雷达天线罩表面FSS图形的设计方法及FSS雷达天线罩与流程

本发明涉及雷达天线罩设计，具体涉及一种雷达天线罩表面fss图形的设计方法以及fss雷达天线罩。

背景技术：

1、雷达天线罩(radome)一般定义是指用于保护天线免受自然环境的影响，使其电性能不致明显蜕化或受干扰最小的介质覆盖结构。雷达天线罩在地面、舰载、机载、弹载、星载等多种平台上发挥着重要保护作用，其中机载和弹载的尖锥形雷达天线罩的设计具有高的复杂度和典型性。

2、频率选择面(frequency selecting surface，简称fss)是一种具有特殊性质的周期性金属图案的介质板，它可以在反射一个频段电磁波的同时，使另一频段的电磁波几乎全部透射，从而达到频率选择的目的(如图1所示)。利用它的这一特点，可以实现雷达的隐身功能。用fss雷达天线罩代替传统的雷达天线罩，在不改变原来飞行器雷达天线罩外形设计、不影响原雷达系统的电气特性和不降低雷达天线罩机械强度的基础上可显著降低其前向的雷达散射截面(rcs)，获得显著的敌方探测雷达隐身效果(见图2)。

3、通常情况下，雷达天线罩的设计主要分为两部分，即天线罩的电性能设计和力学性能设计：在电性能设计要求下，天线罩犹如一个电磁透明窗口，应在规定的频率范围及扫描角度范围内使雷达天线的电磁能量良好地、尽量无畸变地传输；力学性能设计包含的不只是结构设计，还有雷达天线罩适用环境条件的能力、重量限制、寿命及可靠性等设计。

4、电性能设计包括雷达天线罩表面fss图形的设计，目前几乎所有的雷达天线罩表面fss的设计都是基于平面设计的，如fss图形的结构尺寸和周期性等参数，但最终需要在雷达天线罩表面实现fss图形的空间排布，并且满足电气设计所要求的周期性和方向性。

5、大多数情况下，fss雷达天线罩的外形是一曲面。目前的设计方法通常采用平面截线等分法来确定天线罩表面fss图形的空间位置，具体作法是通过一系列等间距且垂直或平面于口径平面的平面与天线罩曲面相交、将所得交线按特定间距等分、从而获得fss图形的空间位置，另外通过一系列复杂的投影关系来确定雷达天线罩表面fss图形的外形、尺寸和方向等。这种方法不能完全保证雷达天线罩表面fss图形的周期性和方向性，尤其是各类弹载及机载的尖锥形雷达罩表面。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种雷达天线罩表面fss图形的设计方法，能够得到雷达天线罩表面fss图形阵列的空间排布，并完全反映电气设计的周期性和方向性要求。

2、本发明的雷达天线罩表面fss图形的设计方法，所述雷达天线罩为锥形，包括：

3、s1，将雷达天线罩外表面进行展开，得到扇形平面；

4、s2，根据电气要求，在所述平面扇形上设计周期性排布的fss图形的中心点的位置，并设计fss图形的外形尺寸；

5、s3，将平面扇形上的fss图形的中心点位置投影到雷达天线罩的锥形表面，具体为：

6、构建平面坐标系oxy和立体坐标系o′x′y′，其中，平面坐标系oxy以所述平面扇形的顶点为原点，以扇形顶角的角平分线为x轴，y轴垂直于x轴；立体坐标系o′x′y′以雷达天线罩锥形顶点为原点，以锥形的中心轴线为z′轴，y轴垂直于z′轴，x′轴由右手准则确定；则有：

7、

8、

9、

10、其中，(x′,y′,z′)为fss图形的中心点在立体坐标系o′x′y′上的坐标；(x,y)为fss图形的中心点在平面坐标系oxy上的坐标；r0和θ0分别为所述平面扇形的半径和顶角；h和r分别为锥形雷达天线罩的锥高和底部圆半径；

11、s4，以fss图形中心点在雷达天线罩表面的法向方向作为fss图形的投影方向，将设计的fss图形按电气设计要求的方向进行排布，并将其形状和尺寸投影到雷达天线罩表面，完成雷达天线罩表面fss图形阵列的设计。

12、较优的，若扇形顶角θ0大于180度，则对x值为负值时，将叠加-π或+π后，计算x′和y′。

13、本发明还提供了一种fss雷达天线罩，采用上述的设计方法完成雷达天线罩表面fss图形阵列的设计，得到fss雷达天线罩。

14、有益效果：

15、本发明所得到的雷达天线罩表面fss图形阵列可完全反映电气设计所要求的周期性和方向性，方法简单、计算量小。

技术特征：

1.一种雷达天线罩表面fss图形的设计方法，所述雷达天线罩为锥形，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若扇形顶角θ0大于180度，则对x值为负值时，将叠加-π或+π后，计算x′和y′。

3.一种fss雷达天线罩，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的设计方法完成雷达天线罩表面fss图形阵列的设计，得到fss雷达天线罩。

技术总结
本发明公开了一种雷达天线罩表面FSS图形的设计方法以及FSS雷达天线罩。本发明通过将锥形雷达天线罩表面展开，并构建展开后的平面扇形与立体的雷达天线罩锥形表面的位置投影关系，将平面扇形上设计的FSS图形中心点位置投影到立体的雷达天线罩表面，完成FSS图形的周期性排布，同时FSS图形中心点在雷达天线罩表面的法向方向作为FSS图形的投影方向，将设计的FSS图形的形状和尺寸投影到步骤1雷达天线罩表面，并按电气设计要求的方向进行排布，完成雷达天线罩表面FSS图形阵列的设计，得到满足电气设计所要求的周期性和方向性的FSS雷达天线罩。

技术研发人员：吴敢,王瑞,杨建平,尚凯文,格桑顿珠,魏广,许旻
受保护的技术使用者：兰州空间技术物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15