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1、分类号：TN957.51 U D C：D10621-408-（2013）0564-0密 级：公 开 编 号：2009022069成 都 信 息 工 程 学 院学 位 论 文X 波段极化可调天线罩设计论文作者姓名： 杨健申请学位专业： 电子信息科学与技术申请学位类别： 工学学士指 导 教 师 姓 名 （职 称 ）： 杜国宏（副教授）论文提交日期： 2013 年 06 月 01 日独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都信息工程学院或其它
2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名： 日期： 2013 年 06 月 01 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解成都信息工程学院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权成都信息工程学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名： 日期： 2013 年 06 月 01 日IX 波段极化可调天线罩设计摘 要雷达天线罩是盖在雷达
3、天线上保护天线不受损害的防护罩，故雷达罩首先是结构材料，需要保护天线免受风、冰、雪、沙等自然环境的侵袭；其次雷达罩也是功能材料，对天线辐射的电磁波应该保持“透明”，不影响天线的性能。近年来，随着频率选择表面技术不再因为军事用途而被视为秘密研究，关于 FSS 在天线罩上的应用成为了一个热点。本文基于频率选择表面理论（FSS），设计出了可以调节入射电磁波极化方向的单元结构，再通过 CST 软件进行仿真优化，设计出了在 X 波段的极化可调天线罩。关键词：频率选择表面（FSS） ，CST ，天线罩IIX-band Polarization Adjustable Radome DesignABSTRAC
4、TRadome is a shield to protect the antenna from damage. First, the radome is structural materials, it needs to protect the antenna from wind, ice, snow, sand and other natural environment invasion. Second, the radome is functional materials, it should be keep “transparent” to the electromagnetic wav
5、es radiated from the antenna, and does not affect the performance of the antenna. In recent years, with the frequency selective surface technology is no longer because of the military use is deemed secret research. About the applications of FSS on radome has been a hot spot. This paper is based on t
6、he theory of frequency selective surface (FSS),and design a cell structure can adjust the polarization direction of the incident electromagnetic wave, and then through the CST software to simulate and optimize, at last, design the radome can adjustable polarization of direction of the incident elect
7、romagnetic at X-band.Key words:Frequency selective surface (FSS), CST, radomeIII目 录第一章 引言 .11.1 研究背景 .11.2 天线罩的研究现状 .21.3 本课题研究的意义 .41.4 本文的主要任务及结构 .4第二章 频率选择表面理论 .62.1 频率选择表面介绍 .62.2 频率选择表面分类 .72.3 频率选择表面应用 .9第三章 频率选择表面的结构仿真 .113.1 频率选择表面图形分类 .113.2 仿真软件介绍 .123.3 频率选择表面的仿真 .13第四章 天线罩的设计 .164.1 天线罩的
8、结构 .164.2 天线罩的材料 .174.3 天线罩的建模仿真 .194.4 实物测量 .23第五章 结论 .285.1 全文总结 .285.2 前景展望 .29参考文献 .30IV致 谢 .311第一章 引言1.1 研究背景天线罩是雷达系统的重要组成部分，被称为雷达系统的“电磁窗口” 。天线罩对改善雷达特别是雷达天线伺服系统的使用环境，工作频段的稳定性、可靠性，延长雷达系统使用寿命等有积极的作用。它是集电气性能、结构强度、刚度、气动外形和特殊功能要求于一体的功能结构件，其主要作用是改善飞行器的气动外形、保护天线系统免受外部环境的影响、延长整个系统的各部分寿命、保护天线表面和位置的精度。所以
9、需要它在电气上具有良好的电磁辐射透过性能，在结构上能经受外部恶劣环境的作用。天线通常置于露天工作，直接受到自然界中暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等的侵袭，致使天线精度降低、寿命缩短和工作可靠性差。所以提高雷达的性能相比，提高天线罩性能能取得事半功倍的效果。例如导弹天线罩既是制导武器弹头结构的重要组成部分，又是保护天线系统不受高速飞行造成的恶劣气动环境影响，正常进行信号传输工作的屏障。它的性能直接影响了天线的工作能力和工作效率。图 1-1 给出了一种常见的弹载雷达天线罩 1。图 1-1 弹载雷达天线罩2另外，人们除了要求天线罩具有以上的这些基本的功能，还需要天线罩更加的智能化，多功能化。自从频率
10、选择表面（FSS）技术不再因为军事用途而被视为秘密研究，该技术迅速在电磁学、微波、天线、雷达以及卫星通信等领域。在天线罩的设计中引入频率选择表面理论，可以实现天线罩的多功能化，智能化，这让天线罩的研究在最近成为了一个热点。本论文正是基于频率选择表面的理论，设计一种工作在 X 波段的计划可调的天线罩。1.2 天线罩的研究现状近几十年来，对天线罩的研究主要分为两个方面，一是在天线罩的分析技术和方法的研究，二是对天线罩性能和功能方面的研究。天线罩的分析技术的发展经历了以下几个阶段：第一阶段，是在 20 世纪的四五十年代，由于天线罩内的电磁传播问题的计算十分的复杂，当时只能采用基于几何光学的一些较近似
11、的方法，对天线罩的电气性能指标进行粗略的估算，当时通过研究，建立了电磁波经过多层介质平板多次反折射的数学模型，可以对单层介质平板的天线罩进行简单的分析。第二阶段，也就是在随后的 10 年内，研究人员建立了求取电磁波穿过多层介质平板的等效传输线网络级联的模型，有了这个研究成果之后，大大简化了电磁波在多层介质平板上的传输和反射的分析和计算。第三阶段，从六十年代中期开始，电磁场计算辅助数值计算技术给天线罩计算和分析提供了一条崭新的路径，射线追踪技术从二维发展到三维，从此，对天线罩的电气性能的而理论计算分析成为了可能。70 年代之后提出了发射模式的等效子口径法、等效口径法、口径积分法、平面波谱方法，接
12、受模式下感应积分方程法等方法。由于各种方法的固有特点，使其在不同的方面具有不同的特点，各有自己的优缺点。第四阶段，1981 年-1999 年，天线罩的分析技术开始走向实用化，射线追踪技术，口径积分方法，平面波谱方法，接收模式下感应积分方程法已经能够满足常规天线罩的设计要求，复射线理论也被应用在天线罩的分析之中。对于正切卵形天线罩，几何绕射理论曾经被用来估计圆锥顶部的绕射场，但效果不是特别的明显。第五阶段，1990 年至今，伴随着计算电磁学的蓬勃发展，电磁计算快速分析、3混合分析等技术开始被广泛应用于解决天线罩的问题。在已有射线追踪（RT ） ，口径积分-表面积分（AI-SI） ，平面波谱-表面积分（PWS-SI）的基础上，为了更好的对天线罩进行分析，得到更加精确的结果，还需要借助距量法，有限元法等全波分析方法 2。2001 年，多层快速多极子的方法也被用于天线罩的分析。但是，当天线罩的尺寸远远的大于天线工作频率的波长的时候，采用有限元法和距
