天线的防雨、防雪、防雷、防太阳辐射等自然灾害非常重要。天线防护措施主要有天线罩、防雨、防雪、防雷和防太阳辐射。
1 天线罩
天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物。天线罩在电气上具有良好的电磁辐射透过性能，在结构上能经受外部恶劣环境的作用。几种天线罩如图1所示。
美国卫星通信船天线罩
防电磁天线罩 弹性纤维天线罩
图1 几种天线罩
1.1 天线罩的优点
(1)保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定可靠，同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命；
(2)消除风负荷和风力矩，减小转动天线的驱动功率，减轻机械结构重量，减小惯量，提高固有频率；
(3)有关设备和人员可在罩内工作，不受外界环境影响，提高设备的使用效率和改善操作人员的工作条件；
(4)天线罩可以解决高温、空气动力负荷和其它负荷给天线带来的问题。
1.2 天线罩的缺点
天线罩是天线前面的障碍物，对天线辐射波会产生吸收和反射，改变天线的自由空间能量分布，并在一定程度上影响天线的电气性能。
(1)天线罩壁的反射和不均匀部分的绕射会引起天线主波瓣电轴偏移，从而产生瞄准误差；
(2)天线罩对高频能量的吸收和反射会引起传输损耗，从而影响天线增益；
(3)天线罩引起天线波瓣畸变，使天线主瓣宽度改变、零点深度提高和旁瓣电平增加。小型纤维天线罩结构如图2所示。
图2 小型纤维天线罩结构
1.3 天线罩主要形式
天线罩主要形式有航空天线罩、充气天线罩、纤维天线罩、壳体结构天线罩和空间骨架天线罩。
纤维天线罩一般采用富有弹性、防雨、防尘、防静电的纤维制成袋状外套。各种纤维天线罩如图3所示。
图3 各种纤维天线罩
壳体结构天线罩是把罩壁做成弯曲的壳体，结构荷载靠壳体支撑。美沙漠部队的迷彩壳体结构天线罩如图4所示。
图4 美沙漠部队的迷彩壳体结构天线罩 图5 大型空间骨架天线罩
空间骨架天线罩由金属(或介质)球形网格骨架和蒙在其上的介质薄板(或薄膜)构成。如图5 大型空间骨架天线罩所示。
1.4 天线罩纤维
天线罩是天线的重要组成部分，直接关系到天线的接收质量。天线罩材料必须满足介电性能、力学性能、防雨、防雪、防雷三防寿命、工艺性能、重量等要求。天线罩目前最好材料是功能性复合材料——芳纶纤维。
芳纶纤维(Aromatic Polyamide Fiber)又称芳香族聚酰胺纤维，是指分子链上至少含有80%的直接与两个芳香环相连接的酰胺基团的聚酰胺经溶液芳丝所得到的合成纤维。芳纶纤维由美国杜邦(Dupont)公司于1965年发明，早期名称为Aramid纤维。由芳纶纤维制成的芳纶纸蜂窝芯材有Nomex和Korex。这种纤维具有很高的拉伸强度，比重轻，比碳纤维轻20%，比玻璃纤维轻40%，并且具有很低的热膨胀系数。此外还有断裂伸长率高，韧性和耐磨性能，优异的冲击强度，耐紫外线老化性能，加工纺织成各种缝线、绳索、布、三维立体纺织物等。由它制成的层压板比玻璃纤维层压板轻25%~30%。芳纶纤维天线罩如图6所示。
图6 芳纶纤维天线罩
芳纶纤维及其复合材料的航空航天等结构材料领域中已得到广泛的应用。近10几年来随着通信工业、卫星通信技术的快速发展，对天线设备的小型化、轻型化、高可靠性提出更高的要求。由于芳纶纤维复合材料具有优异的力学性能、电绝缘性能、透波性能、低的线膨胀系数(纤维轴向略呈负值)等，在天线领域中有着广阔的应用前景。芳纶纤维天线罩如图7所示。
图7 芳纶纤维天线罩所示
2 天线防雨
雨衰是卫星通信、卫星电视的一大天敌，特别是在Ku、Ka频段等中、高频段卫星信号传输中显得更加棘手，防不胜防。
2.1 防雨剂
King’s Rain Shield防雨剂成为解决雨衰的有效方案。Rain Shield是防雨剂的商品名“雨盾”，即防雨的盾牌——天王雨盾；King’s Rain Shield天王雨盾由位于美国俄亥俄州Hilliard的KINGS Control公司2004年发明制造。King’s Rain Shield天王雨盾如图8所示。
图8 King’s Rain Shield天王雨盾
2.2 King’s Rain Shield天王雨盾
雨衰影响卫星通信和卫星电视的正常通信，困扰卫星通信和用户。大型通信地面站常规解决方案是安装外罩，甚至向顶棚上喷涂一些硅脂油，可以使积水、积雪从喷涂面上滑落下来，也很有用，缺点是容易沾灰积尘，同样影响卫星通信。小型卫星地面站和普通用户将无计可施。
King’s Rain Shield天王雨盾以压缩液化形式存在，喷雾方式使用。天王雨盾的产品为美国专利。有关Rain Shield的理论、技术、制备工艺都保密，受美国法律保护，并属美国禁止出口项目。天王雨盾不仅防雨、防雨衰，还能防雪、防雪衰，效果非凡。
2.3 天王雨盾参数和使用方法
天王雨盾基本参数如下。
(1)天王雨盾每罐：750g；
(2)防雨有效期：1年；
(3)使用量：每次5盎斯，约142g， 一般能提供 4~7次；
(4)安全、清洁的；
(5)当气温在摄氏温度10°～40°之间时使用；
(6)用水清洁LNB和天线上的污垢；
(7)彻底干燥表面；
(8)将天王雨盾上下摇动10s，充分搅拌均匀；
(9)将天王雨盾均匀喷涂在天线和LNB上；
(10)雨雪较大的地区喷厚一些；雨雪较少的地区喷薄一点；
(11)适用于发射天线的发射面、上变频器；接收天线的接收面、反射面、下变频器，尤其适用于车用天线、船用天线等野外环境下的各类卫星天线。
2.4 天王雨盾测试
天王雨盾功能测试。测试参数如下。
目标：天线、高频头、支架使用King’s Rain Shield的防雨效果。
情景：(1)模拟大暴雨；(2)大雪实况。
器材：天线60cm Ku天线。
部位：天线中心线为界，左半边为A区使用天王雨盾，右半边B区不用。
仰角：40°。
防雨剂：King’s Rain Shield天王雨盾。
用自来水管喷射成水幕，模拟大暴雨，雨水在天线上飞溅。如图9所示，雨水在天线上飞溅。大暴雨下，A区的雨水迅速凝聚、突起，形成水银样圆球水珠，B区沾挂大量雨水。如图10所示，A区的雨水形成水银样圆球水珠，B区沾挂大量雨水。
大暴雨下，A区的上部水银样圆水珠迅速坠落，并带走下部水珠，B区雨水沾挂严重。如图11所示，A区的上部水银样圆水珠迅速坠落，B区雨水沾挂严重。
大雨停止，A区没有一点水珠；高频头防水罩也没有水珠；B区水珠沾挂；如图12 大雨停止，A区没有一点水珠。高频头防水罩也没有水珠，B区水珠沾挂所示。
天线局部防雨效果比较：A区和B区的防雨效果十分明显，泾渭分明；A区没有一点雨水粘连，B区沾挂严重。防雨效果局部放大图如图13所示。
天线支架上，喷有天王雨盾支架部分上水银样圆球水珠十分突出；没有喷天王雨盾支架的对照区，雨水粘连严重。如图14 喷有天王雨盾的支架上的水银状圆球水珠和对照区所示。
未喷天王雨盾的支架，可见大面积雨水粘连。如图15 未喷天王雨盾的支架上的水珠所示。
图9 大暴雨，雨水在天线上飞溅
图10 A区的雨水迅速突起水银状圆球水珠，B区沾挂大量雨水
图11 A区的上部水银样圆水珠迅速坠落，B区雨水沾挂严重
图12 大雨停止，A区没有一点水珠，高频头防水罩也没有水珠，B区水珠沾挂
图13 防雨效果局部放大图
图14 喷有天王雨盾的支架上的水银状圆球水珠与对照区
图15 未喷天王雨盾的支架上的水珠沾挂严重
3 天线防雪
当雪在卫星天线聚集的时候，雪的湿度和覆盖影响信号。当雪量大时阻隔了信号，图像将受影响甚至消失。降雪将会影响网状天线，减少反射表面的准确性。特别严重的降雪将会导致完全中断信号。
防雪、防冰的方式主要有防雪、防冰外罩；加热除雪和防雨剂防雪3种。
3.1 防雨剂防雪
利用防雨剂防雪，是简单有效的化学方式的防雪方法。大雪实况测试防雨剂防雪效果报告如下。
在天气预报降雪等级为大雪的气象条件下，天线接受天王雨盾的大雪防雪的测试，如图16 天线在大雪情况下。如图17 天线A区没有积雪，B区积雪所示。
大雪2h后，地面雪厚度10cm以上，天线A区与B区交界处受B区牵连有积雪；B区天线下、中部积雪严重，上部开始有积雪，最上部有积雪崩塌。天线顶端积雪10cm，高频头防雨罩上部有雪、正面无雪。如图18 天线A区没有积雪，B区积雪严重所示。
大雪停止1h后，天线A区与B区交界处受B区牵连仍有积雪；B区天线下、中部积雪严重，如图19天线A区没有积雪，B区中、下部积雪严重所示。
天线局部防雪效果比较：天线A区除与B区交界处受B区牵连有积雪外，其它区域没有残雪；B区中部开始融化，下部仍积雪严重。如图20 天线A区稍有残雪，B区中、下部积雪所示。
大雪2h后，天线A区已完全没有残雪；B区积雪开始融化。如图21 天线A区没有积雪，B区积雪所示。
图16 天线在大雪情况下 图17 A区没有积雪，B区积雪
图18 A区极少积雪，B区积雪严重 图19雪停，B区中下部积雪严重
图20 A区稍有残雪，B区中、下部积雪 图21 A区没有积雪，B区积雪
3.2 防雪冰外罩
在天线上安装防雪、防冰外罩，可即可、有效地除去降雪、防止结冰。防雪冰外罩如图22所示。
图22 防雪冰外罩
3.3 除冰雪系统
卫星天线除冰雪系统实际是一套加热系统的物理方法防雪的方法。除冰雪系统对位于寒冷气候地区的天线是必需的。除冰雪系统使天线反射面保持干净，不受冰雪影响，不间断信号传输。
除冰雪系统可为所有天线提供可靠的保证。系统将自动机械控制、反射面、副反射面、加热器一起包括一个控制开关互相连接配线。
除冰雪系统防止结冰按天线厚薄和上部、下部分别设计，下部以每平方尺140W；上部以每平方尺40W。因在露天工作，安全电压可为24、100、120、200、230、240、380V等。
除冰雪系统主要部件加热器使用电热高温除雪。加热器结构简单，在天线背面安装一套电热装置。除冰雪天线和加热器如图23所示。
图23 除冰雪天线和加热器及控制开关
除冰雪系统由控制开关控制。雪量一旦达到预定数值，控制开关自动开启除冰雪系统，根据雪量自动加温，并设有自动保护开关。除冰雪系统如图24所示。
图24 除冰雪系统
4 天线防雷
4.1 避雷保护区
避雷针的保护区是避雷针下面45°~60°伞形区。避雷保护区和避雷针如图25所示。
图25避雷保护区和避雷针示意图
4.2 支杆避雷针
避雷针由接闪器避雷针、支杆、接地线和接地体四部分组成。
4.3 金属杆避雷针
用金属杆做支杆的避雷针，可利用金属支杆本身导引雷电流而下需另设接地引线。
4.4 电子避雷
电子避雷器可对天线电子避雷，也可对前端机房和卫星电视系统进行安全避雷。电子避雷器简单、安全性高。