石英纖維作為雷達(dá)罩增強(qiáng)材料的應(yīng)用

雷達(dá)罩是雷達(dá)天線系統(tǒng)的重要部件之一, 它在雷達(dá)天線周圍形成一個(gè)封閉空間 ,以保護(hù)雷達(dá)天線系統(tǒng)免受大氣環(huán)境的直接作用 。

現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)已由早期探測(cè)、火控、氣象和導(dǎo)航功能, 進(jìn)一步發(fā)展出電子偵察、電子干擾、**制導(dǎo)等功能。雷達(dá)天線的工作頻率逐漸由單頻率發(fā)展為寬頻帶,直至多波段 (UHF、L、C、S、X、Ku等 )全頻帶。而這些先進(jìn)雷達(dá)天線系統(tǒng) ,不僅要求雷達(dá)罩有高透波率 ,而且要有低吸收率。材料的低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗是滿足新型雷達(dá)要求的必要條件。

目前, 國(guó)內(nèi)報(bào)道雷達(dá)罩的應(yīng)用多為低頻、窄頻和倍頻天線系統(tǒng),高頻率天線系統(tǒng)只是點(diǎn)頻。雷達(dá)罩要想獲得寬頻帶性能,一般有以下幾種途徑 :

(l)采用極低介電常數(shù)的介質(zhì)材料;

(2)采用薄壁結(jié)構(gòu);

(3)采用特殊的夾層結(jié)構(gòu) ;

(4)采用含特種金屬物的介質(zhì)材料。

雷達(dá)罩選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選材

選材的主要依據(jù)是介電性能指標(biāo) ,主要有介電常數(shù) (ε)和損耗角正切(tgδ)。tgδ越大, 電磁波能量在穿透天線罩過程中轉(zhuǎn)化為熱量而損耗的能量就越多 ;ε越大, 電磁波在空氣與天線罩壁分界面上的反射就越大,這將增加鏡像波瓣電平并降低傳輸效率。因此要求雷達(dá)罩罩體材料的 tgδ低至接近于零, ε盡可能低 ,以達(dá)到“*大傳輸”和“*小反射”的目的。

增強(qiáng)體纖維材料選擇。

目前,國(guó)內(nèi)機(jī)載雷達(dá)罩罩體材料體系中使用的增強(qiáng)材料,大都為E或S玻璃纖維。圖1、圖2是幾種常用增強(qiáng)纖維的介電性能比較?？梢钥闯?span style="font-size: 18px; font-family: Calibri;">:石英纖維具有ε值較低, tgδ極小的特點(diǎn) ,并且介電性能隨頻率變化較小,故石英纖維是*為理想的寬頻帶透波增強(qiáng)材料。另外, 石英纖維的線脹系數(shù)較小, 而且具有彈性模量隨溫度增高而增加的特性。因此,石英纖維織物做增強(qiáng)材料是一種非常好的選擇。

石英纖維是由高純二氧化硅或天然石英晶體經(jīng)過高溫熔融后拉制而成的單絲直徑在1-15μm的纖維，是一種白色、柔軟、具有光澤且可編織纖維絲。后續(xù)經(jīng)過退解、合股后制成石英纖維紗，可以用來制作成布、帶、套管、縫紉線、短切絲等產(chǎn)品。

石英纖維是具有耐高溫、低介電、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是一種高性能的無機(jī)纖維材料，它的介電性能是所有無機(jī)纖維材料中*好的，在高頻和高溫700℃以下的區(qū)域內(nèi)，保持著*低且有穩(wěn)定的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗值，是一種優(yōu)良的透波材料。

石英纖維織物增強(qiáng)二氧化硅基復(fù)合材料因含有一定的孔隙率，具有較低的介電常數(shù)和高的透過率。同時(shí)該復(fù)合材料的表面熔融溫度與石英玻璃的軟化點(diǎn)1700℃相近，具有低的燒蝕率和優(yōu)良的抗熱震性，能抵抗航天飛行器在飛行過程中，因溫度陡然變化對(duì)材料介電性能產(chǎn)生突變性的影響。是再入式和超高速飛行器的理想透波材料，也是寬頻透波買熱材料的一個(gè)主要研究方向。主要用于航天飛行器的電磁窗、導(dǎo)彈雷達(dá)天線罩等。