天線罩radome是保護(hù)天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)物。它在電氣性能上具有良好的電磁波穿透特性,機(jī)械性能上能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的作用。室外天線通常置于露天工作,直接受到自然界中暴風(fēng)雨、冰雪、沙塵以及太陽(yáng)輻射等的侵襲,致使天線精度降低、壽命縮短和工作可靠性差。
20世紀(jì),人類(lèi)進(jìn)入無(wú)線電時(shí)代,雷達(dá)無(wú)線電測(cè)量定位(Radar)、導(dǎo)彈、射電天文、衛(wèi)星通信等技術(shù)先后出現(xiàn)并迅速發(fā)展,與之相關(guān)的天線罩技術(shù)也幾乎同步發(fā)展起來(lái)。1940年,英國(guó)在世界上首次研制了對(duì)水面搜索雷達(dá)和AI型空空截?fù)衾走_(dá),這兩部雷達(dá)率先裝備用有機(jī)玻璃制造的機(jī)載雷達(dá)天線罩;1941年,美國(guó)在B-18A轟炸機(jī)上安裝半球形用膠合板材料制成的雷達(dá)天線罩,罩內(nèi)配備了S波段機(jī)載雷達(dá);1944年,麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室研制出一種A夾層的天線罩,替代了易吸潮的膠合板材料。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí),大批機(jī)載雷達(dá)天線罩被裝備到軍用飛機(jī)上,在 B-29轟炸機(jī)吊艙罩內(nèi)安裝了AN/APQ-7、 AN/APQ-13系列 X波段的轟炸瞄準(zhǔn)雷達(dá),在P-61戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)天線罩內(nèi)配備了AN/APS-2、AN/APS-3、AN/APS-4, AN/APS-6系列250px波段的搜索瞄準(zhǔn)雷達(dá),這些雷達(dá)天線罩為搜索轟炸海上艦船和地面軍事目標(biāo)發(fā)揮了重要的作用。
20世紀(jì)50年代,由于航空、港口管理的需要,研究人員開(kāi)始研制地面雷達(dá)天線罩, 1948年,由美國(guó)康耐爾公司研制的直徑為16.8m的充氣天線罩安裝在紐約州港口,天線罩靠?jī)?nèi)部充氣壓力維持形狀。地面雷達(dá)的工作頻率提高到微波頻段后,天線結(jié)構(gòu)精度的防護(hù)更加需要天線罩,特別是遠(yuǎn)程警戒雷達(dá),精密跟蹤雷達(dá)的結(jié)構(gòu)尺寸大,陽(yáng)光照射使得大型天線溫度不均勻也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的指向誤差。1954年,麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室用玻璃鋼復(fù)合材料制造了直徑9.45m的介質(zhì)骨架天線罩。1956年,美國(guó)在北美大陸的北極圈內(nèi)建造了一座遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)站,雷達(dá)安裝在直徑16.8m的介質(zhì)骨架天線罩內(nèi),經(jīng)受了200英里/h(1英里=1.60934km)的風(fēng)速,隨后又建造了幾百座雷達(dá)天線罩用于遠(yuǎn)程預(yù)警。1960年,古德義耳公司制造了直徑42.7m(高35.38m)的介質(zhì)骨架天線罩,用于彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)。
1950年,雷神公司為“銀雀”導(dǎo)彈研制了無(wú)線電導(dǎo)引頭及其天線罩,天線罩為層壓蒙皮和泡沫芯組成的A夾層結(jié)構(gòu),是歷史上第一部空空導(dǎo)彈天線罩,如圖1所示。
20世紀(jì)60—70年代,是天線罩快速發(fā)展的時(shí)期,1962年法國(guó)在不來(lái)梅建造了直徑64m、截高49m的大型衛(wèi)星通信充氣天線罩。1964年,美國(guó)麻省理工學(xué)院亥斯達(dá)克天文臺(tái)建成了一座大型射電天文望遠(yuǎn)鏡,主反射面天線為36.6m,用直徑45.75m的球形金屬骨架天線罩保護(hù),工作頻率為8~35GHz,天線罩在35GHz頻率的傳輸效率大于78%。出于反地雜波和抗干擾的要求,地面預(yù)警雷達(dá)、機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、機(jī)載脈沖多普勒(PD)火控雷達(dá)和PD氣象雷達(dá)都對(duì)天線罩提出了低副瓣要求。1963年,美國(guó)波音公司聯(lián)合西屋公司開(kāi)始研制大型機(jī)載預(yù)警機(jī)E-3A的雷達(dá)天線罩,雷達(dá)天線罩為扁平橢球旋罩,直徑達(dá)9.1m,安裝在波音707飛機(jī)機(jī)背上方3.35m處。該雷達(dá)天線罩的特點(diǎn)是極力控制天線罩對(duì)機(jī)載預(yù)警和控制系統(tǒng)(AWACS)超低副瓣天線的副瓣影響,于1978年交付并服役。與此同時(shí),美國(guó)通用公司開(kāi)展了第三代超聲速戰(zhàn)斗機(jī)的低副瓣火控雷達(dá)的天線罩研究,1976年F-16戰(zhàn)斗機(jī)開(kāi)始裝備低副瓣火控雷達(dá)天線罩。另外,還研制了多種空間骨架結(jié)構(gòu)的地面低副瓣雷達(dá)天線罩用于地面防空警戒。值得注意的是,1970年美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)發(fā)表了基于頻率選擇表面(FSS)技術(shù)的金屬化天線罩的論文,隱身天線罩技術(shù)開(kāi)始萌芽。
20世紀(jì)80—90年代,天線罩研究的領(lǐng)域更加寬闊、更加深入,首先是在反導(dǎo)反衛(wèi)方面,1983年,美國(guó)在馬紹爾群島的夸賈林環(huán)島建立了靶場(chǎng)測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng),用于彈道導(dǎo)彈防御試驗(yàn),建造了直徑為20.5m的金屬骨架薄膜天線罩,在35GHz天線罩傳輸損耗小于0.8dB,在95GHz天線罩傳輸系數(shù)仍能保持87%。2005年,美國(guó)雷神公司在?;苿?dòng)的X波段SBX系統(tǒng)安裝了直徑36m的大型充氣天線罩,它是當(dāng)時(shí)尺寸最大的充氣天線罩,能夠承受130英里/h的風(fēng)速,SBX系統(tǒng)用于對(duì)遠(yuǎn)程洲際彈道導(dǎo)彈上升末段彈頭識(shí)別彈道的監(jiān)視,可以移動(dòng)布置在公海上,天線罩為導(dǎo)彈防御雷達(dá)提供了可靠性保護(hù)。在隱身天線罩方面,美國(guó)投巨資研究集隱身、高機(jī)動(dòng)、超聲速巡航和先進(jìn)航空電子系統(tǒng)為一體的第四代超聲速戰(zhàn)斗機(jī),進(jìn)氣道、座艙和雷達(dá)艙是飛機(jī)的三大散射源,其中雷達(dá)艙的散射截面高達(dá)數(shù)千平方米,地空雷達(dá)、空空雷達(dá)能輕而易舉地捕捉到飛機(jī)的蹤跡,威脅巨大,所以隱身是四代機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)F-22戰(zhàn)斗機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)隱身很大程度上得益于隱身天線罩,隱身天線罩有效地降低了雷達(dá)天線的散射截面。在導(dǎo)彈天線罩研究方面,導(dǎo)彈的速度越來(lái)越快,耐高溫材料的研制進(jìn)展迅速,多模(覆蓋微波、光波和紅外波譜的透明材料)導(dǎo)彈天線罩的研究十分活躍。在電子戰(zhàn)方面,寬帶天線罩已廣泛用于電子無(wú)源定位情報(bào)偵聽(tīng)系統(tǒng)中。
我國(guó)的天線罩技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代,60—70年代研制了當(dāng)時(shí)世界上尺寸最大(直徑44m)的地面介質(zhì)骨架天線罩;70—90年代,國(guó)內(nèi)有關(guān)研究所設(shè)計(jì)制造了多種型號(hào)的地面天線罩、機(jī)載天線罩和導(dǎo)彈天線罩;在90年代后期,我國(guó)天線罩的自主創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng),一批天線罩技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平,先后獨(dú)立成功研制了機(jī)載大型預(yù)警雷達(dá)天線罩、大型地面低副瓣天線罩、機(jī)載超寬帶天線罩、直徑56m的大型金屬骨架天線罩,在隱身天線罩技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展。
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