1 引言
      復(fù)合材料（Composite Materials，Composites）是指經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分（或稱祖元），通過人工復(fù)合、組成多項(xiàng)、三維結(jié)合且各相之間有明顯界面的、具有特殊功能的材料。因復(fù)合材料具有各組分的性能，同時(shí)能按預(yù)期的使用特性而設(shè)計(jì)制造，并按成分的不同比例可獲得優(yōu)于基體的更高性能。其具有高比強(qiáng)度、高比模量、吸波、透波及低膨脹系數(shù)等優(yōu)越性能,已廣泛應(yīng)用于能源、交通、航天航空、汽車工業(yè)、電子工業(yè)等領(lǐng)域。
    隨著機(jī)載、星載雷達(dá)的發(fā)展，天饋系統(tǒng)作為這一高新技術(shù)載體的核心部分，正向著集成度高、輕小型化、高可靠性的方向發(fā)展，其需要大量高性能的結(jié)構(gòu)材料和功能材料對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。天饋系統(tǒng)通常由天線骨架、天線陣面、饋線及天線罩等部分組成。本文主要介紹幾類復(fù)合材料的特點(diǎn)及其在天饋系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 復(fù)合材料的分類及特點(diǎn)

      復(fù)合材料按使用功能要求可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)件使用，其特點(diǎn)是可根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行組元選材和增強(qiáng)體鋪層設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮各組元的效能；功能復(fù)合材料則具有某種特殊的物理或化學(xué)性能（如電、磁、聲、光、熱等），利用其特殊的性能來實(shí)現(xiàn)特定功能，本文主要利用其電磁、熱特性進(jìn)行設(shè)計(jì)微波元器件。

    復(fù)合材料的主要特點(diǎn)是：性能可設(shè)計(jì)性、與構(gòu)件成型的一致性，具有比強(qiáng)度高、比模量高、抗疲勞斷裂性能好、尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，其綜合性能如表1所示。
       

    
3 復(fù)合材料在天饋系統(tǒng)上應(yīng)用

      3.1 碳纖維復(fù)合材料在天線骨架中的應(yīng)用

      碳纖維復(fù)合材料（CFRP）是集結(jié)構(gòu)承載和電磁功能于一身的優(yōu)質(zhì)材料。同時(shí)隨著雷達(dá)科學(xué)的發(fā)展，陣列面天線已經(jīng)大量使用，天線骨架不僅安裝陣面或反射面，還通常集成發(fā)射、接收、監(jiān)控等分系統(tǒng)，進(jìn)而需承載更大的載荷。根據(jù)兩者的功能特點(diǎn)，將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于設(shè)計(jì)制造天線骨架，將更好地解決框架的剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)和減重設(shè)計(jì)之間的矛盾。

       圖1是某星載雷達(dá)天線陣面骨架，其上安裝有陣列天線、T/R組件、功分器、波控及電源等，骨架包括邊框、中框、接頭和加強(qiáng)板等，尺寸約為5.6m×1.44m,重約800kg。經(jīng)過對模型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)四周骨架方管高80mm、寬72mm、壁厚3mm，并在框架內(nèi)預(yù)埋安裝件，在橫梁與縱梁的連接處使用鋁合金槽形角片連接，并選用表2所示的碳纖維復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果和分析基本吻合，其固有頻率約為49Hz,滿足天線的使用要求。
        
      
      3.2 碳纖維復(fù)合材料在天線反射面中的應(yīng)用

      通過CFRP的電磁波反射、透射等試驗(yàn)研究證明，CFRP的不同鋪層對雷達(dá)波透射系數(shù)影響很大:在單向纖維鋪層中，CFRP層板鋪層層數(shù)越多，則雷達(dá)波反射率就越高，對于單向纖維層板，層數(shù)約25層時(shí)，大約99%以上的雷達(dá)波被反射；在單向纖維鋪層中,纖維與電場方向夾的絕對值|6|(0 ≤|6|≤90°)越大，雷達(dá)波反射率就越小。

      我們應(yīng)用CFRP的電磁波特性，為某雷達(dá)設(shè)計(jì)制造了圖2所示的碳纖維復(fù)合材料天線反射面。該反射面不僅提高了天線的剛強(qiáng)度，而且比傳統(tǒng)的鋁合金天線重量降低了50%左右，同時(shí)具有良好的抗熱變形能力。
      

圖3是該碳纖維復(fù)合材料天線的透過率測試結(jié)果，數(shù)據(jù)表明該天線的反射率大于96％，透過率≤-25dB，符合設(shè)計(jì)、使用要求，滿足電性能指標(biāo)。
      
       3.3 玻璃纖維復(fù)合材料在天線罩上的應(yīng)用

       雷達(dá)天線通常遭受到風(fēng)、雨或飛沙走石等的侵襲，為了保護(hù)其不受這些因素的干擾，確保天線能在惡劣環(huán)境條件下正常工作，我們常使用集電磁波透明性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度于一身的功能性復(fù)合材料罩在雷達(dá)天線上，即：雷達(dá)罩，被稱為雷達(dá)系統(tǒng)的“電磁窗口”。

       雷達(dá)罩常使用玻璃纖維復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計(jì),由于制備工藝的不同,材料的機(jī)械及電氣性能通常也略有不同，表3列出了幾種典型材料的電氣性能。因此設(shè)計(jì)雷達(dá)罩不僅對其風(fēng)載荷、雪載荷等的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核，而且需要對材料的電氣性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且必須根據(jù)相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)測。
       
      3.4 其它復(fù)合材料的應(yīng)用

      隨著材料復(fù)合手段的日漸豐富、制作工藝水平的逐步提高，復(fù)合材料的種類也不斷增加，性能也大幅度優(yōu)化，進(jìn)而就擴(kuò)大了其在饋線系統(tǒng)元器件設(shè)計(jì)中應(yīng)用。金屬基復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。目前，環(huán)行器、移項(xiàng)器、T/R組件等器件使用金屬基復(fù)合材料進(jìn)行電訊及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

      復(fù)合材料以其優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)及電性能在現(xiàn)代雷達(dá)天饋系統(tǒng)中得到來了廣泛的應(yīng)用，加快了雷達(dá)結(jié)構(gòu)向高集成度、高可靠性、輕小型化的方向發(fā)展?，F(xiàn)對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議：

      (1)復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性是一把雙刃劍，給設(shè)計(jì)帶來方便的同時(shí)，也對制作工藝提出更高要求，提高工藝設(shè)計(jì)水平是利用好復(fù)合材料這把利劍的關(guān)鍵。

      (2)在天饋系統(tǒng)中使用復(fù)合材料，必須結(jié)合數(shù)字樣機(jī)技術(shù)，對材料成分和狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式、提高結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度，同時(shí)縮短研發(fā)周期,降低設(shè)計(jì)和制造成本。

      (3)因?yàn)槔走_(dá)天饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸要求精度非常高,對于功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)，還需要做大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作,以滿足產(chǎn)品熱穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性的要求。