对复合材料雷达天线罩的种类和分析

为了研制出性能理想的天线罩，国内外学者进行了长期探索，并取得了很大进展。根据通信波段的波长，天线罩对其对应的罩壁厚度有严格的要求。目前天线罩按罩壁截面分类可分为单层和多层结构。在天线罩的发展中，复合材料技术主要有两大类:

单层罩

单层罩又分为三个薄壁式和半波长壁结构。前者是壁厚远小于工作介质的波长，通常为波长的1/10-1/20，适用于各种波长10cm以上的天线，其优点是透波性比较高，对电磁波进行极化发展方向以及敏感性影响较小等。后者的壁厚接近半波长的一半，一般可以用于窄频段高精度数据通信，但缺点是通信网络带宽小，可调性弱。这两种方法复合建筑材料层合结构呈蒙皮的形式与刚性金属企业或者介电材料配合在一个天线罩上使用。按照实际应用的场合通过不同，复合纳米材料的成分也不同。对于中国航天技术用途的天线罩，如导弹、载人航空航天飞船等，有相当高的耐高温能力要求，一般我们选用传统陶瓷基复合功能材料，如氮化硼基复合包装材料、二氧化硅基复合设计材料、硅铝氧氮基复合控制材料等。

对于航空用的天线罩，则一般选用树脂基纤维增强复合材料，选用的树脂体系主要有环氧树脂、氰酸酯和聚酰亚胺树脂，增强纤维则以玻璃类纤维为主，例如D-玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维等。应用最为广泛的是氰酸酯基石英玻璃纤维增强复合材料，其有耐热、耐腐蚀、低介电系数、高力学性能等优点。工业上普遍采用含玻璃纤维的树脂预浸料叠层配合热压罐成型的办法来制备，然而由于单层天线罩特殊的几何形状，在叠层的边缘结合部往往存在应力集中和分布不均的情况，有可能导致进一步裂纹的萌生和力学性能的下降。如何在保证满足电磁性能的要求的同时不影响其力学性能是次类高分子复合材料在天线罩上应用的技术关键。

多层罩

对于多层结构的天线罩，主要有三明治夹层和基于超材料的多层天线罩两种类型。三明治结构的天线罩，一般采用纸蜂窝或者泡沫聚合物充当内芯，复合材料充当蒙皮。通常相比于单层壁天线罩其拥有更好的介电性能，这可以通过对其结构和夹层厚度等结构参数进行设计和优化，获得与入射波更好的电磁匹配，从而实现更低损耗的目的。泡沫聚合物相比纸蜂窝有更佳的力学性能和机械加工性能，应用更为广泛。另外，泡沫聚合物与蒙皮之间的粘接强度更高，抗力学冲击能力更强，比较有代表性的是PMI泡沫。采用蜂窝结构作为内芯则能实现一些特殊的力学性能，如零泊松比、负泊松比等，这对于提高天线系统的减震性能有工程意义。

超材料是目前最火热的科学前沿课题之一，其主要采用周期性排列人工功能单元的技术实现自然界中不存在的一些奇特现象，如负折射率、100％电磁吸收、慢波效应等等。而基于超材料的频率选择表面（Frequency Selective Surfaces, FSS）也越来越多的应用于新型雷达天线罩的开发中。其主要利用二维周期性排列的缝隙人工单元和金属贴片，并将其与复合材料蒙皮相结合的方法，利用对入射电磁波的带通或带阻特性，实现天线在工作频段内正常工作，同时借助复合材料蒙皮的锥形外形设计，降低电磁信号在鼻锥方向上的反射，达到反射工作频段外电磁波的目的。FSS天线罩在降低损耗，减小雷达散射截面积（Radar Cross-Section）上相比其他类型的天线罩具有得天独厚的优势。然而随着反隐身技术的发展，在军事应用上现有的FSS天线罩的设计遇到了瓶颈，主要是因为其由蒙皮反射回的信号仍然有可能被探测到，如何在保证已方雷达系统正常工作的同时，实现电磁隐身，成为了新的研究热点之一。可行的办法主要有将工作频段外的雷达波引导到微博吸收层中，使敌方雷达探测不到有效电磁信号。