一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法技术

一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，属于大型地面雷达天线罩的技术领域。为了解决目前从材料研究入手设计天线罩的方法不适用于大型地面天线罩的设计的问。方法包括：在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，获得天线辐射的最大功率密度；选定天线罩罩壁的材料和结构参数；进而获得电磁辐射能量吸收系数；再结合天线罩传热的能量守恒，获得天线罩在大功率照射下的温度；判断当前天线罩罩壁材料的耐温值是否大于获得的温度，若是，则所述天线罩为最终设计的天线罩，若否，则将重新选择天线罩结构材料再重新设计。所述方法用于设计大型地面雷达天线罩。

【技术实现步骤摘要】
一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法
本专利技术属于大型地面雷达天线罩的

技术介绍
大型地面天线罩是雷达天线的防护设施，它可以防止环境对雷达设备的干扰和影响，天线罩多由玻璃钢与泡沫结构复合材料制作。随着电子信息技术不断发展，各种大型的警戒、情报、预警雷达在电子对抗背景下呈现出工作频带越来越宽、发射功率越来越大的特点。天线罩在大功率微波照射下，复合材料分子间会产生高频震荡，导致局部发热，当温度升高超过材料使用温度时候，天线罩会有烧蚀甚至烧毁的危险。目前解决天线罩耐大功率问题的方法，多是从材料研究入手，通过选用低介电损耗、高耐温材料来解决问题。这种方法本质上是一种实践法，缺乏理论指导，实验结果也只能应用于某一具体项目，如果设计条件改变，只能重新做实验。另外，这种分析方法只适用于单一材料成型的小型天线罩，对于大型天线罩，一般采用几种材料复合形式，这种分析方法就不适用了。总之，目前业内还没有一个针对大型宽频带天线罩耐大功率性的设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前从材料研究入手设计天线罩的方法不适用于大型地面天线罩的设计的问题，本专利技术提供一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法。本专利技术的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场强值E，进而获得天线辐射的最大功率密度Pm；步骤二：在满足宽频带天线罩的要求下，在天线罩结构材料列表中选定天线罩罩壁的材料和结构参数；步骤三：根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数，运用四端网络理论进行计算，获得天线罩罩壁的功率透过系数和功率反射系数，进而获得电磁辐射能量吸收系数L；步骤四：根据步骤一获得的最大功率密度Pm和步骤三获得的电磁辐射能量吸收系数L，结合天线罩传热的能量守恒，获得天线罩在大功率照射下的温度；步骤五：查表获得当前天线罩罩壁材料的耐温值，判断所述耐温值是否大于步骤四获得的天线罩在大功率照射下的温度，若是，则所述天线罩为最终设计的天线罩，若否，则将当前天线罩在天线罩结构材料列表中对应的材料结构删除，转入步骤二，重新选择材料。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的设计方法综合运用了电磁学、传热学、材料学相关知识，解决了现有单一的从材料入手的设计方法不适用于耐大功率宽频带天线罩的设计的问题。设计过程充分考虑了天线电磁特性、天线罩结构特性以及材料参数等各种前提条件，对整个电磁过程和传热过程进行了分析，设计的天线罩，在实际大功率雷达长时间照射下，耐功率性满足要求。本设计方法已经在某大型地面天线罩设计中得到应用，测试结果与设计相符。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法的原理示意图。图2为采用本专利技术的设计方法设计的天线罩板块的示意图。图3为实施例中C夹层罩壁结构的剖面示意图。图4为采用本专利技术的设计方法获得的功率透过系数的曲线示意图，横坐标表示频率，纵坐标为功率透过系数。图5为采用本专利技术的设计方法获得的功率反射系数的曲线示意图，横坐标表示频率，纵坐标为功率反射系数。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场强值E，进而获得天线辐射的最大功率密度Pm；步骤二：在满足宽频带天线罩的要求下，在天线罩结构材料列表中选定天线罩罩壁的材料和结构参数；步骤三：根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数，运用四端网络理论进行计算，获得天线罩罩壁的功率透过系数和功率反射系数，进而获得电磁辐射能量吸收系数L；步骤四：根据步骤一获得的最大功率密度Pm和步骤三获得的电磁辐射能量吸收系数L，结合天线罩传热的能量守恒，获得天线罩在大功率照射下的温度；步骤五：查表获得当前天线罩罩壁材料的耐温值，判断所述耐温值是否大于步骤四获得的天线罩在大功率照射下的温度，若是，则所述天线罩为最终设计的天线罩，若否，则将当前天线罩在天线罩结构材料列表中对应的材料结构删除，转入步骤二，重新选择材料。步骤五中，对比所选天线罩材料性能指标，如果照射后温度在材料允许的范围内，则输出设计结果；否则，有两种解决办法：a重新调整电性能设计，重复步骤二、步骤三和步骤四，直至设计温升满足材料要求；b调整所选用材料，换用工作温度更高的材料，并确定新材料的电性能参数，然后重复步骤二、步骤三和步骤四。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法的进一步限定，步骤一中，在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场强值E，进而获得最大功率密度Pm的方法为：以天线口面中心为原点O，在天线口面为XY的平面上建立一个直角坐标系O-XYZ,根据天线口面分布g(x,y)，计算天线在费涅尔区场强值EP:上式中：θ为方位面观察角，为俯仰面观察角，r＝R，R为天线罩半径，k为自由空间传播常数，积分区域(s)为天线口面，j为复数虚部；当θ＝0，时，天线口面的轴线方向辐射场最强，费涅尔区场强值最大值EPmax，此时的功率密度最大，最大功率密度η为自由空间波阻抗，η＝120π；费涅尔区场强值最大值EPmax的获取方法：首先根据频带宽度，确定频带低端频点f1、频带中端频点f2和频带高端频点f3；然后通过公式分别计算f1、f2和f3对应的波长，c为光速，f为频率；根据计算的波长，再分别计算f1、f2和f3对应的费涅尔区场强值；取f1、f2和f3对应的费涅尔区场强值中的绝对值最大的为费涅尔区场强值最大值EPmax。本实施方式中，天线罩领域，一般将天线外场按距离分为三个场区：近区场、费涅尔区、远场区；所谓近区场是指靠近天线口面的区域，一般定义为d≤8λ，d为观察点与天线口面的距离，λ为波长；费涅尔区也称为辐射近区场，费涅尔区下界为d＝8λ，上界为d＝2D2/λ，D为天线口面的线度；在远处，费涅尔区之外，就属远场区。雷达天线罩位于天线的费涅尔区。对于阵列天线，天线口面的轴线方向辐射场最强，所以天线罩最先烧毁的区域是天线口面轴向与天线罩交汇的正照射区域，这一区域对应观察角为：θ＝0，可以以此为输入条件，计算费涅尔区场强值最大值EPmax。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法的进一步限定，步骤二中，所述天线罩罩壁结构为C夹层罩壁结构，所述C夹层罩壁结构包括五层介质板，所述五层介质板分别为第一层蒙皮、第三层蒙皮、第五层蒙皮、第二层中间芯层和第四层中间芯层；第一层蒙皮、第三层蒙皮和第五层蒙皮的材料均选取E玻璃纤维复合聚酯树脂玻璃钢，第二层中间芯层和第四层中间芯层的材料均选取聚氨酯泡沫，各层材料性能如下表：表C夹层罩壁各层的材料性能第一层第二层第三层第四层第五层介电常数εn4.21.084.21.084.2损耗角正切tgδ0.020.0020.020.0020.02密度(kg/m3)1750601750601750导热系数(W/m.k)0.40.070.40.070.4比热容11001000110010001100目前的大型地面天线罩多采用A夹层罩壁结构。所谓A夹层，指的是内外薄蒙皮和中间一层夹心层结构形式。从电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场强值E，进而获得天线辐射的最大功率密度Pm；步骤二：在满足宽频带天线罩的要求下，在天线罩结构材料列表中选定天线罩罩壁的材料和结构参数；步骤三：根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数，运用四端网络理论进行计算，获得天线罩罩壁的功率透过系数和功率反射系数，进而获得电磁辐射能量吸收系数L；步骤四：根据步骤一获得的最大功率密度Pm和步骤三获得的电磁辐射能量吸收系数L，结合天线罩传热的能量守恒，获得天线罩在大功率照射下的温度；步骤五：查表获得当前天线罩罩壁材料的耐温值，判断所述耐温值是否大于步骤四获得的天线罩在大功率照射下的温度，若是，则所述天线罩为最终设计的天线罩，若否，则将当前天线罩在天线罩结构材料列表中对应的材料结构删除，转入步骤二，重新选择材料。

【技术特征摘要】
1.一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场值E，进而获得天线辐射的最大功率密度Pm；步骤二：在满足宽频带天线罩的要求下，在天线罩结构材料列表中选定天线罩罩壁的材料和结构参数；步骤三：根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数，运用四端网络理论进行计算，获得天线罩罩壁的功率透过系数和功率反射系数，进而获得电磁辐射能量吸收系数L；步骤四：根据步骤一获得的最大功率密度Pm和步骤三获得的电磁辐射能量吸收系数L，结合天线罩传热的能量守恒，获得天线罩在大功率照射下的温度；步骤五：查表获得当前天线罩罩壁材料的耐温值，判断所述耐温值是否大于步骤四获得的天线罩在大功率照射下的温度，若是，则所述天线罩为最终设计的天线罩，若否，则将当前天线罩在天线罩结构材料列表中对应的材料结构删除，转入步骤二，重新选择材料。2.根据权利要求1所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，其特征在于，步骤一中，在宽频带条件下，根据阵列天线口径场，计算天线辐射费涅尔区场值E，进而获得最大功率密度Pm的方法为：以天线口面中心为原点O，在天线口面为XY的平面上建立一个直角坐标系O-XYZ,根据天线口面分布，计算天线在费涅尔区场值EP:上式中：θ为方位面观察角，为俯仰面观察角，r＝R，R为天线罩半径，k为自由空间传播常数，积分区域(s)为天线口面，j为复数虚部；当θ＝0，时，天线口面的轴线方向辐射场最强，费涅尔区场值最大值EPmax，此时的功率密度最大，最大功率密度η为自由空间波阻抗，η＝120π；当θ＝0，时，所述费涅尔区场值最大值EPmax的获取方法：首先根据频带宽度，确定频带低端频点f1、频带中端频点f2和频带高端频点f3；然后通过公式分别计算f1、f2和f3对应的波长，所述c为光速，f为频率；根据计算的波长，再分别计算f1、f2和f3对应的费涅尔区场值；取f1、f2和f3对应的费涅尔区场值中的绝对值最大的为费涅尔区场值最大值EPmax。3.根据权利要求1或2所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，其特征在于，步骤二中，所述天线罩罩壁结构为C夹层罩壁结构，所述C夹层罩壁结构包括五层介质板，所述五层介质板分别为第一层蒙皮、第二层蒙皮、第三层蒙皮、第四层中间芯层和第五层中间芯层；第一层蒙皮、第二层蒙皮和第三层蒙皮的材料均选取E玻璃纤维复合聚酯树脂玻璃钢，四层中间芯层和第五层中间芯层的材料均选取聚氨酯泡沫，各层材料性能如下表：表C夹层罩壁各层的材料性能4.根据权利要求3所述的一种耐大功率宽频带雷达天线罩设计方法，其特征在于，步骤三中，根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数，运用四端网络理论进行计算，获得天线罩罩壁的功率透过系数和功率反射系数，进而获得电磁辐射能量吸收系数L；根据步骤二确定的天线罩罩壁的结构参数和四端网络理论，C夹层罩壁结构的状态转移矩阵为：

【专利技术属性】
技术研发人员：孟松，孙宝华，赵明，刘禹宏，
申请(专利权)人：哈尔滨哈玻拓普复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23