1、雷达天线罩作用及性能要求
随着雷达大量应用于陆、海、空三军及民航、气象等领域，雷达天线罩的应用也日益广泛。天线罩是雷达的重要组成部分，被称为雷达系统的“电磁窗口”。它在雷达天线的周围形成一个封闭的空间，以保护雷达天线系统免受风、沙、雨、雪、雹的侵袭，缓解气温骤变、太阳辐射、潮湿、盐雾等环境条件对天线系统的影响。
随着雷达工作体制的改进，以及参数捷变、米波、毫米波、扩谱和调频等新型雷达技术的广泛应用，宽频响应已成为雷达天线系统重要特征，从而对雷达天线罩的透波特性提出了越来越高的要求。
对飞机机载、导弹弹载雷达等飞行器雷达系统而言，雷达天线罩除了用来保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作之外，还是一个气动/结构/透波功能一体化部件。
典型的飞行器雷达天线罩位于机头前部。
如果把雷达比作飞机的眼睛，雷达天线罩是飞机“眼睛”的防护镜。相比地面、舰载、车载等静止或低速移动雷达系统而言，飞行器雷达天线罩还需满足高速飞行中气动力、气动热带来的力学、热学性能要求，因此飞行器雷达天线罩的技术要求更高。
2、国内外雷达天线罩技术发展历史
雷达天线罩技术不是一门独立的专业技术，是一门跨专业跨学科的综合技术。
它的设计和制造涉及空气动力学、机械结构、强度计算、热力学、天线与电磁场理论、材料学、工艺学、检测技术、测量技术、表面保护等专业。由于其对武器装备发展的重要作用，世界各工业发达国家，特别是各军事大国都给予了不动声色的关注。
我国对于电磁窗技术的研究起步较晚，从 20 世纪 80 年代才逐渐开始重视电磁窗技术。
随着我国航空工业技术的发展，特别是近 30 年来，我国的机载雷达天线罩研制水平得到了快速发展。目前，我国已基本具备了研制各种类型先进雷达天线罩制件的条件，并成功研制了几乎包括世界上现有的各种结构形式雷达天线罩，如实芯半波壁结构、准半波壁结构、蜂窝夹层结构、泡沫夹层结构、FSS（带通式）结构、电抗加载结构等。
其中最能代表技术进步水平的是 90 年代初期，中航工业集团济南特种结构研究所（637 所）研制的变壁厚、准半波壁、人工介质夹层结构飞机雷达罩，使我国成为继美国、德国之后第三个把人工介质成功应用于飞机雷达罩的国家。
3、雷达天线罩材料
雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等，其中最主要的是介电性能，具体包括介电常数（ε）和损耗角正切（tanδ）。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国雷达行业市场发展现状及十三五竞争战略分析报告》
其中 tanδ越大，电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多；ε越大，电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。因此，要求雷达天线罩罩体材料的 tanδ低至接近于零，ε尽可能低，以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。
纤维增强树脂基复合材料是一类集结构、防热、透波于一体的功能复合材料，具有优良的电性能，介电常数ε和介电损耗 tanδ都很小，同时具有足够的力学强度和适当的弹性模量，是实际应用最广的天线罩材料。
3.1、雷达天线罩增强纤维
增强纤维为纤维增强树脂基复合材料的主要承力者，在复合材料中有较高体积含量。其介电常数一般高于树脂基体，因此是决定复合材料力学性能和介电性能的主要因素。
目前，雷达天线罩纤维增强树脂基复合材料的增强材料主要有玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维等。
玻璃纤维具有高强度、优良的介电性能、耐腐蚀、吸湿性小以及尺寸稳定等优点，是天线罩最常用的增强材料，包括 E 玻璃纤维，S 玻璃纤维、D 玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维等。
E 玻璃纤维是一种无碱玻璃，是最早用于天线罩的增强材料，价格最低，但其电性能较差；S 玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，力学性能是玻璃纤维中最好的，介电性能中等；D 玻璃纤维又称低介电玻璃纤维，是国外专门为天线罩研制的一种玻璃纤维，ε和 tanδ仅次于石英纤维和高硅氧玻璃纤维，但拉伸强度和模量较其他纤维低。
高硅氧玻璃纤维以 E 玻璃纤维为基体，其 SiO2 含量可达 91%~99%，性能介于 E 玻璃纤维和石英纤维之间。
石英纤维是指 SiO2含量达到 99.9%以上，丝径在 1-15μm 的特种玻璃纤维。石英纤维的介电性能是所有玻璃纤维中最好的，并且能够在较宽的频带范围内保持基本不变，因此可以实现天线罩的宽频透波性。但其价格昂贵，是E玻璃纤维的30~40倍。
芳纶纤维（Kevlar）是一种比较常见的有机纤维，具有高强度和高模量，密度在高性能纤维中最小，阻尼性能好，耐磨性能优异，化学稳定性和热稳定性好，具有较高的断裂伸张率，优异的抗冲击性能、尺寸稳定性能和介电性能，但芳纶易吸湿，影响介电性能，表面光滑，具有很强的化学惰性，与树脂基体的结合界面性能较差。
高模量聚乙烯纤维（Spectra1000）具有很高的比强度和比模量，优异的抗冲击和阻尼性能，并且在各种频率下均表现出优异的介电性能（ε≤3.0，tanδ=10-4），耐热性能差（熔点在 144~152℃），强度和模量随着温度的升高而下降，抗蠕变性能较差，表面光滑且有惰性，极大的限制了 UHMWPE 纤维在透波复合材料中的应用。
3.2、玻璃纤维基本概念
玻璃纤维是由玻璃矿石等加工而成，具有表面积大，比强度高，耐热和物理化学稳定的特点，是一种优良的功能材料和生态环境材料。玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。
3.2.1、玻璃纤维制造工艺
玻璃纤维生产工艺主要有两种：坩埚拉丝法和池窑拉丝法。
坩埚拉丝法先把玻璃原料高温熔制成玻璃球，然后再将玻璃球二次熔化，高速拉丝制成玻璃纤维原丝。
池窑拉丝法则是国际上比较先进的工艺，该工艺具有简单、节能、生产效率高的特点。
池窑拉丝工艺是原料经过破碎粉碎、筛分成合格粉料、混合制成配合料，再将配合料投入单元熔窑中熔化成玻璃液，玻璃液由多排多孔铂金楼板流出，形成纤维。
两种工艺相互对比，坩埚拉丝工艺浪费能源，单机产量低，产品质量差，生产成本高。而池窑拉丝法工艺简单，能耗相对较低，产品质量较好，生产效率高且生产能力大。全世界 90%以上产能已经采用池窑拉丝法，未来比例将会更大。
玻璃纤维增强树脂基复合材料是一种广泛应用的雷达天线罩材料，其应用频段主要在 10GHz 范围内，对于高频波段（10~20GHz），需要采用具有更好介电性能的石英纤维作为增强材料。以石英纤维布作为增强材料，以环氧树脂为基体制造的复合材料在雷达天线罩中应用最为广泛。
3.2.2、石英纤维
石英纤维是指 SiO2 含量达到 99.9%以上，丝径在 1-15μm 的特种玻璃纤维。
它具有很高的耐热性，能长期在 1050℃下使用，瞬间耐高温达 1700℃，耐温性能仅次于碳纤维，同时具有卓越的电绝缘性和介电性能。
石英纤维在实际中得到大量应用，如美国 F-15 战斗机第一代、第二代鼻锥天线罩都采用了石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层架构的蒙皮。国外第四代战斗机如美国 F-22 雷达罩都选用了宽频性能极佳的石英纤维。
石英纤维的生产非常依赖原材料的供应，通常是直接用高纯度的石英棒送至高温区熔化拉丝。一般在 2000~2100℃下拉制。目前全球高纯度的石英砂供应商中Unimin 处于行业垄断地位，国内材料产能也受其制约。
随着雷达大量应用于陆、海、空三军及民航、气象等领域，雷达天线罩的应用也日益广泛。天线罩是雷达的重要组成部分，被称为雷达系统的“电磁窗口”。它在雷达天线的周围形成一个封闭的空间，以保护雷达天线系统免受风、沙、雨、雪、雹的侵袭，缓解气温骤变、太阳辐射、潮湿、盐雾等环境条件对天线系统的影响。
随着雷达工作体制的改进，以及参数捷变、米波、毫米波、扩谱和调频等新型雷达技术的广泛应用，宽频响应已成为雷达天线系统重要特征，从而对雷达天线罩的透波特性提出了越来越高的要求。
对飞机机载、导弹弹载雷达等飞行器雷达系统而言，雷达天线罩除了用来保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作之外，还是一个气动/结构/透波功能一体化部件。
典型的飞行器雷达天线罩位于机头前部。
如果把雷达比作飞机的眼睛，雷达天线罩是飞机“眼睛”的防护镜。相比地面、舰载、车载等静止或低速移动雷达系统而言，飞行器雷达天线罩还需满足高速飞行中气动力、气动热带来的力学、热学性能要求，因此飞行器雷达天线罩的技术要求更高。
2、国内外雷达天线罩技术发展历史
雷达天线罩技术不是一门独立的专业技术，是一门跨专业跨学科的综合技术。
它的设计和制造涉及空气动力学、机械结构、强度计算、热力学、天线与电磁场理论、材料学、工艺学、检测技术、测量技术、表面保护等专业。由于其对武器装备发展的重要作用，世界各工业发达国家，特别是各军事大国都给予了不动声色的关注。
表：雷达天线罩技术发展历史
我国对于电磁窗技术的研究起步较晚，从 20 世纪 80 年代才逐渐开始重视电磁窗技术。
随着我国航空工业技术的发展，特别是近 30 年来，我国的机载雷达天线罩研制水平得到了快速发展。目前，我国已基本具备了研制各种类型先进雷达天线罩制件的条件，并成功研制了几乎包括世界上现有的各种结构形式雷达天线罩，如实芯半波壁结构、准半波壁结构、蜂窝夹层结构、泡沫夹层结构、FSS（带通式）结构、电抗加载结构等。
其中最能代表技术进步水平的是 90 年代初期，中航工业集团济南特种结构研究所（637 所）研制的变壁厚、准半波壁、人工介质夹层结构飞机雷达罩，使我国成为继美国、德国之后第三个把人工介质成功应用于飞机雷达罩的国家。
3、雷达天线罩材料
雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等，其中最主要的是介电性能，具体包括介电常数（ε）和损耗角正切（tanδ）。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国雷达行业市场发展现状及十三五竞争战略分析报告》
其中 tanδ越大，电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多；ε越大，电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。因此，要求雷达天线罩罩体材料的 tanδ低至接近于零，ε尽可能低，以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。
纤维增强树脂基复合材料是一类集结构、防热、透波于一体的功能复合材料，具有优良的电性能，介电常数ε和介电损耗 tanδ都很小，同时具有足够的力学强度和适当的弹性模量，是实际应用最广的天线罩材料。
3.1、雷达天线罩增强纤维
增强纤维为纤维增强树脂基复合材料的主要承力者，在复合材料中有较高体积含量。其介电常数一般高于树脂基体，因此是决定复合材料力学性能和介电性能的主要因素。
表：常用雷达天线罩纤维材料及其参数指标
目前，雷达天线罩纤维增强树脂基复合材料的增强材料主要有玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维等。
玻璃纤维具有高强度、优良的介电性能、耐腐蚀、吸湿性小以及尺寸稳定等优点，是天线罩最常用的增强材料，包括 E 玻璃纤维，S 玻璃纤维、D 玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维等。
E 玻璃纤维是一种无碱玻璃，是最早用于天线罩的增强材料，价格最低，但其电性能较差；S 玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，力学性能是玻璃纤维中最好的，介电性能中等；D 玻璃纤维又称低介电玻璃纤维，是国外专门为天线罩研制的一种玻璃纤维，ε和 tanδ仅次于石英纤维和高硅氧玻璃纤维，但拉伸强度和模量较其他纤维低。
高硅氧玻璃纤维以 E 玻璃纤维为基体，其 SiO2 含量可达 91%~99%，性能介于 E 玻璃纤维和石英纤维之间。
石英纤维是指 SiO2含量达到 99.9%以上，丝径在 1-15μm 的特种玻璃纤维。石英纤维的介电性能是所有玻璃纤维中最好的，并且能够在较宽的频带范围内保持基本不变，因此可以实现天线罩的宽频透波性。但其价格昂贵，是E玻璃纤维的30~40倍。
芳纶纤维（Kevlar）是一种比较常见的有机纤维，具有高强度和高模量，密度在高性能纤维中最小，阻尼性能好，耐磨性能优异，化学稳定性和热稳定性好，具有较高的断裂伸张率，优异的抗冲击性能、尺寸稳定性能和介电性能，但芳纶易吸湿，影响介电性能，表面光滑，具有很强的化学惰性，与树脂基体的结合界面性能较差。
高模量聚乙烯纤维（Spectra1000）具有很高的比强度和比模量，优异的抗冲击和阻尼性能，并且在各种频率下均表现出优异的介电性能（ε≤3.0，tanδ=10-4），耐热性能差（熔点在 144~152℃），强度和模量随着温度的升高而下降，抗蠕变性能较差，表面光滑且有惰性，极大的限制了 UHMWPE 纤维在透波复合材料中的应用。
3.2、玻璃纤维基本概念
玻璃纤维是由玻璃矿石等加工而成，具有表面积大，比强度高，耐热和物理化学稳定的特点，是一种优良的功能材料和生态环境材料。玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。
图：玻璃纤维
3.2.1、玻璃纤维制造工艺
玻璃纤维生产工艺主要有两种：坩埚拉丝法和池窑拉丝法。
坩埚拉丝法先把玻璃原料高温熔制成玻璃球，然后再将玻璃球二次熔化，高速拉丝制成玻璃纤维原丝。
图：坩埚拉丝法原理图
池窑拉丝法则是国际上比较先进的工艺，该工艺具有简单、节能、生产效率高的特点。
池窑拉丝工艺是原料经过破碎粉碎、筛分成合格粉料、混合制成配合料，再将配合料投入单元熔窑中熔化成玻璃液，玻璃液由多排多孔铂金楼板流出，形成纤维。
两种工艺相互对比，坩埚拉丝工艺浪费能源，单机产量低，产品质量差，生产成本高。而池窑拉丝法工艺简单，能耗相对较低，产品质量较好，生产效率高且生产能力大。全世界 90%以上产能已经采用池窑拉丝法，未来比例将会更大。
玻璃纤维增强树脂基复合材料是一种广泛应用的雷达天线罩材料，其应用频段主要在 10GHz 范围内，对于高频波段（10~20GHz），需要采用具有更好介电性能的石英纤维作为增强材料。以石英纤维布作为增强材料，以环氧树脂为基体制造的复合材料在雷达天线罩中应用最为广泛。
3.2.2、石英纤维
石英纤维是指 SiO2 含量达到 99.9%以上，丝径在 1-15μm 的特种玻璃纤维。
它具有很高的耐热性，能长期在 1050℃下使用，瞬间耐高温达 1700℃，耐温性能仅次于碳纤维，同时具有卓越的电绝缘性和介电性能。
石英纤维在实际中得到大量应用，如美国 F-15 战斗机第一代、第二代鼻锥天线罩都采用了石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层架构的蒙皮。国外第四代战斗机如美国 F-22 雷达罩都选用了宽频性能极佳的石英纤维。
石英纤维的生产非常依赖原材料的供应，通常是直接用高纯度的石英棒送至高温区熔化拉丝。一般在 2000~2100℃下拉制。目前全球高纯度的石英砂供应商中Unimin 处于行业垄断地位，国内材料产能也受其制约。
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