陶瓷基頻率選擇表面的研究.pdf

1、雷達(dá)天線罩是當(dāng)代飛行器上的關(guān)鍵部件，一方面要保證雷達(dá)天線系統(tǒng)正常工作，不受外界惡劣環(huán)境影響，同時也是影響飛行器隱身性能的重要因素，因此雷達(dá)天線罩技術(shù)是當(dāng)代飛行器設(shè)計、制造環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本課題從兩方面出發(fā)，一方面研究了頻率選擇表面(FSS)在天線罩中的應(yīng)用，重點在飛行器隱身方面的作用，并總結(jié)了頻率選擇表面的基本理論與方法，設(shè)計了三種不同介質(zhì)加載方式、工作頻率均為10GHz左右的頻率選擇表面；另一方面以低介電常數(shù)的熔融石英陶瓷為研究

2、對象，在石英晶相轉(zhuǎn)變理論的基礎(chǔ)上，通過陶瓷的固相合成制備工藝，并摻入不同雜質(zhì)對材料進(jìn)行改性，最終得到了具有較好電學(xué)性能及力學(xué)性能的陶瓷天線罩材料。
　　首先，總結(jié)了頻率選擇表面的基本理論與分析方法，同時提出了單側(cè)介質(zhì)加載的Y環(huán)型結(jié)構(gòu)頻率選擇表面模型。通過CST MICROWAVE STUDIO微波仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，分析了頻率選擇表面的單元臂長、臂寬、加載介質(zhì)的厚度、入射波入射角度及極化方式等因素對頻率選擇表面濾波性能的影響。仿

3、真結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)模型的中心諧振頻率為10GHz，-1dB帶寬約為0.67GHz，當(dāng)入射波入射角度在±40°范圍內(nèi)時具有較好的角度穩(wěn)定性。此外又設(shè)計了中心諧振頻率同為10GHz，有三層介質(zhì)加載的雙屏級聯(lián)結(jié)構(gòu)頻率選擇表面模型，與單層介質(zhì)加載模型相比，加載多層介質(zhì)的頻率選擇表面具有更寬的帶寬、更平坦的通帶頂部及更好的帶外抑制特性。隨后還提出了一種具有曲折內(nèi)環(huán)的頻率選擇表面，該結(jié)構(gòu)有良好的角度穩(wěn)定性，改進(jìn)后具有在多頻帶工作的潛質(zhì)。最后制作實物

4、樣品并測試，結(jié)果與仿真所得基本一致。
　　其次，研究了石英的晶相轉(zhuǎn)變理論及陶瓷燒結(jié)工藝，并對得到的材料進(jìn)行了相應(yīng)的測試分析，如介電性能和力學(xué)性能等。研究發(fā)現(xiàn)，石英陶瓷的介電常數(shù)隨溫度上升而增大，在1175℃下介電損耗最小，為4.1×10-3，但抗彎強(qiáng)度較差，最大僅為15.5MPa。隨后分別添加了納米級SiO2、Si3N4及Li2O-K2O-Al2O3系玻璃相進(jìn)行摻雜改性，發(fā)現(xiàn)添加納米級 SiO2可以促進(jìn)燒結(jié)，增加樣品致密度，減小介

5、電損耗并提高抗彎強(qiáng)度。Si3N4會在高溫下反應(yīng)生成非晶態(tài)二氧化硅，可以抑制方石英生成，但它的引入增大了樣品的介電常數(shù)及損耗，使樣品介電性能下降。摻雜Li2O-K2O-Al2O3系玻璃相的樣品在1300℃時幾乎全部熔融形成玻璃態(tài)，結(jié)構(gòu)十分致密，抗彎強(qiáng)度最大值達(dá)到了163.65MPa，有顯著提高。同時其介電性能也比較優(yōu)越，介電常數(shù)穩(wěn)定在5.5～6之間，介電損耗最小為4.15×10-3。因此Li2O-K2O-Al2O3系摻雜是一種有潛力的摻雜