天线罩电厚度精密测量的关键技术

摘 要

摘 要

电厚度作为天线罩在工程上应用的重要电气性能指标之一，已成为天线罩电气性能检验和补偿的重要依据。由于目前国内尚无现成高精度自动检测天线罩电厚度的装备，极大限制了天线罩制造水平的提高，已成为制约我国高速精确制导导弹技术发展的一个“瓶颈”。因此，攻克天线罩电厚度精密测量的关键技术，研制出相应的测量装备，对提高导弹天线罩制造技术水平，满足国防事业的需要具有十分重要的现实意义。

关键词：介质 电厚度 同轴线 网络分析仪 误差模型

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ABSTRACT

ABSTRACT

Electrical thickness has already become a principal guideline in the electrical characteristics inspection and compensation of radome. The absence of high precision and automatic electrical thickness measuring machine, limits the development of radome manufacturing level greatly, and becomes a \missile technology. So,solving the technological know-how and developing an electrical thickness precision measuring machine for radome, is of great signif cance to the development of national defense of China.

Key words：medium;electrical thickness;coaxial line;Net analyser error model;

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目 录

目 录

摘 要........................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................... II 目 录 ........................................................................................................................................ III 第一章 引言............................................................................................................................. 1 1.1 课题：均匀介质板（天线罩，微带介质板等）电厚度测试新方法探究 .................... 1 1.2 天线罩材料及测量的国内外发展现状 ............................................................................ 2 1.3 课题的研究价值及意义 .................................................................................................... 3 1.4 课题的难点、重点、核心问题及方向 ............................................................................ 4 第二章 天线罩电厚度测量方法及测量系统总体方案研究 ................................................... 5 2.1 电厚度及其测量原理 ........................................................................................................ 5 2.2 天线罩电厚度测量设备 .................................................................................................. 10 2.3 本章小结 .......................................................................................................................... 13 第三章 终端开路传输线理论与应用 ..................................................................................... 14 3.1 终端开路法的引入 .......................................................................................................... 14 3.2 基本物理模型 .................................................................................................................. 15 3.3 开口同轴探头特性的理论计算 ...................................................................................... 16 3.4 开口同轴探头设计 .......................................................................................................... 22 3.5 本章小结 .......................................................................................................................... 25 第四章 测量仪器——定向耦合器与矢量网络分析仪 ......................................................... 26 4.1 定向耦合器概述 .............................................................................................................. 26 4.2 矢量网络分析仪 .............................................................................................................. 27 4.3 本章小结 .......................................................................................................................... 32 第五章 同轴探头的计算机仿真与理论结果分析 ................................................................. 33 5.1 同轴探头的仿真 .............................................................................................................. 33 5.2 MATLAB工具软件 ......................................................................................................... 35 5.3 同轴探头HFSS实际建模与仿真 .................................................................................. 37 5.4 本章小结 .......................................................................................................................... 43 第六章 实际测量 ..................................................................................................................... 44 6.1 测量系统 .......................................................................................................................... 44 6.2 测量硬件实物 .................................................................................................................. 44 6.3 测量数据 .......................................................................................................................... 46 6.4 本章小结 .......................................................................................................................... 48 第七章 结束语......................................................................................................................... 49 参考文献 .................................................................................................................................. 50 致谢 .......................................................................................................................................... 53

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第一章 引言

第一章 引言

1.1 课题：均匀介质板（天线罩，微带介质板等）电厚度测试新方法探究

1.1.1 选题的科学依据

天线罩是安装在导引头天线外部的保护罩, 它是航天飞行器“眼睛”的重要组成部分，具有透波、导流、防热、承载等多种功能, 主要保护航天飞行器在高速飞行和恶劣环境条件下的制导、通讯、遥测、引爆等系统能正常工作。天线罩在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等航天飞行器无线电系统中具有重要地位 并得到了广泛应用。各种天线罩因用途不同，对其性能要求也就不同。其中用于主动寻的制导系统的天线罩性能要求最高。该型天线罩一般采用单层薄壁结构，外形为流线型。制导系统要求天线罩保证导引头天线发射和接收透过罩壁的电磁波信号不失真或畸变很小，从而保证无线电寻的系统瞄准误差和瞄准误差率在允差范围内，这对天线罩介质板的制造技术提出了很高的要求。在天线罩电性能参数中, 重要的参数之一是罩壁介质板的电厚度。透过天线罩的电磁波由于罩壁引起的电厚度变化会导致天线增益损失、波束宽度变化、波束偏移及副瓣电平抬高。采用现有成型工艺制造的天线罩，由于材料不均匀性和成型工艺水平的限制，虽然半精加工后能够满足其几何形状和外形尺寸要求，但电厚度误差仍不能满足其公差要求，且极大地超过允差范围，从而影响了天线罩的电性能。因此，在制造过程中，就必须对天线罩壁的电厚度进行测量，根据测量结果对超差部位进行电厚度补偿，以满足天线罩的电厚度公差指标。 1.1.2导弹天线罩的功能及特点

位于主动式自寻的精确制导导弹前端的天线罩，是由硬脆材料制成的复杂曲面薄壁结构功能件，具有导流、透波、耐热、隔热、承载、抗冲击、耐候、气密等多种作用。为了保证导弹的各项性能指标，其天线罩一般应具有如下特点:

(1)为减少导弹头部的气动阻力，天线罩需具有合适的气动外形;

(2)由于导弹头部所承受的气动力和气动热是全弹上最集中的位置，其头部的天线罩必须具有足够的静、热强度和抗热冲击、抗雨蚀的能力;

(3)为了不使导引头天线产生“视觉障碍”，作为其“防护镜”的天线罩对于天线的辐射场应是“透明”的，这要求天线罩要有优良的电磁波传输特性，满足主动式自寻的制导系统的电气性能要求。

由此可知，导弹天线罩有很高的电气性能和机械强度要求，为典型的高技术产品。它既要满足导弹整体的性能要求，又要满足导弹制导精度的需要，这种多

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