專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高性能頻率選擇雷達(dá)罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隱身技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能頻率選擇雷達(dá)罩。
背景技術(shù)：
物體表面的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,簡(jiǎn)稱(chēng)RCS)代表目標(biāo)的雷達(dá)可探測(cè)性，RCS值越小，目標(biāo)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的可能性就越小。導(dǎo)彈、飛機(jī)等武器裝備在為實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)采用尋的方式的雷達(dá)末制導(dǎo)時(shí)，制導(dǎo)艙會(huì)形成隨機(jī)角反射器，成為強(qiáng)散射源，使導(dǎo)彈的前向RCS大幅增大。因此，如何在實(shí)現(xiàn)雷達(dá)制導(dǎo)的同時(shí)減縮RCS就成為提高飛行兵器突防能力的關(guān)鍵問(wèn)題，由于座艙玻璃、雷達(dá)罩和引頭罩等均是雷達(dá)透明件，常規(guī)雷達(dá)吸波材料一 般沒(méi)有透明區(qū)，因此吸波材料無(wú)法用于這些部位的隱身，一種行之有效的方法就是采用頻率選擇表面技術(shù)。頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces,簡(jiǎn)稱(chēng)FSS)是由周期排列的金屬貼片單元或金屬屏上周期排列的開(kāi)孔單元構(gòu)成，這種材料在單元諧振頻率附近呈全反射(貼片)或全傳輸(開(kāi)孔)特性，具有空間濾波的功能。利用FSS的這一特性，可以將其應(yīng)用于飛行兵器的雷達(dá)罩上起帶通濾波器的作用，將己方制導(dǎo)雷達(dá)頻段設(shè)計(jì)在FSS通帶內(nèi)，而將敵方探測(cè)雷達(dá)波段設(shè)計(jì)在FSS阻帶內(nèi)，使制導(dǎo)雷達(dá)波得以自由地發(fā)射和接收，而對(duì)其它威脅波則利用罩形反射到廣大空間，從而實(shí)現(xiàn)隱身、抗干擾和防護(hù)的功能，大大提高導(dǎo)彈的突防能力。通?？筛鶕?jù)原雷達(dá)罩參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)制作出FSS襯罩結(jié)構(gòu)，再將其隨形復(fù)合于原雷達(dá)罩內(nèi)表面即制成低RCS頻率選擇雷達(dá)罩。理想的頻率選擇雷達(dá)罩傳輸曲線(xiàn)應(yīng)當(dāng)具有“方形化”的特征，如圖I所示，即在通帶內(nèi)保持平頂，而在通帶外沿快速滾落的邊緣進(jìn)入阻帶，且對(duì)于不同的入射角度，以及不同極化方式的入射波都保持不變的通帶形狀。FSS襯罩結(jié)構(gòu)是影響其濾波性能的主要因素，目前FSS結(jié)構(gòu)主要有單屏FSS、單側(cè)介質(zhì)加載FSS、雙側(cè)介質(zhì)加載FSS和雙屏FSS等幾種。其中雙側(cè)介質(zhì)加載FSS結(jié)構(gòu)和雙屏FSS結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上更容易獲得“方形化”，但卻存在由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度大而導(dǎo)致實(shí)物很難達(dá)到設(shè)計(jì)水平的問(wèn)題；單屏FSS結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，工藝難度最低，但設(shè)計(jì)上卻很難實(shí)現(xiàn)“方形化”;而單側(cè)介質(zhì)加載FSS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝難度介于二者之間，然而采用常規(guī)介質(zhì)材料(介電常數(shù)2飛)也較難實(shí)現(xiàn)“方形化”致使FSS工程化進(jìn)程一直難以推進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中單屏FSS結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的不足以及雙側(cè)介質(zhì)加載FSS、雙屏FSS由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝難度大而難于實(shí)現(xiàn)FSS工程化的不足，提供一種用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩。用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，包括原雷達(dá)罩、第一粘接介質(zhì)層、超低介電常數(shù)介質(zhì)層、第二粘結(jié)介質(zhì)層和柔性FSS薄膜層，所述第一粘接介質(zhì)層、超低介電常數(shù)介質(zhì)層、第二粘結(jié)介質(zhì)層和柔性FSS薄膜層成型并從外到內(nèi)層合成FSS襯罩，所述FSS襯罩層合于原雷達(dá)罩內(nèi)表面。工作原理空氣是最特殊的一種介質(zhì)，其介電常數(shù)為I. 0，介電損耗也為O。FSS結(jié)構(gòu)通常由介質(zhì)和FSS陣列組成，當(dāng)FSS陣列不是緊貼介質(zhì)而是遠(yuǎn)離介質(zhì)時(shí)，由于只有零階傳播模存在，介質(zhì)邊界的改變對(duì)FSS諧振特性產(chǎn)生影響很小，故諧振頻率一直穩(wěn)定在自由FSS的諧振頻率附近。當(dāng)這個(gè)空氣間隙d為諧振波長(zhǎng)\的1/5時(shí)，諧振頻率與帶內(nèi)透波率均保持穩(wěn)定，達(dá)到1/2時(shí)最穩(wěn)定，且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的透波率比無(wú)空氣隙直接加載方式明顯提高。泡沫、蜂窩等材料由于其介電常數(shù)非常接近1.0，因此用它們替代空氣間隙時(shí)，也能夠得到寬且穩(wěn)定的通帶，且阻帶抑制效果較好，呈現(xiàn)“近方形化”的特征，盡管通帶和阻帶間有一些爬行波，但并不影響通帶和阻帶的性能。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用兩層粘接介質(zhì)、超低介電常數(shù)介質(zhì)和柔性FSS薄膜層合于原雷達(dá)罩上，由于超低介電常數(shù)介質(zhì)選用的蜂窩、泡沫等介質(zhì)具有極低的介電損耗，因此通帶插入損耗小，角度穩(wěn)定性高，在(T60°入射角范圍均能夠獲得較高的通
帶透過(guò)率，最多下降較原罩不超過(guò)3%，某些角度透過(guò)率甚至高出原罩30%，阻帶屏蔽頻帶寬且抑制效果好；由于選用的蜂窩、泡沫介質(zhì)均屬于超輕材料，使頻率選擇雷達(dá)罩重量改變不大；由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且較大的設(shè)計(jì)余量帶來(lái)了較大的工藝允差，因此大大降低了工藝難度、周期及成本。


圖I是理想的頻率選擇雷達(dá)罩的“方形化”傳輸曲線(xiàn)。圖2是本發(fā)明用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A部分的局部放大示意圖。圖4是本發(fā)明所述的柔性FSS薄膜層雪花環(huán)單元陣列的局部圖。圖5是本發(fā)明用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩的設(shè)計(jì)曲線(xiàn)圖。圖中1、通帶，2、阻帶，3、原雷達(dá)罩，4、第一粘接介質(zhì)層，5、低介電常數(shù)介質(zhì)層，6、第二粘結(jié)介質(zhì)層，7、柔性FSS薄膜層，8、入射角為0°的傳輸曲線(xiàn)，9、入射角為30°的傳輸曲線(xiàn)，10、入射角為60°的傳輸曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖2和圖3所示，用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，是采用某種工藝將第一粘接介質(zhì)層4、超低介電常數(shù)介質(zhì)層5、第二粘接介質(zhì)層6和柔性FSS薄膜層7按原雷達(dá)罩3內(nèi)表面尺寸成型,并層合構(gòu)成FSS襯罩,再將FSS襯罩以某種工藝隨形層合于原雷達(dá)3內(nèi)表面構(gòu)成，也可將原雷達(dá)罩3、第一粘接介質(zhì)層4、超低介電常數(shù)介質(zhì)層5、第二粘接介質(zhì)層6和柔性FSS薄膜層7成型后一次性層合構(gòu)成。FSS陣列設(shè)計(jì)是根據(jù)通帶及阻帶透過(guò)率、帶寬等具體技術(shù)指標(biāo)對(duì)單元圖形、尺寸，陣列周期，排布方式等多種參數(shù)優(yōu)選獲得。超低介電常數(shù)介質(zhì)層5為耐高溫的蜂窩和泡沫材料。蜂窩通常采用芳綸紙蜂窩，按蜂窩孔徑、密度、蜂窩壁厚等分為多種規(guī)格，其介電常數(shù)為I. 04 1. 2。泡沫分為多種材質(zhì)，如PVC泡沫、PS泡沫、PUR泡沫、PEI泡沫和PMI泡沫，有的泡沫可直接熱成型(如PMI泡沫)，有的泡沫需要在模具內(nèi)發(fā)泡成型(如PUR泡沫)，泡沫的介電常數(shù)通常隨密度改變，在
I.04 I. 5之間。第一粘接介質(zhì)層4和第二粘接介質(zhì)層6主要是可用于雷達(dá)罩的樹(shù)脂(環(huán)氧樹(shù)脂、氰酸脂樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂等)、預(yù)浸料(石英布/氰酸脂預(yù)浸料、芳綸紙/有機(jī)硅樹(shù)脂等)及無(wú)基材膠膜介質(zhì)(EVA、PE等熱熔膠膜及非熱熔耐高溫樹(shù)脂膠膜等)，可根據(jù)雷達(dá)罩的耐溫、耐腐蝕及機(jī)械性能等要求選擇。柔性FSS薄膜層7是在一定厚度(12. 5 lOOum)、覆金屬層的(Cu，Al，Au等)聚酰亞胺薄膜上采用某種工藝(印刷電路板工藝、光刻鍍膜工藝、絲網(wǎng)印刷工藝等)制作優(yōu)選單元(Y環(huán)、十字環(huán)、雪花環(huán)、圓環(huán)等)、設(shè)計(jì)尺寸、排列周期及排布方式(正方形排布、三角形排布等)的周期陣列結(jié)構(gòu)。泡沫介質(zhì)需要采用某種工藝(熱成型或發(fā)泡成型)預(yù)先成型為與原雷達(dá)罩隨形的曲面，曲面可根據(jù)需要和實(shí)際情況分為若干部分。蜂窩介質(zhì)的可變形量較大，尤其是在其厚 度較薄時(shí)通常不需要預(yù)先成型。FSS柔性薄膜層7及兩層粘接介質(zhì)也不需要預(yù)先成型為曲面。將各層材料層合在一起或?qū)SS襯罩與原雷達(dá)罩層合在一起可采用真空袋法、模壓法在烘箱或熱壓罐中進(jìn)行。下面以一具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，壁厚25±lmm，介電常數(shù)3.2±0. 1，要求設(shè)計(jì)制作的頻率選擇表面雷達(dá)罩在0飛0°入射角范圍內(nèi)與原雷達(dá)罩3相比，通帶Ku波段f。處透過(guò)率較原雷達(dá)罩3下降不超過(guò)10%，阻帶S波段較原雷達(dá)罩3下降超過(guò)20dB。根據(jù)上述技術(shù)指標(biāo)計(jì)算優(yōu)化得到的最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下柔性FSS薄膜層7，其結(jié)構(gòu)為雪花環(huán)單元，如圖4所示，LI為外孔長(zhǎng)，Wl為外孔寬，L2為內(nèi)貼片長(zhǎng)，W2為內(nèi)貼片寬，Dx為橫向周期，Dy 為縱向周期。U=4. 9976mm, L2=4. 2036mm, W1=L 26mm, W2=O. 5929mm,陣列周期DX=Dy=6mm，排布方式為正方形排布。柔性FSS薄膜層7為聚酰亞胺薄膜，介電常數(shù)3. 1，厚度25.4um。采用鍍膜、光刻工藝進(jìn)行FSS陣列制備，導(dǎo)電金屬層為Cu，厚度10um。超低介電常數(shù)介質(zhì)層5選用PMI泡沫，介電常數(shù)I. 1，厚度3mm。第一粘接介質(zhì)層4和第二粘接介質(zhì)層6為耐高溫有機(jī)硅樹(shù)脂膠膜，介電常數(shù)2. 9，厚度35um。制作超低介電常數(shù)介質(zhì)層5,將厚度為3mm的PMI泡沫板按照直錐形原雷達(dá)罩3內(nèi)表面展開(kāi)面積剪裁，并沿母線(xiàn)平均分成3片，首先在熱風(fēng)循環(huán)烘箱中150° C干燥3小時(shí)，再加熱到190° C，保持3分鐘后迅速轉(zhuǎn)移到金屬模具上熱成型，待溫度降至80°以下即可脫模，預(yù)成型完畢。采用真空袋法將柔性FSS薄膜層7、第一粘接介質(zhì)層(耐高溫?zé)o基材膠膜)4、超低介電常數(shù)介質(zhì)層(泡沫介質(zhì))5依次鋪覆在金屬模具外表面，盡可能平整，用真空膠條密封后抽真空并放入烘箱中固化，壓力保持在-0.95個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以下，固化溫度160° C，固化時(shí)間2小時(shí)，之后自然冷卻至室溫取出，F(xiàn)SS襯罩制作完畢。將第二粘接介質(zhì)層(耐高溫?zé)o基材膠膜)6和FSS襯罩依次塞入原雷達(dá)罩3內(nèi)部，用耐高溫硅膠軟模和真空膠條密封后抽真空，當(dāng)壓力降至-0. 95MPa以下將其放入烘箱中固化。固化溫度160° C，固化時(shí)間2小時(shí)，之后自然冷卻至室溫取出，用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩制作完成。如圖5所示，為本發(fā)明的設(shè)計(jì)曲線(xiàn)，其中入射角為0°的傳輸曲線(xiàn)8和入射角為30°的傳輸曲線(xiàn)9近“方形化”，通帶平頂且透過(guò)率高，入射角為60°的傳輸曲線(xiàn)10雖然不是“方形化”曲線(xiàn)，但因原雷達(dá)罩3在該角度通帶透過(guò)率非常低，因此其通帶透過(guò)率也比原雷達(dá)罩高出20%以上，滿(mǎn)足工程應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，包括原雷達(dá)罩(3)，其特征在于，還包括第一粘接介質(zhì)層(4)、超低介電常數(shù)介質(zhì)層(5)、第二粘結(jié)介質(zhì)層(6)和柔性FSS薄膜層(7)，所述第一粘接介質(zhì)層(4)、超低介電常數(shù)介質(zhì)層(5)、第二粘結(jié)介質(zhì)層(6)和柔性FSS薄膜層(7)成型并從外到內(nèi)層合成FSS襯罩,所述FSS襯罩層合于原雷達(dá)罩(3)內(nèi)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，其特征在于，所述第一粘接介質(zhì)層(4)、超低介電常數(shù)介質(zhì)層(5)、第二粘結(jié)介質(zhì)層(6)和柔性FSS薄膜層(7)均按原雷達(dá)罩(3)內(nèi)表面尺寸成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，其特征在于，所述原雷達(dá)罩(3)、第一粘接介質(zhì)層(4)、超低介電常數(shù)介質(zhì)層(5)、第二粘結(jié)介質(zhì)層(6)和柔性FSS薄膜層(7)從外到內(nèi)一次性層合在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，其特征在于，第一粘接介質(zhì)層(4)和第二粘結(jié)介質(zhì)層(6)主要是樹(shù)脂、預(yù)浸料及無(wú)基材膠膜介質(zhì)；超低介電常數(shù)介質(zhì)層(5)為耐高溫的蜂窩和泡沫材料。
全文摘要
一種高性能頻率選擇雷達(dá)罩，屬于隱身技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中單屏FSS結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的不足以及雙側(cè)介質(zhì)加載FSS、雙屏FSS由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝難度大而難于實(shí)現(xiàn)FSS工程化的不足，提供一種用于飛行兵器隱身的高性能頻率選擇雷達(dá)罩，該雷達(dá)罩包括原雷達(dá)罩、第一粘接介質(zhì)層、超低介電常數(shù)介質(zhì)層、第二粘結(jié)介質(zhì)層和柔性FSS薄膜層，所述第一粘接介質(zhì)層、超低介電常數(shù)介質(zhì)層、第二粘結(jié)介質(zhì)層和柔性FSS薄膜層成型并從外到內(nèi)層合成FSS襯罩，所述FSS襯罩層合于原雷達(dá)罩內(nèi)表面，由于選用的蜂窩、泡沫介質(zhì)均屬于超輕材料，使頻率選擇雷達(dá)罩不增重；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，較大的設(shè)計(jì)余量帶來(lái)了較大的工藝允差，降低了工藝難度、周期及成本。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK102868021SQ20121037532
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者王巖松, 高勁松, 陳新, 梁鳳超, 馮曉國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所