Поддержка по электронной почте
247886802@qq.comПозвоните в службу поддержки
+86-13258111863
2025-10-28
Композитные антенные обтекатели, являющиеся важными компонентами, защищающими антенные системы и обеспечивающими эффективную передачу электромагнитных волн, напрямую влияют на надежность систем связи, радиолокации и навигации. С быстрым развитием 5G-связи, аэрокосмической и других областей, к свойствам материалов и конструкции обтекателей предъявляются повышенные требования. В данной статье будет проанализирована классификация композитных антенных обтекателей по двум параметрам: сценарии применения и типы материалов, а также будут рассмотрены основные требования к материалам в различных условиях эксплуатации.
Классификация по сценариям применения
1.Аэрокосмический сектор
Радовые купола для аэрокосмической отрасли должны сохранять структурную целостность и электромагнитную прозрачность в экстремальных условиях окружающей среды.
Радовые купола самолетов (например, купола радаров истребителей) имеют обтекаемую форму, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление. Типичные материалы включают армированную кварцевым волокном цианатоэфирную смолу с контролируемой диэлектрической проницаемостью 3,0±0,2 и тангенсом потерь ниже 0,005, способную выдерживать колебания температуры от -55 °C до 150 °C.
Радарные купола спутников должны выдерживать интенсивное космическое излучение и экстремальные термические циклы. Например, композиты на основе керамики из нитрида бора, используемые в некоторых низкоорбитальных спутниках, сохраняют эффективность передачи волн более 90 % в диапазоне температур от -200 °C до 600 °C (как показано на рисунке 1).
Рисунок 1: Высокотемпературный обтекатель антенны спутника
Сектор связи
Радомы антенн базовых станций 5G стали прорывом в области легких конструкций и технологий передачи высокочастотных волн. В радомах макробазовых станций преимущественно используется полипропилен, армированный стекловолокном (GFRPP), плотность которого составляет всего 1,7 г/см³ — на 40 % меньше, чем у обычного пластика, армированного стекловолокном. Это соответствует требованиям к установке многочастотных антенн (3G/4G/5G), чтобы общий вес не превышал 50 кг (как показано на рисунке 2). Радомы антенн миллиметрового диапазона требуют более высокой точности, например, трехдиапазонные (K/Ku/Ka) радомы для спутниковой связи. В них используется препрег БТЦУ-1 на основе цианатного эфира, который обеспечивает потери при передаче волн менее 1,2 дБ в диапазоне частот 27,5–31 ГГц.
Рисунок 2: Сравнение облегчения конструкции крышек антенн базовых станций 5G
Классификация по типу материала
1.Композиты на основе смолы
Стеклопластик (GFRP) в настоящее время является наиболее широко используемым материалом для изготовления антенных обтекателей, занимая более 65 % рынка. С диэлектрической проницаемостью 2,8–4,0 и тангенсом потерь 0,005–0,01 он подходит для гражданских базовых станций связи и метеорологических радаров. Например, радарный купол из E-стекла/ненасыщенного полиэстера, производимый Китайская корпорация по электронике и технологиям, обеспечивает 92% пропускание волн в C-диапазоне (4–8 ГГц) при стоимости, составляющей лишь треть от стоимости композитов из углеродного волокна.
Композиты из арамидного волокна (например, кевлар/эпоксидная смола) являются предпочтительным выбором для судовых и воздушных антенных куполов благодаря своей высокой прочности (прочность на разрыв >1500 МПа) и ударопрочности. Антенные купола радаров, в которых используются трехмерные арамидные сотовые многослойные структуры, демонстрируют устойчивость к солевому туману более 5000 часов, одновременно отвечая строгим требованиям к диэлектрической проницаемости 3,2±0,1.
2.Композиты с керамической матрицей
Кварцевая керамика обладает выдающимися свойствами передачи волн при высоких температурах, с диэлектрической проницаемостью 3,8–4,2 и тангенсом потерь <0,002, что делает ее пригодной для гиперзвуковых аппаратов. В антенных обтекателях самолетов используются композиты на основе кварцевого волокна, способные выдерживать аэротермические условия до 1800 °C.
Керамика из нитрида кремния обладает превосходными механическими свойствами, с прочностью на изгиб до 450 МПа и диэлектрической проницаемостью 7,5–8,5. Широкополосная передача волн может быть достигнута за счет градиентной конструкции.
3.Композиты с металлической матрицей
Композиты с алюминиевой матрицей (например, алюминий, армированный частицами Al₂O₃) могут контролировать диэлектрическую проницаемость в диапазоне 5,0–7,0 путем регулирования содержания армирующего материала, что делает их пригодными для низкочастотных радиолокационных куполов. Однако их более высокая плотность (>2,7 г/см³) в настоящее время ограничивает их использование в основном наземными стационарными радиолокационными станциями. Для воздушных применений многослойная структура, состоящая из «алюминиевого сотового сердечника (апертура 6 мм, толщина стенки 0,05 мм) + панелей из титанового сплава», служит внутренним слоем теплоотвода в радиолокационном куполе. Тепло передается через панели из титанового сплава к алюминиевому сотовому сердечнику, а затем рассеивается посредством воздушной конвекции через сотовые каналы. Это снижает максимальную температуру радиолокационного модуля с 120 °C до 85 °C, что соответствует требованиям к долгосрочной рабочей температуре (≤90 °C). ; Эта конструкция снижает вес на 55 % по сравнению с традиционными радиаторами из алюминиевого сплава (с 8 кг до 3,6 кг) и одновременно повышает ударопрочность на 30 %. Алюминиевый сотовый сердечник имеет теплопроводность 120–150 Вт/(м·К) — в 240–500 раз выше, чем у традиционных сотовых сердечников из эпоксидного стекловолокна — и отличается высокоэффективной конвекцией в каналах, что делает его подходящим для компонентов с высокой плотностью теплового потока.
Основные требования к характеристикам материала
1.Электромагнитные свойства
Диэлектрическая проницаемость (ε_r) и тангенс угла потерь (tanδ) являются основными показателями. Для применения в сфере связи требуются ε_r < 4,0 и tanδ < 0,01 (например, материалы LFT-PP для базовых станций 5G: ε_r = 2,3–2,5, tanδ = 0,002–0,003). В аэрокосмической отрасли требуются более низкие потери, например, композиты из кварцевого волокна для радиолокационных куполов спутников с tanδ < 0,001.
2.Механические свойства
Прочность на разрыв: радиолокационные купола самолетов требуют >400 МПа (например, композиты из углеродного волокна T800), в то время как для радиолокационных куполов наземных станций достаточно >200 МПа. Модуль упругости при изгибе: радиолокационные купола требуют >30 ГПа для обеспечения структурной стабильности и предотвращения искажения луча.
3.Адаптируемость к окружающей среде
Устойчивость к высоким температурам: обтекатели гиперзвуковых аппаратов должны выдерживать температуру >1000 °C (композиты с керамической матрицей), в то время как обтекатели базовых станций 5G должны сохранять >85 % своих характеристик после испытаний при температурах от -40 °C до 75 °C (стандарт UL 746B). Устойчивость к погодным условиям: обтекатели для морской среды должны пройти 1000-часовое испытание в солевом тумане и испытание на старение под воздействием ультрафиолета (QUV 2000 часов) с сохранением >85 % своих характеристик.
Промышленные стандарты и тенденции развития
Будущие разработки будут сосредоточены на многофункциональной интеграции (например, встроенные датчики, самовосстанавливающиеся возможности) и интеллектуальном дизайне. Адаптивные радиолокационные купола, которые динамически переключаются между частотными диапазонами путем регулирования диэлектрической проницаемости материала с помощью управления напряжением, планируется внедрить в инженерную практику к 2030 году. Благодаря инновациям в области материалов и оптимизации конструкции композитные радиолокационные купола становятся все более легкими, прочными и интеллектуальными.
