相控陣天線的電磁性能研究范文

本站小編為你精心準備了相控陣天線的電磁性能研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《電子元件與材料雜志》2015年第十一期

空天電子裝備的輕量化設計是未來電子技術發展的主要方向。由于共形天線技術具有共形陣與載體共形，不破壞載體的力學性能，節省空間，可以快速無慣性掃描等優點被廣泛應用在空天電子裝備上[1]，另外共形天線相比傳統天線體積減少很大，質量也大大減少，從而實現了電子裝備的輕量化，增強了天線的性能，很適合在空天電子裝備上應用。而目前機載共形天線主要工作在微波頻段，微波頻段對天線罩介質材料的電磁特性要求比較高，比如天線表面的介質層的介電損耗、磁損耗要盡量低，并且在工作頻段內其電磁參數變化也要盡可能的小，具有一定的穩定性。而某相控陣共形天線需要對其天線裸陣面表面涂覆涂層進行防護，防止水汽及污染物附著、腐蝕天線裸陣面，從而影響天線的正常工作。但目前一般涂層廠商都沒有提供涂層的相關電磁參數，文獻檢索也未見國內對涂層微波頻段電磁性能研究的相關報道。為了掌握涂層材料電磁性能的測試方法及在2~18GHz內相關涂層材料的電磁性能變化規律，同時為將涂層材料應用于共形相控陣天線裸陣面提供選用依據，筆者開展了這方面的探索性工作。

為了測試在2~18GHz范圍內常用涂層的相對介電常數和磁損耗，根據油漆材料的特性和制樣的難易程度，作者選取了反射-傳輸法進行測試。反射-傳輸法可以應用頻域和時域，又適合于寬頻范圍內的測量，特別是寬帶矢量網絡分析儀結合這一方法可分別實現時域和頻率的應用，成為毫米波頻段復相對介電常數和磁導率測量的有效工具，這個方法的優點是計算復相對介電常數和磁導率是去耦合的，無迭代的，被測量的頻率范圍寬等[4]。

1試樣制作

由于涂層材料具有流動性，太厚，不易固化，因而不能一次性成型到想要的測試標準試樣。本項目采取的思路是先讓涂層固化，制取約2mm厚的圓餅狀漆膜，然后讓漆餅進一步固化，固化工藝具體見表1中的工藝參數。固化過程中采用的溫箱為華邦XT-2型；然后把固化后的熱固性涂層材料制成粉末，由于油漆材料的特殊性，普通的粉碎機難以制出顆粒均勻的漆粉，因而筆者經過多輪實驗采用電磁制粉方式制出了理想的測試用漆粉，該電磁制粉機為上虞市道墟汪盛儀器廠生產的DF-4電磁制樣粉碎機；制粉完后把制成的漆粉裝在潔凈的樣品袋中，抽真空并進行熱壓密封，以免漆粉受潮或污染影響測試結果；最后采用專用模具把制得的漆粉壓制成測試需要的標準環狀試樣。圖1為標準試樣制作的流程。表2和表3為2種試樣的尺寸。從表2、表3的數據可以看出，本方法制得的試樣的一致性很好，厚度尺寸差距≤0.03mm，外徑尺寸差距≤0.03mm，內徑尺寸差距≤0.03mm。因而本方法制得的標準試樣可以應用于測試各試樣的電磁數據。

2試樣測試及結果分析

本次測試委托成都電子科技大學極高頻復雜系統國防重點學科實驗室進行測試。實驗采用Agilent-E8363A寬帶網絡矢量分析儀，測試頻率范圍2~18GHz，要求測試系統加熱30min以上，然后先進行試測試，等待測試系統達到穩態后正式開始測試；測試中采用的數據處理及采集系統為該實驗室自編軟件；測試過程中佩戴一次性無菌手套進行，避免樣品受到污染。

2.1相對介電常數在測試數據中以FEP代表氟聚氨酯磁漆，PE代表丙烯酸聚氨酯漆，PT代表原子灰，FPEP代表氟聚氨酯磁漆底漆。從表示材料的相對介電常數與頻率關系的圖2和圖3可以看出，兩組標準試樣的測試重復性較好，四種材料相對介電常數隨頻率變化的趨勢基本一致。在2~12GHz內，基本上是原子灰的相對介電常數最大，氟聚氨酯磁漆底漆次之，丙烯酸聚氨酯漆再次之，氟聚氨酯磁漆的相對介電常數最小，但其和丙烯酸聚氨酯底漆的相對介電常數差距不大，這主要是由于原子灰、氟聚氨酯磁漆底漆中的無機填料較多的緣故，導致了其相對介電常數較高，特別是原子灰中的無機填料最多，而氟聚氨酯磁漆比丙烯酸聚氨酯漆相對介電常數低的主要原因是丙烯酸聚氨酯漆的分子結構較氟聚氨酯磁漆復雜，從而表現出來極性較氟聚氨酯磁漆強，從而其相對介電常數也較氟聚氨酯磁漆大。從2~18GHz的頻段來看，原子灰的相對介電常數曲線的變化最快，而氟聚氨酯磁漆的相對介電常數變化最慢，這也反映出了氟聚氨酯磁漆的分子結構較為其他三種材料簡單。在10GHz以下的頻段，相對介電常數隨著頻率的增加出現了多個連續的階梯狀下降的走勢，而這每一個階梯對應的是一種極化過程，在這個頻段范圍內主要是由于取向極化、電子極化以及界面極化引起的；而在10~18GHz內四種材料分別出現了相對介電常數的幾個峰值，特別是10~16GHz范圍內：圖2中，原子灰的相對介電常數的峰值為5.8，氟聚氨酯磁漆底漆的相對介電常數峰值為4.6，丙烯酸聚氨酯漆的相對介電常數峰值為3.8，氟聚氨酯磁漆的相對介電常數峰值為3.6；圖3中原子灰的相對介電常數的極大值為5.2，氟聚氨酯磁漆底漆的相對介電常數極大值為4.18，丙烯酸聚氨酯漆和氟聚氨酯磁漆的相對介電常數的極大值均為3.9。出現這種現象的原因是由于當測試頻率接近并分子中某些結構的共振頻率時，相對介電常數先增加，后下降，出現了共振吸收峰[5]，從而導致了四種材料的相對介電常數的峰值的出現。在這個范圍內，圖2和圖3不一致的地方是圖3中丙烯酸聚氨酯漆的相對介電常數降低，這可能由于兩組試樣的厚度差引起的。

2.2磁損耗的測試及結果分析圖4、圖5中的磁損耗是指復磁導率的虛部，復磁導率的實部表示儲存能量的能力，虛部則表示損耗能量的能力，因而以復磁導率的虛部作為磁損耗是合理的。從圖4可以看出，氟聚氨酯磁漆底漆的磁損耗最大，其余三種材料的磁損耗差距不大，但氟聚氨酯磁漆的磁損耗在4GHz附近較大，造成這種情況的原因是由于在底漆材料的添加劑中可能有磁性材料的存在，本試樣的底漆中具有磁性的添加劑是鉻酸鋅鉀的復鹽，原子灰的添加劑主要是硅鹽、金剛砂等，而漆膜材料主要以有機物為主，而鉻酸鋅鉀鹽具備一定的磁性，從而使底漆的磁損耗明顯高于其余三種材料；而氟聚氨酯磁漆在低頻段4GHz附近磁損耗較高的原因可能是由于其分子鏈上引入氟原子的緣故，而氟原子在該頻率附近具有一定的順磁性，從而造成了其在4GHz附近磁損耗的明顯增大。從圖5可以看出，丙烯酸聚氨酯漆在14GHz左右出現了明顯的磁損耗峰值，另外在2GHz左右氟聚氨酯磁漆也出現了明顯的磁損耗峰值，這與圖4的測試數據差異非常大；經過后面對測試過程及制樣過程的檢查發現，由于制樣過程中采用的是鑄鐵坩堝，因而在制樣的后期，標準試樣中很可能混入了鐵粉，而鐵是一種磁性材料，因而當漆粉中摻雜鐵后，就會造成測試試樣磁損耗的增大，葛愛英等[6]對內包覆納米Fe富勒烯的電磁特性研究的結論證實了這一點。

3結論

從2~18GHz四種油漆材料的相對介電常數、磁損耗測試結果來看，氟聚氨酯磁漆和丙烯酸聚氨酯面漆的相對介電常數較低，數值變化趨勢較為一致，相比其他兩種材料走勢也較為簡單；氟聚氨酯磁漆、丙烯酸聚氨酯漆、原子灰的磁損耗較小，相比氟聚氨酯磁漆底漆的數值變化較為平緩。

作者：仝曉剛 單位：中國電子科技集團公司第十研究所