前半部分是一些比较实用的材料特性选择和天线罩间距、壁厚的理论设计值。后半部分是介电常数和损耗正切值的物理含义以及一些工程上是如何处理干扰的。
雷达雷达天线罩是一种电磁透明的保护罩,用于包围毫米波雷达传感器和天线。它提供结构性防风雨外壳,保护毫米波天线和电子设备免受雨、阳光、风等外部环境影响。雷达天线罩对天线发送或接收的电磁信号的衰减极小,因此对无线电波而言是“透明”的。
根据特定终端设备的需求,雷达天线罩可以构造成多种形状,例如平面、球形和测地线,这些形状会对雷达传感器的辐射方向图或视场和最大可实现距离产生一定的影响。对雷达天线罩材料的选择(例如玻璃纤维、PTFE 涂层织物和聚碳酸酯)通常取决于在目标应用环境下的用途。
表1:雷达天线罩常用材料
壁厚设计值为介质波长除以2的整数倍。雷达天线罩在预期的毫米波频率范围内变得“几乎透明”。
不同频率入射波的雷达天线罩最佳厚度与介电常数之间的关系
不同电介质的雷达天线罩最佳厚度与频率之间的关系
上面两个表是根据公式算出来的不同频率入射波的雷达天线罩最佳厚度与介电常数之间的关系以及不同电介质的雷达天线罩最佳厚度与频率之间的关系。可以根据雷达的工作频率选择合适的天线罩材料。例如常规76G车规级雷达,当所选材料的介电常数分别为2.0、2.9和5.75时,此时天线罩厚度理论值分别为1.4mm、1.16mm和0.82mm(基于n=1,n的选择很大程度上依赖雷达的工作环境,对结构强度和鲁棒性要求)。提供理论值后,再用仿真软件进行参数优化。
直流平行板电容
交流平行板电容
因此介电常数是描述某种材料放入电容器中增加电容器存储电荷能力的物理量。
从电磁学角度来说,电位移(电通量密度)Df 的定义为:
Df = ε E,ε = ε* = ε0 εr
εr 是相对介电常数,ε0 是真空中的介电常数,E是电场强度。 介电常数的实部 (εr') 是衡量材料中存储了多少来自外部电场的能量的量度。介电常数的虚部 (εr '') 称为损耗因数,用于衡量材料对外部电场的耗散或损耗程度(材料与微波的耦合能力,损耗正切值越大,材料与微波的耦合能力就越强)。介电常数的虚部 (εr”) 总是大于零,通常远小于 (εr’)。
损耗因子包括介电损耗和电导率的影响。当复介电常数的图形如下所示,实部和虚部的相位相差90°,材料的损耗值为相应周期内,损失的能量和存储的能量之比。损耗正切角或者tan δ定义为介电常数的虚部与实部之比。D为损耗因子,Q是品质因数。
损耗因子含义
波在介质中的传输
总的来说,天线罩材料由于存在反射和介质衰减,所以会吸收部分天线的辐射能量。其次,由于电磁波从自由空间入射到天线罩,可能会使得电磁波传播方向的改变,导致FOV的改变。除此之外,天线罩表面的反射波回流至PCB板,形成表面波传播,造成干扰。
为减小天线罩带来的反射波重新进入雷达系统,可以通过使用吸波材料,吸收某些方向的反射波。
雷达侧视图