1 前言
    透波材料是近年来发展起来的一类集结构、防热、透波等于一体的多功能介质材料。透波材料种类复杂，从结构形式上可分为天线罩和天线窗两大类；从材料上来分主要包括树脂基复合材料、无机非金属基复合材料、混杂纤维复合材料和特殊功能复合材料等。目前国内很多学者对透波复合材料进行了研究，其中文献[1,2]中对透波复合材料的介电性能、使用环境和相关的材料领域进行了分析综述，文献[3]中对高硅氧／有机硅透波材料进行了介电性能分析，在透波材料的耐烧蚀方面，文献[4,5]也分别进行了研究分析。
    随着现代电子科技的发展以及雷达技术、电子战、宇航通信等新需求的出现，透波材料的应用愈来愈广泛，要求也愈来愈严格。在实际应用中使用广泛的透波材料是纤维增强树脂基复合材料。其应用的树脂主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯树脂和热塑性树脂等等；增强纤维主要有玻璃纤维、芳纶纤维和混杂纤维等等^[6~16] 。一般情况下，纤维增强树脂基复合材料耐温较低，很难应用在速度大于4马赫数的高超音速导弹天线罩上^[21]。而耐高温透波材料主要是无机非金属基复合材料，如陶瓷材料、氧化硅基复合材料和磷酸盐基复合材料^[17~20]，这些材料的介电常数ε较高，工作频带较窄，质地脆硬，成型加工困难，成品率低。另外现在还出现一些特殊功能透波材料如隐身透波复合材料、智能透波复合材料、人工介质材料和电抗加载材料等^[21]。
    本文将研制一种新型的天线窗用纤维增强树脂基复合材料透波板，并且在透波率、抗高低温能力、抗震动冲击能力和力学性能等几方面给出该透波板的试验性能。
2 透波板的研制
2.1 技术要求
    本文研制的透波板试样长300mm，宽200mm。
    在1600 ~2200MHz范围内透波率≥80%。
    在80~40℃温度变化范围内不破坏。
    在一定的震动冲击条件(见表1和表2)下不破坏。
    承受1.5MPa的压力不破坏。[-page-]
2.2 材料选择
    由于该透波板的使用温度较低，透波率、强度和韧性要求较高，所以选用工艺成熟，性能稳定，力学性能良好和经济实用的环氧树脂^[7]为基体，玻璃纤维为增强材料。
2.3 厚度设计
    由于该透波板的长和宽已经给定，只需要确定一个合适的厚度来同时满足制品的力学性能和透波要求。
    根据透波板的结构和力学性能计算，得出满足要求的小板厚为7mm。
    透波率的计算采用单板雷达罩的计算公式^[23]：

    式(1)中，Q为热损耗;T为有热损耗时的透波率；To为无热损耗时的透波率。
    试(2)中，d为板厚;ε为介电常数；tanδ为介电损耗角正切值；λ为波长;θ为入射角（弧度）。
    式(3)中，r =(1-n)/(1＋n)n =｛ε ²cos²θ/(ε-sin ²θ)｝^0.5;φ =_²πd・(ε-sin²θ)^0.5/λ。
    当介电常数ε取4.1,tanδ取0.02,θ取±10°(需换成弧度)时,求出在不同频率下透波率T和板厚d的关系，见图1。

    由图1可以看出，在1600~2200MHz频率范围内理论计算的透波率Τ随着板厚d的增加逐渐递减，且同一厚度时，频率越大透波率越小。当板厚约为7.2mm时在所要求的频率范围内透波率能满足≥80%的要求。
    综合力学性能要求和透波率要求，选取该透波板厚度为7.2mm。
2.4 试样制备
    将玻璃纤维和环氧树脂一起制作成单向纤维预浸料，再将预浸料按正交铺层铺放成型7.2mm厚的透波板，加压固化，后用机械方法加工外形。
    用同样方法制作一个8.2mm厚的对比试件。[-page-]
3 试验
3.1 透波率
    通过矢量网络分析仪(安利3734A)对这透波板和对比试件进行透波率试验，得出试验结果，如图2所示。

    从结果分析可知，7.2mm壁厚的透波板在1600~2200MHz频率范围内透波率全部大于80％，而8.2mm壁厚的透波板在该频段内透波率则有小于80%的值。这说明理论值和实测值在宏观上是一致的,理论计算能够为设计提供一个初步参考。但是同一厚度的透波板并不如计算那样频率越大透波率越小，而是呈波动形，说明在厚度一定的情况下，在较宽的频段内，总会出现一个或几个透波率较高的频率带，充分利用这些频率带能够优化透波板的设计。
3.2 抗高低温能力
    透波板不仅要求有较高的透波性能，还要求具有足够的抗高低温能力。
    将透波板在室温下放置8h以上,然后用专用工装(如图3)固定住,在不加任何载荷情况下放入环境箱中。环境箱升温至80℃,恒温4h后自然降温到室温。再将环境箱降温至-40℃,恒温4h。自然升温到室温后,取出透波板。

    对经过高低温试验的透波板先进行表观观察，没有鼓包、分层和破坏等情况发生。然后将该透波板进行力学水压试验，没有出现任何破坏情况。
    试验表明，该透波板具有较强的抗高低温能力，能够满足在自然环境下的使用要求。
3.3 抗震动、冲击能力
    一般情况下武器、航空、航天器等发射时都会产生较大的震动和冲击。所以透波板还应具有较高的抗震动冲击能力。
    将做过高低温试验的透波板按表1和表2的实验条件进行试验。

    
    对经过震动和冲击试验的透波板先进行表观观察，没有鼓包、分层和破坏等情况发生。然后将该透波板进行力学水压试验，没有出现任何破坏情况。该试验表明，该透波板具有较强的抗震动和冲击能力。[-page-]
3.4 承载能力
    透波板在使用、运输和储存的过程中，需要承受1.5MPa以内的压力。将经过高低温试验和震动、冲击试验的透波板放入专用的压力测试工装中（如图6），在0.5MPa水压下保持5min，透波板出现弹性变形，中心变形1.4mm，但未发现任何力学损伤。继续加压到1.5MPa，保压5min，透波板的变形增大，但仍未发现任何力学损伤。然后继续增大压力,直到压力达到1.8MPa时,透波板变形引起了工装的密封失效，密封圈出现漏水现象，透波板本身没有力学损伤,卸压后透波板恢复原状,残余变形仅为0.08mm。再用该透波板重复上述压力试验，基本重复上述试验现象,证明了透波板仍然在弹性变形范围内,没有发生力学损伤，能够满足承载1.5MPa压力的要求。

 
4. 结语
    综上所述,本文研制的维增强树脂基复合材料透波板在1600~2200MHz的宽频范围内透波率大于80%，具有较高的抗高低温膨胀能力和抗震动、冲击能力,具有较优的承载能力，能够应用在航空、航天及武器型号等方面。
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