几种厚度制作等效试板。通过天线测试系统，对几种试样进行测试，选出最优电性能厚度。若测试效果均不理想，则需要改变参数重新计算，并制作试样进行测试直至选出最优电性能厚度。

2.6 力学分析：

在进行试样测试的同时应对理论厚度参数进行力学分析。理论厚度应在满足电性能要求的同时满足天线罩的力学性能要求。天线罩的结构设计一般与其所要承受的最大风速及温度变化范围有关，同时还应考虑使用地区的地震、冰雪负荷、盐雾、沙尘等条件。如下图天线罩壁厚在8.4mm（即：蒙皮0.4mm，蜂窝8mm）时在20m/s风速条件下，天线罩的变形量在1mm以内，满足使用要求。

2.8成型设计

1）成型方式：目前天线罩成型方法主要有热压罐法、真空袋压法和模压法。热压罐法是指将复合材料毛坯置于热压罐中，经高温高压成型制备天线罩。真空袋压法是指将复合材料毛坯真空密封置于固化炉（烘箱）中，经高温、真空负压成型制备天线罩。模压法是指将复合材料毛坯经模压机高温高压成型制备天线罩。2）模具设计：模具结构采用分体式结构铸造成型，数控机床加工的方式来保证模具整体厚度的均匀性及模具型面的精度。从而保证原材料在固化过程中的受热均匀及产品的尺寸精度。

3结论：

本文通过从设计要求的信息输入开始，对天线罩进行电性能设计、结构设计与力学分析以及成型方式的设计。讲述了天线罩的设计过程，重点在于天线罩的电性能测试以及力学分析，综合考虑做到电性能与结构性能完美结合，才能得到一款高性能的天线罩。

参考文献：

1.张强 《天线罩理论与设计方法》 国防工业出版社 2014

2.刘晓春 《雷达天线罩电性能设计技术》航空工业出版社 2017