机载雷达天线罩的设计与制作

2019-10-20 版权声明 举报文章

机载雷达天线罩的设计与制作

摘 要: 选择某一机载雷达天线罩,根据其外形尺寸进行厚度设计,使用HFSS仿真软件对所得的天线罩进行电磁仿真。天线罩使用玻璃纤维增强环氧树脂作为主要材料,为控制天线罩的厚度等尺寸精度,采用RTM成型工艺进行天线罩的制作,设计与制作合格的天线罩。

关键词: 机载天线罩;RTM;仿真

中图分类号:TP391.72 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0210071-01

0 前言

飞行器天线罩主要用来保护天线罩内的雷达系统以及一部分收发设备,使其免受环境暴露之害。同时,天线罩还保证了飞行器具备优良的空气动力学特性。但由于天线罩的存在,降低了天线电性能,导致天线主瓣衰减,副瓣升高,并产生瞄准误差,严重影响了飞行器雷达作用距离和制导精度。采用数值分析方法对带罩天线远场辐射特性进行仿真,是分析天线罩对天线电性能影响的一种重要手段。

由于机载雷达天线罩特殊的外形要求,导致电波在传输的过程中,在天线罩不同位置对应不同的入射角,故在给定的天线罩外形方程下,需要对天线罩的壁厚进行计算,得到天线罩内壁的曲线方程,这就意味着不同的位置将对应不同的厚度。运用射线轨迹法对不同入射角下厚度进行计算,并对最终的天线罩性能进行仿真。

天线罩理论设计的完成仅仅完成了天线罩研制的一半,如何制作高精度的天线罩至关重要。此天线罩选择树脂基复合材料作为主体,树脂选用多官能团环氧树脂,纯树脂体系下其玻璃化转变温度可达230℃以上。天线罩的制作采用RTM工艺一次完成,使得实际精度达到设计值。

1 天线罩性能设计

1.1 天线罩壁厚设计

图1为天线罩的外形结构图,根据此外形尺寸,对天线罩进行区域划分,以确定其不同区域对应的入射角,入射角主要集中在0~60°范围内,应用射线轨迹法确定不同入射角下最佳的天线罩壁厚,厚度的确定以最小反射率为原则,进而得到天线罩内壁曲线。

1.2 天线罩整体性能仿真

天线罩的仿真计算在天线罩的设计过程中扮演着重要的角色,通过对天线加罩后远场的方向图直接进行模拟,对比原来天线的远场方向图,可以直接获得天线罩的损耗、相位偏差以及副瓣抬高等电性指标。本文采用的HFSS仿真软件是一类基于有限元法的通用软件,辐射源采用喇叭天线,主频率为3GHz。图2为天线罩仿真模型。

1.3 仿真结果

图3给出了喇叭天线加罩前与加罩后的远场方向图,从图中可以看出,天线的波瓣发生了一定的变化,但均能满足设计要求,损耗及相位差在指标范围内。通过对天线罩进行仿真后,基本可以确定天线罩的设计厚度及形状,对于指标不能满足要求的情况,可以对外形及天线罩壁厚等进行进一步的修改,然后重新仿真直到满足指标为止。

2 天线罩制作工艺

天线罩在制作过程中主要控制的指标为孔隙率及树脂含量。为了降低孔隙率,需要对树脂的混合过程及渗透纤维过程进行控制。RTM工艺是一种闭模成型工艺,配合真空辅助法,可以做到从树脂混合到纤维的渗透过程均处于真空状态,极大地减少空气的存在,降低孔隙率。并且可以有效地控制树脂含量,使得纤维含量最高可达75%。

RTM工艺制作天线罩主要包括模具设计、树脂体系的选择、预成型及混合设备的使用。

对于树脂体系来说,首先需要具有合适的粘度以确保流动性,其次树脂体系需要具有较高的Tg以提高天线罩的耐温性,第三,需要树脂体系具有较小的热膨胀系数。

模具设计合理与否直接影响到天线罩的最终性能,树脂渗透完全可以使得天线罩获得优良的性能,并且可以减少后续的加工,模具设计需要对树脂的流动方向进行一定的控制,保证树脂在模腔内均匀渗透。

3 结论

1)运用仿真软件可以有效地对天线罩电性能进行设计,不同原理的仿真软件参考使用可以提高设计的准确性。

2)运用RTM工艺可以有效地提高天线罩的纤维含量,改善天线罩的力学性能。孔隙率及树脂含量的控制作为主要的工艺参数。

3)选择设计合理的模具及稳定的树脂混合设备可以提高天线罩的制作效率。

参考文献:

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[3]庄丽华、宦娟、刘镇,基于HFSS线天线辐射特性的仿真研究,电子技术,2009(3).

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[5]李海晨、王彪、周振功,RTM多孔注射工艺树脂流动过程数值模拟,工程力学,2002(2).

[6]施飞、董湘怀,非等温RTM工艺的数值模拟,复合材料学报,2009(4).

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