河北佳發新材料科技有限公司
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為了企業研發設計出具有理想性能的雷達天線罩,國內外研究學者已經進行了一個長時間的探索,取得了非常巨大的進展。由于天線罩根據教學通訊波段的波長對其相應罩壁的厚度有著自己嚴格的要求,目前我們按照罩壁橫截面分類,天線罩可以發展分為單層和多層網絡結構。對于提高復合材料科學技術在天線罩的開發上,主要有兩大類:

單層罩
單層掩模分為薄壁和半波長壁結構。 前者比介質的波長小得多,通常為波長的1/10-1/20,適用于波長10cm以上的天線,具有導磁率高、對電磁波極化方向靈敏度低的優點。 后者的壁厚接近半波長的一半,通常用于窄帶高精度通信,但具有通信帶寬小和可調性弱的缺點。 兩個復合層壓結構以外殼的形式使用,在天線罩上具有剛性金屬或介電材料。 復合材料的組成根據應用而變化。 航天用天線罩,如導彈、載人飛船等,對耐高溫性能要求很高,一般選用陶瓷基復合材料。 例如氮化硼基復合材料、二氧化硅基復合材料、氮氧化硅鋁基復合材料等。 天線天線罩一般選用樹脂基纖維增強復合材料,樹脂體系主要選用環氧樹脂、氰酸酯樹脂和聚酰亞胺樹脂,增強纖維主要選用玻璃纖維。 例如D-玻璃纖維、石英纖維、高硅纖維等。 氰酸酯石英玻璃纖維增強復合材料具有耐熱性、耐腐蝕性、介電常數低、力學性能高等優點,得到了廣泛的應用。 工業上廣泛采用含玻璃纖維樹脂預浸料的層壓和高壓釜成型方法,但由于單層天線罩的特殊幾何形狀,層壓件的邊緣連接處往往存在應力集中和不均勻分布,這可能導致進一步的裂紋萌生和力學性能下降。 如何滿足電磁性能要求,不影響復合材料的力學性能,是二次聚合物復合材料在天線罩中應用的關鍵技術。
多層罩
對于多層天線罩,有兩種類型: 夾層天線罩和基于超材料的多層天線罩。夾層天線罩結構通常使用紙蜂窩或泡沫聚合物作為內核,復合材料作為外殼。與單壁天線罩相比,該天線罩具有更好的介電性能,可通過對其結構參數如夾層厚度等的設計和優化,獲得與入射波更好的電磁匹配,從而達到降低損耗的目的。與紙蜂窩相比,發泡聚合物具有更好的力學性能和力學性能,得到了廣泛的應用。此外,泡沫聚合物與皮膚之間的粘結強度較高,抗機械沖擊能力較強,更具代表性的是 PMI 泡沫。采用蜂窩結構作為內核,可以實現零泊松比和負泊松比等特殊的力學性能,對提高天線系統的阻尼性能具有重要的工程意義。
超材料是目前最熱門的科學前沿課題之一。它主要采用周期性排列人工功能單元的技術來實現一些自然界不存在的奇特現象,如負折射率、100%電磁吸收、慢波效應等。基于超材料的頻率選擇表面(FSS)越來越多地應用于新型天線罩的研制。它主要采用二維周期縫隙人工單元和金屬貼片,并與復合材料蒙皮相結合,利用入射電磁波的帶通或帶阻特性,實現天線在工作頻段的正常工作。同時,借助復合材料蒙皮的圓錐形設計,減少電磁信號在鼻錐方向的反射,達到反射工作頻段外電磁波的目的(圖3)。與其他類型的天線罩相比,FSS天線罩在降低損耗和減小雷達散射截面方面具有獨特的優勢。然而,隨著反隱身技術的發展,現有FSS天線罩在軍事應用中的設計遇到了瓶頸,主要是皮膚反射的信號仍然可以被探測到。如何在保證雷達系統正常工作的同時實現電磁隱身成為新的研究熱點之一。可行的辦法是將工作頻段外的雷達波引導到韋博吸收層,使敵方雷達無法探測到有效的電磁信號。