Grunderna i att bygga en radom

Viktig anmärkning: Att utveckla och bygga en radome är mycket komplext. Angiven data är endast ungefärliga värden. Denna information ger endast en första insikt i detta ämne och ersätter inte nödvändiga utvärderingar och tester.

Radarsensorer består av en front-end (RFE) (mikrovågsdel med antennstruktur) och komponenter för signalprocessning. Den faktiska kärnan av radarn är RFE:n, eftersom det är här som antennen överför och mottar elektromagnetiska signaler. För att tolka den insamlade datan skickar RFE:n denna vidare till signalprocessningen (figur 1).

Figur 1: Grundkomponenterna i ett radarsystem (iSYS-4004 visas här). (Bildkälla: InnoSenT)

För att skydda radarantennen och elektronikkomponenter är sensorn vanligen innesluten i en inkapsling. Detta skyddar RFE:n från extern påverkan som kan orsaka skador eller påverka prestandan. Tack vare sin förmåga att tränga igenom material, är en s.k. radom ofta att föredra även av estetiska skäl. Detta är en särskild aspekt som produktutvecklare uppskattar mycket.

Det radarteknikerna kallar för en "radom" är ett skyddande hölje för antennstrukturen. Ordet är en kombination av orden radar och dom. Den domformade kåpan, som den på iSYS-6003, används primärt med stora, fast installerade radarsystem, såsom radar på flygplan eller fartyg.

Dock behöver sensorer och system för industriella eller kommersiella tillämpningar också skydd mot mekanisk eller kemisk påverkan för att inte försämra antennfunktionen. Dessa komponenter är anpassade till antennen och radarvågornas egenskaper.

När en radom utformas är det även avgörande att använda rätt material. Om elektromagnetiska vågor träffar föremål eller personer, påverkar materialets egenskaper vågutbredningen. För att ta reda på vilka material som är lämpade för en radom, är det viktigt att ta hänsyn till de påföljande effekterna när de träffas av radarvågor.

Tabell 1 är en översikt som bedömer olika material beträffande absorptionen och reflektionen likväl som förmågan att genomträngas av mikrovågor.

Radarvågor måste kunna penetrera radomen. Metaller blockerar sensorn. Till följd av sina högreflekterande egenskaper, är de inte lämpade att placera framför en antenn. Träpanelering (ofta med en viss grad av kvarvarande fuktighet) är inte heller lämplig, till följd av sin begränsade förmåga att genomträngas av elektromagnetiska vågor.

Skum som polystyren är mycket lämpligt att användas som höljesmaterial. Det kan t.o.m. anbringas direkt på antennen i mycket primitiva utföranden. Till följd av sin dåliga stabilitet och känslighet för kemikalier, är skum dock oftast inte att rekommendera när det gäller materialval.

Plaster är därför det vanligaste alternativet för att skapa ett skyddshölje eller inkapsling. När en radom planeras måste konstruktören dock ta hänsyn till egenskaperna hos plasten. Ju tjockare och närmare materialet är till antennen, desto mindre tränger de elektromagnetiska vågorna igenom det.

Vid användning av svarta plaster, kan förluster uppstå i mätningen eftersom dessa ofta innehåller kol. Ansamlat vatten som inte rinner av kan också försämra datainhämtningen i RFE. Efterbehandling av plastradomen, exempelvis genom påmålning, påverkar också negativt datainsamlingen av radarantennen.

Dimensionering och positionering av radomen

När det gäller att konstruera en radom, är inte bara det valda materialet utan även den exakta fixeringen och formen av radomen mycket viktiga. För att inte begränsa funktionaliteten, måste följande aspekter tas hänsyn till:

• Avståndet mellan undersidan av radom och antennen
• Tjockleken på radommaterialet
• Formen på radomen (så homogen som möjligt)

Dessa faktorer avgör huruvida den konstruerade radomen reflekterar eller absorberar det mesta av radarvågorna.

Rätt avstånd

Likformigheten för de enskilda avstånden i radomen till antennen är av yttersta betydelse. Även svaga avvikelser, t.ex. ett litet hack på undersidan av skyddshöljet, kan förändra utbredningen av elektromagnetiska vågor. Av denna orsak har sluttande radomer också en negativ effekt då de kan orsaka felaktiga reflektioner. Detsamma gäller runda ändar, öglor, armeringar eller skåror i materialet (figur 2).

Figur 2: Vänster bild visar felaktig positionering: Radomen har en ojämn yta och är inte placerad parallellt med antennen. Höger bild visar rätt positionering:Likformiga avstånd samt rätt positionering och dimensionering av en radom. (Bildkälla: InnoSenT)

För att fastställa korrekta, enhetliga avstånd, gäller följande:

• Utbredningen av vågorna störs endast något lite om de träffar radomen efter exakt en halv våglängd (eller en multipel därav).
• Detta betyder att antennytan (vågcentrum) måste vara placerad parallellt med kåpan, på ett avstånd av λ/2 (eller en multipel därav).
• Med en centerfrekvens på 24 125 GHz (med en halv våglängd på ca 6,2 millimeter (mm), är det optimala avståndet ca. 6,2 mm.

Rätt materialtjocklek

Här gäller samma princip som för att avgöra lämpligt avstånd: för att minimera avbrotten i vågornas utbredning, ska de träffa radomen efter halva våglängden. På liknande vis, måste materialtjockleken på radomen även väljas korrekt för halv våglängd.

Dock måste det sätt på vilket vågen förändras av materialet i radomen (genom genomträngning av materialet) också tas med i beräkningen. Denna anpassning motsvarar konduktiviteten hos materialet som används (dielektriska funktionen ε). Det kortar ner våglängden med en faktor √(ε_r).

För exempelvis plaster, är denna dielektriska konstant mellan tre och fyra, vilket dock varierar kraftigt i praktiken. För att erhålla en ungefärlig siffra, kan en beräkning utföras med medelvärdet 1,5. Tjockleken av materialet kan sedan beräknas med hjälp av formeln: λ/2√(ε_r). Detta resulterar i 4 mm med dessa startvärden.

Figur 3: Exempel för att beräkna lämplig materialtjocklek för materialet i en radom. (Bildkälla:  InnoSenT)

För att bygga radomen är omfattande kunskaper om sammansättningen av materialet som används och utbredningen av elektromagnetiska vågor viktigt. Informationen som ges här är endast avsedd som vägledning och för att betona vilka aspekter som absolut måste tas med i beräkningen när ett antennhölje konstrueras.