雷達天線罩的基本結構

重要提示：雷達天線罩的開發與構建非常複雜。本文提到的數據只是近似值。此處的資訊只是有關本主題的初步概覽，不能取代必要的評估與測試。

雷達感測器包括前端 (RFE) (具備天線結構的微波零件)，以及用於訊號處理的元件。前端是雷達的實質核心，因為這是天線發射與接收電磁訊號之處。為了解譯蒐集的資訊，前端會將其轉送出去，以便進行訊號處理 (圖 1)。

圖 1：雷達系統的基本元件 (圖中所示為 iSYS-4004)。(圖片來源： InnoSenT)

為了保護雷達天線及電子元件，感測器通常封閉於外殼之中。這樣可以保護 RFE 免受外部影響，否則會造成損壞或影響效能。由於雷達能夠穿透材質，因此通常因為美觀因素而受到青睞。這是產品設計人員非常重視的一個要素。

當談及天線結構的此類保護外殼時，雷達技術人員就是指「雷達天線罩 (radome)」。這個詞是「雷達 (radar)」和「圓頂 (dome)」的結合。與 iSYS-6003 上的一樣，這種圓頂型護蓋主要用於飛行器或船艦的大型雷達系統，採固定式安裝。

然而，工業或商業設備用的感測器及系統，還需要針對機械或化學影響採取防護措施，以免損害天線功能。這些外罩會根據天線及雷達波的特性進行調整。

在設計雷達天線罩時，使用正確的材質也很重要。當電磁波觸及物件或人體時，其傳播會受到材質的特性影響。為了找出適用於雷達天線罩的材質，考量雷達波與其接觸的後續效應相當重要。

表 1 概略地評估了多種材質的吸收與反射能力，以及微波對它們的穿透力。

雷達波必須能穿透雷達天線罩。金屬會阻隔感測器。由於金屬具備高反射性，因此不適合放置於天線前。木鑲板 (通常具備一定的殘留濕度) 也不適合，因為電磁波對其穿透力有限。

聚苯乙烯一類的泡棉非常適合用作覆蓋材質。泡棉甚至可以不經加工而直接鋪蓋於天線上。但是，由於泡棉穩定性低，並且對化學物質相當敏感，所以通常也無法滿足材質選擇需求。

因此，塑膠是製造護蓋或外罩時最常見的選項。然而，在設計雷達天線罩時，設計人員必須考量塑膠的特性。材質愈厚、距離天線愈近，則能夠穿透的電磁波就愈少。

若使用黑色塑膠，由於往往內含碳，因此可能造成量測損失。此外，未清除的積水也可能會對前端的資訊取得造成影響。塑膠雷達天線罩的加工處理 (例如塗漆)，也會對雷達天線的資料蒐集造成負面影響。

雷達天線罩的尺寸與位置

在構建雷達天線罩時，除了選定的材質外，準確的安裝以及雷達天線罩的形狀也非常重要。為了不限制雷達功能，必須考量以下要素：

• 雷達天線罩底面與天線間的距離
• 雷達天線罩材質的厚度
• 雷達天線罩的形狀 (盡可能均勻平滑)

這些要素決定了雷達天線罩完成後會反射還是吸收大部分的雷達波。

正確的距離

雷達天線罩各點與天線間的距離保持一致至關重要。即便是諸如護蓋底面凹痕這樣的微小誤差，也會改變電磁波的傳播。出於這個原因，斜角雷達天線罩由於可能損及適當的反射，因此也會帶來負面影響。圓端、凸耳、強化物或材質中的溝槽也具有同樣的情形 (圖 2)。

圖 2：右圖顯示的是「錯誤放置」：雷達天線罩表面不平坦，並且未裝設為平行於天線。左圖顯示的是「正確放置」：距離保持一致，且雷達天線罩的位置與尺寸均正確。(圖片來源：InnoSenT)

正確一致的距離可依下列方式判斷：

• 當到達雷達天線罩的距離正好是波長的一半或其倍數時，波的傳播只會受到些微的干擾。
• 這表示天線表面 (波中心) 必須平行於天線罩放置，並且距離為 λ/2 或其倍數。
• 當中心頻率為 24.125 GHz 時 (波長的一半約為 6.2 mm)，最佳距離大約是 6.2 mm。

正確的材質厚度

與判斷適當距離的原則相同：為了將波傳播的干擾降到最低，雷達天線罩應置於波長的一半處。同樣地，決定雷達天線罩的材質厚度時，也必須以波長的一半為原則。

然而，波在穿透雷達天線罩材質時，由此產生的改變也必須納入考量。這類改變對應於所用材質的傳導性，也就是介電函數 ε；其以係數 √(ε_r) 將波長縮短。

例如，塑膠的介電常數介於 3 至 4 之間，然而在實際操作時變動的幅度卻很大。為了獲得大略的估計值，可使用平均值 1.5 進行計算。然後，可使用公式 λ/2√(ε_r) 計算材質的厚度。以這些起始值算出的厚度為 4 mm。

圖 3：為雷達天線罩計算適當材質厚度的範例。(圖片來源：  InnoSenT)

為了構建雷達天線罩，必須對所用材質的成分及電磁波的傳播具備深入的知識。此處提供的資訊僅供指南用途，旨在強調構建天線罩時必不可少的考量要素。