[科普中國]-航天透波材料

簡介

航天透波材料（Aerospace radar transparent material）是指對(duì)不同角度入射的電磁波具有良好透過性能的材料。在低頻電場(chǎng)的直接作用下，金屬為導(dǎo)體，而非金屬材料屬絕緣體。當(dāng)材料處于高頻電場(chǎng)時(shí)，絕緣體變?yōu)楦哳l電場(chǎng)(電磁波)的透過材料，而金屬成為電磁波的屏蔽材料。根據(jù)電磁波傳播過程的性質(zhì)，電磁波在射向物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射、折射和透過現(xiàn)象，而材料在電磁液的作用下會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象和損耗電磁波能量的現(xiàn)象，其中以電磁波的反射和能量損耗對(duì)雷達(dá)工作性能的影響最大。2

透波材料用于制造飛機(jī)、導(dǎo)彈的雷達(dá)天線罩和天線窗板。對(duì)它的基本要求是：具有較大的透波率(功率透過系數(shù))，低的反射率和損耗，對(duì)雷達(dá)的天線方向性圖影響很小，滿足雷達(dá)搜尋及瞄準(zhǔn)目標(biāo)的精度等要求。天線罩(板)的最大功率反射系數(shù)與其材料的介電常數(shù)ε和介電損耗正切角tgδ有關(guān)。由于電磁波傳輸過程存在疊加現(xiàn)象，因此對(duì)各種結(jié)構(gòu)的天線罩(板)都存在某一理想的厚度，即最佳厚度。在此厚度下兩個(gè)表面反射的電磁波疊加后最小，以降低反射對(duì)雷達(dá)性能的影響。天線罩(板)對(duì)電磁波的吸收將損耗電磁波的能量，致使雷達(dá)的有效作用距離減小。材料介質(zhì)損耗愈小，罩壁愈薄，被吸收的能量愈少，因而功率透過系數(shù)愈大。

飛機(jī)的機(jī)載雷達(dá)罩大多數(shù)采用玻璃鋼及其復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)制造，防空、海防及其他戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的天線罩(板)多數(shù)采用聚四氟乙烯或玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯制造，而戰(zhàn)略導(dǎo)彈的天線窗材料則經(jīng)歷了石英玻璃、穿刺高硅氧布增強(qiáng)二氧化硅和三向石英增強(qiáng)二氧化硅的發(fā)展過程。2

透波功能復(fù)合材料透波功能復(fù)合材料要求樹脂基體具有低正切損耗和高強(qiáng)度、模量、韌性和耐環(huán)境特性等。早期使用的，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等，由于樹脂分子結(jié)構(gòu)以及配方的局限性，使得降低損耗的研究難以取得明顯進(jìn)展。熱塑性樹脂基體具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐磨性能、尺寸穩(wěn)定性能、電性能和耐熱性能等，還可以通過共混改性等手段以提高性能，缺點(diǎn)是加工困難，適用于制造小尺寸、大批量的雷達(dá)罩。

新型高性能樹脂主要是指改性雙馬來酰亞胺（BMI）樹脂、間苯二甲酸二烯丙基酯(DAIP)樹脂和氰酸酯樹脂。高性能透波復(fù)合材料在第四代戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)獲得應(yīng)用，如XU71787氰酸酯樹脂復(fù)合材料使用在美國F-22飛機(jī)的雷達(dá)罩上，BASF公司研制的5575-2氰酸酯樹脂復(fù)合材料使用在歐洲聯(lián)合研制的EF-2000戰(zhàn)斗機(jī)上。氰酸酯樹脂復(fù)合材料的介電常數(shù)和正切損耗從X波段到W波段的頻率范圍內(nèi)基本保持不變，但對(duì)于環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂，隨著頻率的增加，其介電常數(shù)和正切損耗都明顯地發(fā)生了變化。這表明氰酸酷樹脂的介電性能具有明顯的寬帶特性。氰酸酯樹脂及其復(fù)合材料是未來透波功能復(fù)合材料的重要發(fā)展方向之一。3