雷達(dá)和天線是一組黃金搭檔，前者主要用來輻射和接收電磁波并決定其探測(cè)方向；后者則是用于完成波導(dǎo)場(chǎng)和空間輻射場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換。不過許多情況下它們會(huì)“躲”在一個(gè)球下，而這個(gè)球形狀的物體，就是天線罩。

這個(gè)像球的就是天線罩

天線罩是什么？

天線罩是一種保護(hù)天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)物，它在電氣性能上具有良好的電磁波穿透特性，機(jī)械性能上能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的作用，用在地面上大天線的天線罩可以減小風(fēng)阻，避免冰雪的積累，通常呈球形殼體狀；而在機(jī)載和彈載平臺(tái)，為了減小空氣阻力，必須要求尖錐狀的天線罩。

為了制造天線罩，透波材料是必不可少的。對(duì)于雷達(dá)天線罩而言，透波材料必須要具有以下幾點(diǎn)特質(zhì)：

①穩(wěn)定的高溫介電性能。天線罩材料不僅要具有低的介電常數(shù)(ε<10)和損耗角正切值(tanδ<10-2)，并且這種材料的介電性能不隨溫度、頻率有明顯的變化(如溫升100℃，ε變化<1%)，以便保證在氣動(dòng)加熱條件下，盡可能不失真地透過電磁波；

②低的熱脹系數(shù)，以利于抗熱沖擊和滿足壁厚公差；

③抗侵蝕性能。具有防雨蝕、防粒子云侵蝕的能力等；

④具有足夠的力學(xué)性能，保證天線罩在飛行過程中由空氣動(dòng)力縱向和橫向加速度引起的機(jī)械應(yīng)力作用下不受損傷；

⑤低的材料密度；

⑥低的電導(dǎo)率，要求介質(zhì)材料的電導(dǎo)率σ為10^-20～10^-10 S/m。

一般來說，材料的介電常數(shù)越低，介質(zhì)損耗愈小，罩壁愈薄，被吸收的能量愈少，功率透過系數(shù)就愈大。

目前除玻璃纖維增強(qiáng)樹脂材料被廣泛應(yīng)用于研究制作透波材料外，還有部分陶瓷基材料也有較多的研究，例如：氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷、石英纖維增強(qiáng)石英陶瓷、石英陶瓷及微晶玻璃等。下表列出了幾種主要的陶瓷基透波材料的基本物性。

表 幾種陶瓷基天線罩材料的基本物性

1.氧化鋁

氧化鋁是最早商業(yè)化的單一氧化物陶瓷透波材料，已在響尾蛇和麻雀Ⅲ等導(dǎo)彈上得到了成功應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、硬度高、抗雨蝕性能好。缺點(diǎn)是介電性能差，熱膨脹系數(shù)和彈性模量較高，缺乏足夠的抗熱沖擊性能。

2.微晶玻璃

微晶玻璃是上世紀(jì) 50 年代美國(guó)康寧為保障“小獵犬”導(dǎo)彈計(jì)劃的實(shí)施而開發(fā)出以二氧化鈦為晶核劑的鎂鋁硅系微晶玻璃，產(chǎn)品牌號(hào)為 9606。這種材料介電性能好，介電常數(shù)約 5.7，同時(shí)兼具耐高溫、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，問世后，在高馬赫雷達(dá)中，微晶玻璃逐步取代Al₂O₃被作為透波材料，譬如：美國(guó)空軍的GarXI、GarIX與海軍的“Typhon”、“小獵犬”、“百靈鳥”防輻射導(dǎo)彈等。但微晶玻璃的制備工藝復(fù)雜，材料成型和晶化處理等工序難以控制，使得這種材料的發(fā)展受到了局限。

3.石英陶瓷

石英陶瓷具有相對(duì)較低的密度和熱膨脹系數(shù)，使其熱防護(hù)性能與抗熱沖擊性能較為出眾，此外石英陶瓷的介電損耗與介電常數(shù)較低。熔融石英的介電常數(shù)ε為3.4，介電損耗tanδ為0.4×10^-3。在透波材料中，除了各向同性熱解BN外，熔融石英陶瓷為介電性能中最為優(yōu)異的材料，其成型工藝比較成熟，在制備不同形狀和尺寸產(chǎn)品方面易于實(shí)現(xiàn)，目前已經(jīng)成功的應(yīng)用于防空導(dǎo)彈天線罩材料和透波天線窗領(lǐng)域。但是，石英陶瓷的劣勢(shì)也非常明顯，由于是脆性材料，其抗彎強(qiáng)度相對(duì)較低，斷裂韌性為1.0MPa·m^1/2，抵抗災(zāi)難性破壞的能力較差，此外耐高溫（1200℃）性差、不耐雨蝕，限制了這種材料的應(yīng)用。

美國(guó) Ceradyne 公司生產(chǎn)的熔融石英陶瓷天線罩

4.氮化物陶瓷

氮化物系列陶瓷（氮化硅、氮化硼、氧氮化硅等）自身具有良好的介電性能，與石英陶瓷相比，在力學(xué)性能以及耐高溫等方面有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，被眾多研究者所青睞，并進(jìn)行了大量的研究。目前，美法俄等西方軍事強(qiáng)國(guó)研制出 BN/Si₃N₄透波材料，并采用這種復(fù)合材料制備出了達(dá)到實(shí)用化水平的高馬赫數(shù)導(dǎo)彈天線罩。美國(guó)海軍某研究機(jī)構(gòu)早在上世紀(jì)末就采用無壓燒結(jié)方式、選用磷酸鹽作為粘結(jié)劑制備出多孔氮化硅陶瓷材料，其燒結(jié)溫度低于900℃，在 20℃時(shí)，其介電常數(shù)為4.03，升溫至 1000℃，其介電常數(shù)不會(huì)出現(xiàn)超過5.2%的變化率，彎曲強(qiáng)度達(dá)85MPa。

近年來，針對(duì)主要成分為Si₃N₄的復(fù)合陶瓷材料，一方面，進(jìn)行反應(yīng)、熱壓燒結(jié)制備技術(shù)與工藝的不斷完善；另一方面，圍繞材料的基礎(chǔ)成分及無壓燒結(jié)工藝展開廣泛探討。在國(guó)內(nèi)，目前已先后開發(fā)了Si₃N₄-BN、Si₃N₄-SiO₂、Si₃N₄-BN-SiO₂、Si₃N₄-Al₂O₃-MgO等材料體系，并采用多種手段實(shí)現(xiàn)多孔化來降低其ε。

熱等靜壓燒結(jié)制備的Si₃N₄-BN復(fù)相多孔陶瓷：(a)h-BN含量1wt%；(b)h-BN含量5wt%

對(duì)這些材料力/熱/電性能的測(cè)試結(jié)果表明，均質(zhì)氮化硅透波材料體系具有優(yōu)異的綜合性能，但由于多孔陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)均勻性難以控制和增韌技術(shù)未能取得實(shí)質(zhì)性的突破，導(dǎo)致研制出的大尺寸陶瓷天線罩的安全可靠性降低，因此，在大尺寸構(gòu)件研制過程中，粉料組成、混合以及構(gòu)件成型、燒結(jié)、加工和無損檢測(cè)方面仍面臨一些技術(shù)問題亟需解決。

資料來源：

隱身-透波一體化Si₃N₄基陶瓷材料的制備與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，李伶。

天線罩用寬頻透波材料的發(fā)展現(xiàn)狀，余娟麗，陳磊，呂毅，趙英民，裴雨辰。

高溫透波陶瓷材料研究進(jìn)展，蔡德龍，陳斐，何鳳梅，賈德昌，匡寧，苗蕾，邱海鵬，王洪升，徐念喜，楊治華，于長(zhǎng)清，張俊武，張偉儒，周延春。

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