石英纤维作为雷达罩增强材料的应用

雷达罩是雷达天线系统的重要部件之一, 它在雷达天线周围形成一个封闭空间 ,以保护雷达天线系统免受大气环境的直接作用 。

现代雷达技术已由早期探测、火控、气象和导航功能, 进一步发展出电子侦察、电子干扰、**制导等功能。雷达天线的工作频率逐渐由单频率发展为宽频带,直至多波段 (UHF、L、C、S、X、Ku等 )全频带。而这些先进雷达天线系统 ,不仅要求雷达罩有高透波率 ,而且要有低吸收率。材料的低介电常数和低介质损耗是满足新型雷达要求的必要条件。

目前, 国内报道雷达罩的应用多为低频、窄频和倍频天线系统,高频率天线系统只是点频。雷达罩要想获得宽频带性能,一般有以下几种途径 :

(l)采用极低介电常数的介质材料;

(2)采用薄壁结构;

(3)采用特殊的夹层结构 ;

(4)采用含特种金属物的介质材料。

雷达罩选材及结构设计

选材

选材的主要依据是介电性能指标 ,主要有介电常数 (ε)和损耗角正切(tgδ)。tgδ越大, 电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多 ;ε越大, 电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大,这将增加镜像波瓣电平并降低传输效率。因此要求雷达罩罩体材料的 tgδ低至接近于零, ε尽可能低 ,以达到“*大传输”和“*小反射”的目的。

增强体纤维材料选择。

目前,国内机载雷达罩罩体材料体系中使用的增强材料,大都为E或S玻璃纤维。图1、图2是几种常用增强纤维的介电性能比较。可以看出:石英纤维具有ε值较低, tgδ极小的特点 ,并且介电性能随频率变化较小,故石英纤维是*为理想的宽频带透波增强材料。另外, 石英纤维的线胀系数较小, 而且具有弹性模量随温度增高而增加的特性。因此,石英纤维织物做增强材料是一种非常好的选择。

石英纤维是由高纯二氧化硅或天然石英晶体经过高温熔融后拉制而成的单丝直径在1-15μm的纤维，是一种白色、柔软、具有光泽且可编织纤维丝。后续经过退解、合股后制成石英纤维纱，可以用来制作成布、带、套管、缝纫线、短切丝等产品。

石英纤维是具有耐高温、低介电、耐腐蚀、化学稳定性好等特点，是一种高性能的无机纤维材料，它的介电性能是所有无机纤维材料中*好的，在高频和高温700℃以下的区域内，保持着*低且有稳定的介电常数和介质损耗值，是一种优良的透波材料。

石英纤维织物增强二氧化硅基复合材料因含有一定的孔隙率，具有较低的介电常数和高的透过率。同时该复合材料的表面熔融温度与石英玻璃的软化点1700℃相近，具有低的烧蚀率和优良的抗热震性，能抵抗航天飞行器在飞行过程中，因温度陡然变化对材料介电性能产生突变性的影响。是再入式和超高速飞行器的理想透波材料，也是宽频透波买热材料的一个主要研究方向。主要用于航天飞行器的电磁窗、导弹雷达天线罩等。