羅彥俠+溫海東

摘 要：近年來透波材料是快速發(fā)展起來的一種集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。此材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和透波窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在各個電子、通訊等領域發(fā)揮著非常重要作用。本文從實際應用入手簡單闡述了天線罩透波復合材料的組成及其設計過程中遵循的原則。

關鍵詞：透波復合材料；基體；增強體

透波材料是指具有極小介電損耗的結構材料，是近年來快速發(fā)展起來的一類集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。電磁波在傳播過程中遇到某一材料（介質(zhì)）時，如果透過的強度大于一定限度（>95%），則該材料可被視作高透波材料。從材料本性講，其特征是具有很小的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值。此類材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和天線窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在航空航天、電子、通訊等領域發(fā)揮著重要作用，具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

透波材料通常分為兩種：一種為無機材料，如氧化鋁、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等；另一種為耐熱樹脂基纖維復合材料。本文主要對透波復合材料進行分析。

1. 天線罩常用透波復合材料

透波復合材料屬于功能復合材料，有基體和增強體兩部分組成。目前，在實際中應用最廣的還是纖維增強樹脂基復合材料。

1.1基體

透波復合材料是由增強纖維和樹脂基體構成的，兩者的電性能好才能成型出電性能好的透波材料。通常增強材料的力學性能和介電特性均優(yōu)于樹脂基體，所以復合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。因此必須選擇具有優(yōu)良電性能的樹脂基體，同時樹脂在復合材料中也起膠粘劑的作用，是決定復合材料耐熱性的基本成分。

目前實際應用最廣泛的還是纖維增強樹脂基復合材料。樹脂基體主要有傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂（UP）、環(huán)氧樹脂（EP）、改性酚醛樹脂（PF）以及近年來開始研究和應用的氰酸酯樹脂（CE）、有機硅樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、聚酰亞胺（P1）、聚四氟乙烯（PTFE）等新型的耐高溫樹脂。表1為常用透波復合材料基體的性能比較。

表1 幾種透波樹脂基體的典型性能

1.2增強體

一些纖維增強材料的性能如表2所示。玻璃纖維是導彈天線罩中最常用的增強材料，其中，玻璃纖維是國外專門為制造天線罩而開發(fā)的一種玻璃纖維，石英玻璃纖維是透波性能最好的纖維材料，目前國外各種天線罩大多已采用此種纖維。而國內(nèi)透波復合材料使用的增強材料主要是E玻璃纖維和S玻璃纖維，M玻璃纖維使用量較少。Kevlar（芳綸）最初由美國杜邦公司發(fā)明，加拿大已把它用于飛機的雷達罩。Spectra1000在各種頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，且具有的低密度、高強度、高模量和高抗沖擊性能，使其在高性能天線罩的制造中具有極大的吸引力。

表2 透波復合材料常用增強纖維性能

2. 天線罩透波功能復合材料的設計

透波功能復合材料的設計主要遵循兩個原則。

（1）力學性能設計

在材料的力學性能設計中，可用復合定律進行選材和材料的初步設計。

бc=бfVf+бm（1-Vf） Ec=EfVf+Em（1+Vf）

式中：бc—復合材料拉伸強度，бf—纖維拉伸強度，бm—基體拉伸強度，Ec—復合材料揚氏模量，Ef—纖維揚氏模量，Em—基體揚氏模量，Vf—纖維體積含量。

在實際的復合材料結構設計中，力學性能參數(shù)還要視構件的性質(zhì)，用試樣實際力學測試修正后的A基準值、B基準值或算術平均值作為實際的輸入?yún)?shù)。這是因為復合材料由于受復合工藝等因素影響而使數(shù)據(jù)分散較大所致。

（2）電氣性能的設計

透波功能的電氣性能參數(shù)對雷達天線罩的設計是非常重要的。主要參數(shù)是介電常數(shù)ε和正切損耗tgδ。在材料設計的初始階段，可采用下述混合定律進行選材計算：

式中：ε—復合材料介電常數(shù)，εi—組份材料介電常數(shù)，tgδ—復合材料正切損耗，（tgδ）i—組份材料正切損耗，V—復合材料體積，Vi—組份材料體積，i=1、2、3、……

材料選定后，對實際應用的透波功能復合材料應做試驗驗證材料的ε和tgδ，并將經(jīng)試驗修正的數(shù)據(jù)作為設計輸入數(shù)據(jù)。在雷達天線罩設計中ε、tgδ、θ（入射角）、λ0（雷達天線微波波長）為主要參數(shù)輸入。在計算電氣性能的時候，還要輸入其他影響因素的參數(shù)。雷達天線罩的罩壁近似厚度d由下式確定：

式中：λ0-波長，θ-入射角度，ε-介電常數(shù)，n-1、2、3分別稱為半波、全波、三個半波長。由式中可知，透波功能復合材料的ε值的大小直接影響到壁厚。ε越大，壁厚越薄，但電厚度壁厚公差越小；反之，ε值越小，壁厚越厚，但電厚度的壁厚公差越大。因此，考慮到制造工藝實現(xiàn)的可能性，選擇適當?shù)摩攀欠浅１匾摹！鰁ndprint

摘 要：近年來透波材料是快速發(fā)展起來的一種集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。此材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和透波窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在各個電子、通訊等領域發(fā)揮著非常重要作用。本文從實際應用入手簡單闡述了天線罩透波復合材料的組成及其設計過程中遵循的原則。

關鍵詞：透波復合材料；基體；增強體

透波材料是指具有極小介電損耗的結構材料，是近年來快速發(fā)展起來的一類集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。電磁波在傳播過程中遇到某一材料（介質(zhì)）時，如果透過的強度大于一定限度（>95%），則該材料可被視作高透波材料。從材料本性講，其特征是具有很小的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值。此類材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和天線窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在航空航天、電子、通訊等領域發(fā)揮著重要作用，具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

透波材料通常分為兩種：一種為無機材料，如氧化鋁、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等；另一種為耐熱樹脂基纖維復合材料。本文主要對透波復合材料進行分析。

1. 天線罩常用透波復合材料

透波復合材料屬于功能復合材料，有基體和增強體兩部分組成。目前，在實際中應用最廣的還是纖維增強樹脂基復合材料。

1.1基體

透波復合材料是由增強纖維和樹脂基體構成的，兩者的電性能好才能成型出電性能好的透波材料。通常增強材料的力學性能和介電特性均優(yōu)于樹脂基體，所以復合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。因此必須選擇具有優(yōu)良電性能的樹脂基體，同時樹脂在復合材料中也起膠粘劑的作用，是決定復合材料耐熱性的基本成分。

目前實際應用最廣泛的還是纖維增強樹脂基復合材料。樹脂基體主要有傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂（UP）、環(huán)氧樹脂（EP）、改性酚醛樹脂（PF）以及近年來開始研究和應用的氰酸酯樹脂（CE）、有機硅樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、聚酰亞胺（P1）、聚四氟乙烯（PTFE）等新型的耐高溫樹脂。表1為常用透波復合材料基體的性能比較。

表1 幾種透波樹脂基體的典型性能

1.2增強體

一些纖維增強材料的性能如表2所示。玻璃纖維是導彈天線罩中最常用的增強材料，其中，玻璃纖維是國外專門為制造天線罩而開發(fā)的一種玻璃纖維，石英玻璃纖維是透波性能最好的纖維材料，目前國外各種天線罩大多已采用此種纖維。而國內(nèi)透波復合材料使用的增強材料主要是E玻璃纖維和S玻璃纖維，M玻璃纖維使用量較少。Kevlar（芳綸）最初由美國杜邦公司發(fā)明，加拿大已把它用于飛機的雷達罩。Spectra1000在各種頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，且具有的低密度、高強度、高模量和高抗沖擊性能，使其在高性能天線罩的制造中具有極大的吸引力。

表2 透波復合材料常用增強纖維性能

2. 天線罩透波功能復合材料的設計

透波功能復合材料的設計主要遵循兩個原則。

（1）力學性能設計

在材料的力學性能設計中，可用復合定律進行選材和材料的初步設計。

бc=бfVf+бm（1-Vf） Ec=EfVf+Em（1+Vf）

式中：бc—復合材料拉伸強度，бf—纖維拉伸強度，бm—基體拉伸強度，Ec—復合材料揚氏模量，Ef—纖維揚氏模量，Em—基體揚氏模量，Vf—纖維體積含量。

在實際的復合材料結構設計中，力學性能參數(shù)還要視構件的性質(zhì)，用試樣實際力學測試修正后的A基準值、B基準值或算術平均值作為實際的輸入?yún)?shù)。這是因為復合材料由于受復合工藝等因素影響而使數(shù)據(jù)分散較大所致。

（2）電氣性能的設計

透波功能的電氣性能參數(shù)對雷達天線罩的設計是非常重要的。主要參數(shù)是介電常數(shù)ε和正切損耗tgδ。在材料設計的初始階段，可采用下述混合定律進行選材計算：

式中：ε—復合材料介電常數(shù)，εi—組份材料介電常數(shù)，tgδ—復合材料正切損耗，（tgδ）i—組份材料正切損耗，V—復合材料體積，Vi—組份材料體積，i=1、2、3、……

材料選定后，對實際應用的透波功能復合材料應做試驗驗證材料的ε和tgδ，并將經(jīng)試驗修正的數(shù)據(jù)作為設計輸入數(shù)據(jù)。在雷達天線罩設計中ε、tgδ、θ（入射角）、λ0（雷達天線微波波長）為主要參數(shù)輸入。在計算電氣性能的時候，還要輸入其他影響因素的參數(shù)。雷達天線罩的罩壁近似厚度d由下式確定：

式中：λ0-波長，θ-入射角度，ε-介電常數(shù)，n-1、2、3分別稱為半波、全波、三個半波長。由式中可知，透波功能復合材料的ε值的大小直接影響到壁厚。ε越大，壁厚越薄，但電厚度壁厚公差越??；反之，ε值越小，壁厚越厚，但電厚度的壁厚公差越大。因此，考慮到制造工藝實現(xiàn)的可能性，選擇適當?shù)摩攀欠浅１匾??！鰁ndprint

摘 要：近年來透波材料是快速發(fā)展起來的一種集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。此材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和透波窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在各個電子、通訊等領域發(fā)揮著非常重要作用。本文從實際應用入手簡單闡述了天線罩透波復合材料的組成及其設計過程中遵循的原則。

關鍵詞：透波復合材料；基體；增強體

透波材料是指具有極小介電損耗的結構材料，是近年來快速發(fā)展起來的一類集結構、防熱、透波于一體的多功能介質(zhì)材料。電磁波在傳播過程中遇到某一材料（介質(zhì)）時，如果透過的強度大于一定限度（>95%），則該材料可被視作高透波材料。從材料本性講，其特征是具有很小的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值。此類材料可用作各種飛機、導彈、宇宙飛船、衛(wèi)星及地面站的天線罩和天線窗，還可用作高性能印刷電路板基材等，在航空航天、電子、通訊等領域發(fā)揮著重要作用，具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

透波材料通常分為兩種：一種為無機材料，如氧化鋁、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等；另一種為耐熱樹脂基纖維復合材料。本文主要對透波復合材料進行分析。

1. 天線罩常用透波復合材料

透波復合材料屬于功能復合材料，有基體和增強體兩部分組成。目前，在實際中應用最廣的還是纖維增強樹脂基復合材料。

1.1基體

透波復合材料是由增強纖維和樹脂基體構成的，兩者的電性能好才能成型出電性能好的透波材料。通常增強材料的力學性能和介電特性均優(yōu)于樹脂基體，所以復合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。因此必須選擇具有優(yōu)良電性能的樹脂基體，同時樹脂在復合材料中也起膠粘劑的作用，是決定復合材料耐熱性的基本成分。

目前實際應用最廣泛的還是纖維增強樹脂基復合材料。樹脂基體主要有傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂（UP）、環(huán)氧樹脂（EP）、改性酚醛樹脂（PF）以及近年來開始研究和應用的氰酸酯樹脂（CE）、有機硅樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、聚酰亞胺（P1）、聚四氟乙烯（PTFE）等新型的耐高溫樹脂。表1為常用透波復合材料基體的性能比較。

表1 幾種透波樹脂基體的典型性能

1.2增強體

一些纖維增強材料的性能如表2所示。玻璃纖維是導彈天線罩中最常用的增強材料，其中，玻璃纖維是國外專門為制造天線罩而開發(fā)的一種玻璃纖維，石英玻璃纖維是透波性能最好的纖維材料，目前國外各種天線罩大多已采用此種纖維。而國內(nèi)透波復合材料使用的增強材料主要是E玻璃纖維和S玻璃纖維，M玻璃纖維使用量較少。Kevlar（芳綸）最初由美國杜邦公司發(fā)明，加拿大已把它用于飛機的雷達罩。Spectra1000在各種頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，且具有的低密度、高強度、高模量和高抗沖擊性能，使其在高性能天線罩的制造中具有極大的吸引力。

表2 透波復合材料常用增強纖維性能

2. 天線罩透波功能復合材料的設計

透波功能復合材料的設計主要遵循兩個原則。

（1）力學性能設計

在材料的力學性能設計中，可用復合定律進行選材和材料的初步設計。

бc=бfVf+бm（1-Vf） Ec=EfVf+Em（1+Vf）

式中：бc—復合材料拉伸強度，бf—纖維拉伸強度，бm—基體拉伸強度，Ec—復合材料揚氏模量，Ef—纖維揚氏模量，Em—基體揚氏模量，Vf—纖維體積含量。

在實際的復合材料結構設計中，力學性能參數(shù)還要視構件的性質(zhì)，用試樣實際力學測試修正后的A基準值、B基準值或算術平均值作為實際的輸入?yún)?shù)。這是因為復合材料由于受復合工藝等因素影響而使數(shù)據(jù)分散較大所致。

（2）電氣性能的設計

透波功能的電氣性能參數(shù)對雷達天線罩的設計是非常重要的。主要參數(shù)是介電常數(shù)ε和正切損耗tgδ。在材料設計的初始階段，可采用下述混合定律進行選材計算：

式中：ε—復合材料介電常數(shù)，εi—組份材料介電常數(shù)，tgδ—復合材料正切損耗，（tgδ）i—組份材料正切損耗，V—復合材料體積，Vi—組份材料體積，i=1、2、3、……

材料選定后，對實際應用的透波功能復合材料應做試驗驗證材料的ε和tgδ，并將經(jīng)試驗修正的數(shù)據(jù)作為設計輸入數(shù)據(jù)。在雷達天線罩設計中ε、tgδ、θ（入射角）、λ0（雷達天線微波波長）為主要參數(shù)輸入。在計算電氣性能的時候，還要輸入其他影響因素的參數(shù)。雷達天線罩的罩壁近似厚度d由下式確定：

式中：λ0-波長，θ-入射角度，ε-介電常數(shù)，n-1、2、3分別稱為半波、全波、三個半波長。由式中可知，透波功能復合材料的ε值的大小直接影響到壁厚。ε越大，壁厚越薄，但電厚度壁厚公差越??；反之，ε值越小，壁厚越厚，但電厚度的壁厚公差越大。因此，考慮到制造工藝實現(xiàn)的可能性，選擇適當?shù)摩攀欠浅１匾??！鰁ndprint