由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器系統(tǒng)的發(fā)展，裸露在外的天線已經(jīng)受到各類武器的嚴重威脅。尤其是戰(zhàn)場上的各類爆炸破片和爆炸沖擊波，都極易破壞天線，影響到天線的使用。目前，國內(nèi)現(xiàn)有的天線罩只能起到保護天線免受風(fēng)?雨?雪等自然環(huán)境影響的作用，并不具備防御能力，這使得裝備該類天線罩的設(shè)備在戰(zhàn)場上的生存能力差，導(dǎo)致維護保養(yǎng)任務(wù)繁重；因此，研制具有防彈抗爆能力的天線罩，為設(shè)備筑起最后一道防線，具有非常重要的軍事意義。
毫米波天線罩制造材料發(fā)展概況
現(xiàn)代雷達技術(shù)已由早期探測?火控?氣象和導(dǎo)航功能，進一步發(fā)展出電子偵察?敵我識別?電子干擾和精確制導(dǎo)等功能。天線罩工作頻率也由單頻發(fā)展為寬頻，直至多波段全頻帶。
毫米波一般是指電磁波譜中頻率為30~300GHz這一部分，對應(yīng)波長為1~10mm。毫米波天線罩與傳統(tǒng)的分米波?厘米波天線罩相比，在結(jié)構(gòu)?材料?性能及工藝技術(shù)等各方面都提出了更高的要求。尤其在透波性和強度等方面，隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的(如陶瓷?微晶玻璃等)天線罩材料，由于其固有的一些弱點，已滿足不了毫米波天線罩在高透波特性和強度等方面的要求。
迄今為止，天線罩材料已有50年的歷史，其發(fā)展歷程為:纖維增強塑料→氧化鋁陶瓷→微晶體玻璃→石英陶瓷→先進復(fù)合材料。最早開發(fā)研究的天線罩材料為陶瓷材料，這種材料具有耐高溫，介電性能好及強度高的優(yōu)點；但其質(zhì)脆，耐熱沖擊性能差，并且成型工藝復(fù)雜。
目前，國內(nèi)透波復(fù)合材料使用的增強纖維仍以E玻璃纖維和S玻璃纖維為主。這2種玻璃纖維是優(yōu)良的絕緣材料，高低頻下都具有良好的介電性，微波透過性良好，同時具有優(yōu)良的耐腐蝕性和熱性能；但其抗沖擊能力較差的特征，造成天線罩在戰(zhàn)場環(huán)境中極易被破壞，無法有效保護天線系統(tǒng)，系統(tǒng)生存能力低。
芳綸纖維為增強纖維的復(fù)合材料，其具有優(yōu)異的力學(xué)性能?電絕緣性能?透波性能及優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，特別是具有低的線脹系數(shù)(纖維軸向略呈負值)，使其在雷達天線領(lǐng)域中有著較好的應(yīng)用前景。
芳綸材料防護性研究
E玻璃纖維為常用的玻璃纖維，其強度高，延伸率大，成本較低，彈性模量較低。以往天線罩最通用的增強纖維以E玻璃纖維為主。芳綸纖維具有高強度?高模量?耐高溫和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異性能。
芳綸Ⅲ纖維是國內(nèi)近年來研制成功的一種三元共聚芳綸纖維，為國內(nèi)近年來開發(fā)出來的性能最為優(yōu)異的芳綸纖維，其力學(xué)性能優(yōu)于芳綸纖維中最具代表性的Kevlar49。石英玻璃纖維為低介電常數(shù)玻璃纖維，其強度和模量較低，而且生產(chǎn)工藝性較差，生產(chǎn)成本高，因此應(yīng)用較少。
各類纖維性能對照表見表1。由表1可知，3種纖維中芳綸Ⅲ的力學(xué)性能最好，同時密度最低。
抗侵徹貫穿性能
抗侵徹貫穿試驗結(jié)果顯示:1)石英玻璃纖維和E玻璃纖維復(fù)合材料板被貫穿后的噴射飛濺物明顯多于芳綸纖維復(fù)合材料板；2)相對于石英和E玻璃纖維復(fù)合材料板，芳綸復(fù)合材料板的貫穿V50值有明顯提高。具體試驗數(shù)值見表2。
由表2可以看出，在各纖維品種中，芳綸纖維復(fù)合材料板的防護能力最強，大大優(yōu)于E玻璃纖維板，石英復(fù)合材料板次之，E玻璃纖維最差。芳綸纖維復(fù)合材料板貫穿V50數(shù)值是石英板的1.6倍，是E玻璃纖維板的1.8倍。
石英玻璃纖維和E玻璃纖維復(fù)合材料板被貫穿后的噴射飛濺物明顯多于芳綸纖維復(fù)合材料板，說明芳綸纖維抗沖擊能力更強?比剛度和比強度更高，在受到高速彈丸沖擊時不易發(fā)生碎裂現(xiàn)象。
可以預(yù)見，毫米波天線罩使用芳綸纖維復(fù)合材料后，其防護性必將大大增強。天線罩厚度越厚，其防護能力越強。但作為天線罩，其電性能(如透波率)要作為首要考慮滿足的設(shè)計要素，隨著天線罩厚度的增加，其電性能必將逐漸下降，直至不能滿足使用要求。如何既完美滿足實戰(zhàn)的防護要求，又滿足天線罩的電性能要求，是天線罩設(shè)計的難點之一，在天線罩設(shè)計中，應(yīng)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)及實戰(zhàn)情況綜合考慮。
芳綸材料電性能
天線罩材料應(yīng)滿足介電性能?力學(xué)性能?三防壽命?工藝性能和質(zhì)量等要求。材料的介電性能指標主要有介電常數(shù)和損耗角正切，其直接影響天線罩的電性能，是選擇材料的主要依據(jù)。其中，損耗角正切越大，電磁波能量在穿透天線罩過程中轉(zhuǎn)化為熱量而損耗的能量就越多；介電常數(shù)越大，電磁波在空氣與天線罩壁分界面上的反射就越大，這將增加鏡象波瓣電平并降低傳輸效率。因此要求天線罩材料的損耗角正切低至接近于0，介電常數(shù)盡可能低，以達到最大傳輸和最小反射的目的。低介電常數(shù)的材料還能給天線罩帶來寬頻帶響應(yīng)。
芳綸纖維與各類纖維復(fù)合材料在測試頻率為9.375GHz時的電性能數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出，芳綸纖維復(fù)合材料電性能明顯優(yōu)于E玻璃纖維復(fù)合材料。與石英玻璃纖維復(fù)合材料相比，芳綸纖維復(fù)合材料的介電常數(shù)低，損耗角正切值高。
電性能試驗數(shù)據(jù)見表4。排除電性能試驗的測試誤差及加工精度方面的誤差，由表4可以看出，各纖維品種中，芳綸纖維復(fù)合材料板的電性能指標與石英玻璃纖維相當(dāng)，插入損耗值小，透波能力強；E玻璃纖維復(fù)合材料電性能指標最差。
芳綸材料生產(chǎn)性研究
毫米波的特點決定了毫米波天線罩的制造與普通天線罩不同，具有特點如下:1)天線罩結(jié)構(gòu)壁薄，其材料結(jié)構(gòu)強度和剛性要求高；2)罩體均勻性好，加工要求嚴格；3)天線罩熱?電和結(jié)構(gòu)強度等綜合性能要求苛刻，材料選擇?制作和罩體成型加工困難；4)天線罩壁厚容差小，罩體加工精度高；5)制造成本高。
針對上述特點，芳綸纖維的特點主要表現(xiàn)在以下方面:1)芳綸纖維介電常數(shù)低，能給天線罩帶來寬頻帶響應(yīng)，使得天線罩可以放寬罩壁厚度公差，從而降低制造成本；2)芳綸纖維力學(xué)性能指標更好，相同的壁厚，結(jié)構(gòu)強度和剛度更好，透波能力更強；3)芳綸與樹脂親和性差，更易吸潮，長期使用影響電性能。
由于芳綸Ⅲ纖維為剛剛實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新型高性能纖維，目前制造加工成本高，價格較高，在大批量生產(chǎn)時應(yīng)考慮成本增加問題。
綜上可以看出，由于芳綸纖維復(fù)合材料具有多項優(yōu)點，用芳綸纖維復(fù)合材料制作的天線罩防護性能有了質(zhì)的飛躍，同時適合大規(guī)模生產(chǎn)。
