复合材料雷达天线罩的种类和分析

为了企业研发设计出具有理想性能的雷达天线罩，国内外研究学者已经进行了一个长时间的探索，取得了非常巨大的进展。由于天线罩根据教学通讯波段的波长对其相应罩壁的厚度有着自己严格的要求，目前我们按照罩壁横截面分类，天线罩可以发展分为单层和多层网络结构。对于提高复合材料科学技术在天线罩的开发上，主要有两大类：

单层罩

单层掩模分为薄壁和半波长壁结构。 前者比介质的波长小得多，通常为波长的1/10-1/20，适用于波长10cm以上的天线，具有导磁率高、对电磁波极化方向灵敏度低的优点。 后者的壁厚接近半波长的一半，通常用于窄带高精度通信，但具有通信带宽小和可调性弱的缺点。 两个复合层压结构以外壳的形式使用，在天线罩上具有刚性金属或介电材料。 复合材料的组成根据应用而变化。 航天用天线罩，如导弹、载人飞船等，对耐高温性能要求很高，一般选用陶瓷基复合材料。 例如氮化硼基复合材料、二氧化硅基复合材料、氮氧化硅铝基复合材料等。 天线天线罩一般选用树脂基纤维增强复合材料，树脂体系主要选用环氧树脂、氰酸酯树脂和聚酰亚胺树脂，增强纤维主要选用玻璃纤维。 例如D-玻璃纤维、石英纤维、高硅纤维等。 氰酸酯石英玻璃纤维增强复合材料具有耐热性、耐腐蚀性、介电常数低、力学性能高等优点，得到了广泛的应用。 工业上广泛采用含玻璃纤维树脂预浸料的层压和高压釜成型方法，但由于单层天线罩的特殊几何形状，层压件的边缘连接处往往存在应力集中和不均匀分布，这可能导致进一步的裂纹萌生和力学性能下降。 如何满足电磁性能要求，不影响复合材料的力学性能，是二次聚合物复合材料在天线罩中应用的关键技术。

多层罩

对于多层天线罩，有两种类型: 夹层天线罩和基于超材料的多层天线罩。夹层天线罩结构通常使用纸蜂窝或泡沫聚合物作为内核，复合材料作为外壳。与单壁天线罩相比，该天线罩具有更好的介电性能，可通过对其结构参数如夹层厚度等的设计和优化，获得与入射波更好的电磁匹配，从而达到降低损耗的目的。与纸蜂窝相比，发泡聚合物具有更好的力学性能和力学性能，得到了广泛的应用。此外，泡沫聚合物与皮肤之间的粘结强度较高，抗机械冲击能力较强，更具代表性的是 PMI 泡沫。采用蜂窝结构作为内核，可以实现零泊松比和负泊松比等特殊的力学性能，对提高天线系统的阻尼性能具有重要的工程意义。

超材料是目前最热门的科学前沿课题之一。它主要采用周期性排列人工功能单元的技术来实现一些自然界不存在的奇特现象，如负折射率、100%电磁吸收、慢波效应等。基于超材料的频率选择表面(FSS)越来越多地应用于新型天线罩的研制。它主要采用二维周期缝隙人工单元和金属贴片，并与复合材料蒙皮相结合，利用入射电磁波的带通或带阻特性，实现天线在工作频段的正常工作。同时，借助复合材料蒙皮的圆锥形设计，减少电磁信号在鼻锥方向的反射，达到反射工作频段外电磁波的目的(图3)。与其他类型的天线罩相比，FSS天线罩在降低损耗和减小雷达散射截面方面具有独特的优势。然而，随着反隐身技术的发展，现有FSS天线罩在军事应用中的设计遇到了瓶颈，主要是皮肤反射的信号仍然可以被探测到。如何在保证雷达系统正常工作的同时实现电磁隐身成为新的研究热点之一。可行的办法是将工作频段外的雷达波引导到韦博吸收层，使敌方雷达无法探测到有效的电磁信号。