[发明专利]高透波低RCS天线罩

说明书

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于天线雷达散射截面控制的低RCS天线罩。

背景技术

雷达天线罩是飞行器的重要部件，它是集电气性能、结构强度、气动外形和特殊功能要求于一体的功能结构件。要求在保护雷达的同时，还要保持满足雷达发射接收的全部电性能要求，即对雷达信号的传输要求具有最小的波瓣畸变和功率吸收。雷达目标散射的能量可以表示为一个有效面积和入射功率密度的乘积。这个面积通常称为雷达散射截面(RCS)。RCS表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量。天线的散射包括两部分：一部分是与散射天线负载无关的结构项散射，它是由入射平面波在天线上的感应电流或位移电流所产生的散射场，其散射机理与普通散射体的散射机理相同：另一部分则是随天线的负载情况变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射。雷达目标反射面积RCS可从电磁散射理论方面进行定义为：目标在单位立体角内目标朝接收方向散射的功率与从给定方向入射于该目标的平面波功率密度之比的4π倍。缩减雷达散射截面RCS可降低目标被探测到的几率。入射波波长对雷达散射截面的影响可划分为低频区、谐振区、高频区(光学区)。不同性质、形状和分布的目标，其散射效率是不同的。为确定这一效率，把有效散射面积等效为一个各向同性反射体的截面积，称为目标的雷达截面积，写作σ，对于简单的几何体，如金属圆面、金属矩形面等，其法向雷达散射截面表达式为，σ＝4πA^2/λ^2，式中：A为照射面积，λ为工作波长。低RCS天线罩在雷达散射截面控制方面有着广泛的应用，如共形天线罩，雷达罩等。天线罩是保护天线免受自然环境影响的外壳。它是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁窗口。天线罩从使用环境、天线精度要求、工作寿命、能源消耗和维护等诸多因素出发全面考虑，论证是否使用并使用何种类天线罩。通常，在雷达天线罩的设计过程中要充分考虑它的电磁窗口作用，让它在雷达的作用频段内有最大的透波率，在有高透波率的同时，而且要有低吸收率。多数人认为结构强度好可以不使用天线罩，但是恶劣的环境仍然会使得天线不能正常工作，为了保证天线的高精度，为天线配置天线罩仍是较为便捷的选择。对于大型精密跟踪雷达，大直径射电天文望远镜及大型相控阵天线，则更是需要配置天线罩。

飞行器上的天线罩在保护天线的同时还兼顾可以改善气动外形的作用。机载天线会大大增加飞行器自身的飞行阻力，同时对天线的结构强度要求过高，从而使机载天线过于笨重，所以飞行器上的天线大多数都是使用天线罩的，即使是共形阵列，也需要与飞行器外形相似的保护罩。

天线罩的种类繁复多样，按照不同的标准有着不同的分类。天线罩按结构形式分类，可以分为空间桁架式和薄壳式两大类。空间桁架天线罩采用自行支撑式结构设计。整个结构由坚固的刚性骨架及能透过电磁波的薄膜或其他多层蒙皮的自承结构构成。支撑骨架采用金属或介质材料。空间桁架式天线罩往往做成大型的地面或舰载天线罩。薄壳式天线罩采用均匀或者近似于各项同性的电介质材料制成一个平滑、被截割的球体或其他形状。

天线罩按照壁横截面分类可以分为均匀单层、变厚度单层、A-夹层、变厚度A-夹层、B-夹层、C-夹层、变厚度C-夹层和多层结构。均匀单层已在很多天线罩中使用，它的材料有玻璃纤维增强塑料、陶瓷、合成橡胶等。单层天线罩又分为薄壁和半波长壁。薄壁是指壁的厚度小于波长的20分之一。半波长壁指壁的最佳电气厚度对应于相应入射角时在介质材料中接近于半波长的倍数。A-夹层由两个比较致密、电气上很薄的蒙皮和一个较厚的低密度芯子组成。A-夹层多用于尺寸较小的飞行器上的鼻锥天线罩或流线型天线罩。B-夹层是其芯子有比蒙皮高的介电常数的三成夹层。C-夹层是一个五层结构。它由外面的两个表皮、一个中心蒙皮和两个中间芯子组成。