雷達天線罩對于飛行器雷達天線而言是非常重要的保護裝置,它能夠防止雷達天線遭受各種損傷,延長天線系統的使用壽命,改善操作人員的工作環境。因此,對天線罩的研究早已成為國防領域的熱門研究課題。
天線罩材料特質
天線罩采用透波材料制造,此類材料密度小,電導率低,容易加工。
透波材料一般介電性能優良,且力學性能優異,如此可防止電磁波在氣動加熱條件下失真,保障天線罩在空氣動力加速度引起的機械應力作用下不受損傷。
此外,該材料還具有良好的抗熱沖擊性能和抗侵蝕性能,可有效抵抗熱沖擊、雨蝕、粒子云侵蝕等。
常用的天線罩材料
天線罩一般采用有機聚合物及其纖維織物增強復合材料制造,但隨著技術發展,飛行器的飛行速度大幅度提升,傳統的有機聚合物會在高溫環境下裂解。因其無法適應惡劣環境,所以逐漸被氧化鋁、石英、氮化物、微晶玻璃等取代,這也是目前為止國內外制造天線罩的主要材料。
氧化鋁是最早商業化的單一氧化物陶瓷透波材料,其強度高、硬度高、抗雨蝕性能好,但介電性能差,熱膨脹系數和彈性模量較高,缺乏足夠的抗熱沖擊性能。
氮化物系列陶瓷具有良好的介電性能,在力學性能及耐高溫等方面優勢明顯。均質氮化硅透波材料體系具有優異的綜合性能,但由于多孔陶瓷材料的組織結構均勻性難以控制,導致大尺寸陶瓷天線罩的安全可靠性降低。因此,在大尺寸構件研制過程中,粉料組成、混合以及構件成型、燒結、加工和無損檢測等方面仍需解決一些技術問題。
石英陶瓷具有相對較低的密度和熱膨脹系數,其熱防護性能與抗熱沖擊性能較出眾,此外石英陶瓷的介電損耗與介電常數較低,目前已經成功應用于防空導彈天線罩材料和透波天線窗領域。但石英陶瓷是脆性材料,抗彎強度較低,抵抗災難性破壞的能力較差,耐高溫性差,且不耐雨蝕。
此外,為綜合氮化硅良好的抗熱震性能以及氧化鋁優異的燒結性,英國陶瓷學家以及日本學者在1971~1972年獨立發現氧化鋁可以固溶到β-Si3N4晶格當中形成固溶體這一現象。氮化硅中的Si、N原子可被氧化鋁中的Al、O原子部分置換形成置換型固溶體,由Si-Al-O-N元素組成新型陶瓷材料,即塞隆陶瓷(SiAlON)。
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