双波段夹层天线罩平板的应用研究

张乐 李玉莹
[1]中国科学院研究生院,北京100049 [2]北京遥感设备研究所,北京100854

文章摘要:以5层天线罩材料平板为例,利用数值分析技术研究了其宽带透波性能。给出了确定多层天线罩材料宽带透波性能的优化方法。以此为依据,分析了3层平板材料（A夹层）和5层平板材料（C夹层）在微波波段（C波段）和毫米波波段（Ka波段）的透波性能。为多层天线罩材料双波段透波性能设计提供了一种技术手段。
文章主题:天线罩 功率传输系数 多层结构

文章内容：2007年10月第35卷第5期现代防御技术0.20071.35.5时探测跟踪技术双波段夹层天线罩平板的应用研究张乐,李玉莹(.中国科学院研究生院,北京100049;2.北京遥感设备研究所,北京100854)摘要:以5层天线罩材料平板为例,利用数值分析技术研究了其宽带透波性能.给出了确定多层天线罩材料宽带透波性能的优化方法.以此为依据,分析了3层平板材料(夹层)和5层平板材料(夹层)在微波波段(波段)和毫米波波段(波段)的透波性能.为多层天线罩材料双波段透波性能设计提供了一种技术手段.关键词:天线罩;功率传输系数;多层结构中图分类号:820.81;391.9文献标志码:文章编号:1009-086(2007)一05.0124-06,-(1.,100049,;2.,100854,):—,—,—,—(—)—(—)(4～6)(2～44).—.:;;0引言天线罩用以保持导弹气动外形,保护导引头等弹上电子设备,保证导引头正常工作,是导弹武器系统的重要组成部分.复合制导导弹及反辐射导弹的出现对天线罩的宽带性能提出了很高的要求,如何保证天线罩在超多波段和宽频带范围内实现良好的电气性能已成为天线罩设计师关注的焦点之一.因此研究天线罩平板在超宽频带和多波段范围内的透波性能有利于导弹武器的研制发展.夹层天线罩结构以其良好的机械性能得到广泛的应用.这种天线罩的罩壁包括夹层,夹层,夹层及其他多层结构.夹层包括3层:芯层和两蒙皮层,芯层为低密度泡沫材料或蜂窝结构材料,两蒙皮层由高密度致密材料组成.夹层同样具有3层结构,但与夹层相反,夹层由低密度的收稿日期:2007—02—01;修回日期:2007-03-10作者简介:张乐(1978一),女,吉林省吉林人.工程师,硕士生,主要从事信息与通信系统,天线保护罩设计,研究工作.通信地址:100854北京142信箱205分箱电话:010—68386159-:164201@.张乐,李玉莹:双波段夹层天线罩平板的应用研究?125?蒙皮层及高密度的芯层组成.夹层由5层结构:3层致密层和2层低密度芯层组成,及夹层由2组合夹层组成.利用夹层结构主要是因为这种结构的天线罩易于实现宽频带性能.虽然关于夹层结构及其他多层结构的宽频带特性已有大量的文献报道,但对于夹层及其他多层结构在微波,毫米波段的复合透波性能未见相关研究报道.本文以5夹层天线罩平板为多层结构典型,利用数值仿真技术分析了其透波性能.给出了5夹层天线罩平板材料宽频带特性的设计方法.对夹层和夹层结构平板材料在微波,毫米波波段的功率传输系数进行了分析.1方法原理对于多层结构天线罩平板的性能,可通过等效传输线模型得出',层平板的特性可通过传输矩阵进行分析.这样可以利用传输矩阵得到层天线罩平板的透波特性和反射特性.以5层天线罩平板即夹层为例,其结构包括3层致密蒙皮层(相对于波长来说,其蒙皮层厚度很薄),2层芯层材料为低密度泡沫材料.该种夹层结构平板中每层蒙皮所产生的反射场见图1.相位差,,图1夹层结构的反射场示意图.1-图1中,,:,分别代表第1,第3和第5层蒙皮层反射场的幅度.咖,咖:为第2层和第4层的相位差(以第1层为相位原点),则总的反射场为=】+2一+3一川,(1)=[1+2261+32(咖1+咖2)]+[2咖1+,2(咖1+咖)].(2)至此找到了相对传统公式来说更简化的反射系数计算公式,对此公式的验证和进一步举例计算将在方法验证中描述.就一般的天线罩选材原则而言,每层材料的介电损耗很小,这样可以忽略其对材料透波性能的影响.对于夹层即5层平板结构,固定蒙皮厚度,且选择等厚度蒙皮的情况,有下面的关系式成立:1==3:,(3)咖=咖=咖,(4)=(3+426+246).(5)为了得到反射场(也可以为人射场)的极值,可将式(5)对进行微分,得:-16236.咖:0.(6)【由式(6)可得咖=了,,(2+1)÷,,=0,1,2,….(7)这样,可以通过选择芯层的厚度以满足式(6)来得到平板的宽频带性能,同时可以选择各层之间的匹配关系以满足天线罩平板在微波及毫米波双波段范围内的透波要求.因此上述关系式是设计双波段天线罩的设计依据.并且,给出的式(1)～式(5)与文献[1]中的传统的夹层结构水平,垂直传输特性公式相比简化了许多,因此便于进一步分析以及求极值,即通过求反射系数最小得到式(6),(7),于是得到反射系数最小条件下的值,(值可以对应出芯层电厚度即/,最终得出满足宽频带透波性能的夹层材料厚度选择范围.2方法理论验证上一节所述的式(1)～式(7)是本文分析多层平板天线罩宽频带特性的理论方法,本文没有详细列出包含频率,入射角,介电常数,损耗,夹层厚度的传统公式,详见文献[1].为了验证本文中理论方法的正确性,利用该理论方法对一种夹层结构的?126?现代防御技术2007年第35卷第5期3层平板进行了分析,并与文献[1]中用传统公式结算的结果进行了对比.传输特性曲线见图2所示.图2验证曲线.2本文应用的简化式(2)可以计算出反射系数,同样也可以计算出图2所示的传输特性,且所得到的传输特性曲线与文献[1]用传统公式计算所得结果完全吻合,这验证了本文中理论方法的正确性,因此基于式(2)进一步提出求极值的设计方法进行宽频带分析的设计依据是成立的,即在此基础上推导出的式(6),(7)是成立的.因此由反射系数最小的条件求出值,并对应出芯层电厚度/的这一设计思路是可以进一步应用的.3应用本文提出方法的数值计算实例3.1不同蒙皮厚度下芯层电厚度对传输特性的影响首先,利用式(2)计算了5层平板的不同蒙皮厚度下反射特性随芯层电厚度的变化规律,图3给出了计算结果.5层平板即夹层结构中包括3层致密蒙皮和2层低密度芯层,当,,相等时,代表3层蒙皮层的厚度相等;当==0.75,=1.5时,此时3层蒙皮比例是1:2:1.从图3中可以看出,曲线的变化规律以/=0.25对称分布.,,数值的变化在很大程度上决定平板反射系数的大小.分析图3可见3种曲线即点划线,实线,虚线中,虚图35层平板反射系