[发明专利]复合防弹雷达罩壁及其制造方法

说明书

本文中公开的实施方式涉及雷达罩，该雷达罩可被有用地用于由雷达天线构成的雷达系统中。本文中公开的雷达罩的实施方式既具有防弹性能又具有电磁传输性能，因此尤其应用于暴露在弹道威胁的雷达系统中，例如装载在各种战斗车辆、船和飞机上的雷达系统。

雷达罩是雷达系统(即，包含雷达天线的系统)的电磁罩，并且其用于保护系统免受环境要素和威胁的影响，例如保护其免受诸如风、雨、冰雹等影响。雷达罩的一个重要的要求是，雷达罩基本上不会对穿过该雷达罩的雷达波产生不利影响；当被反射的雷达波重新进入该雷达罩而被雷达天线接收时亦如此。因此，原则上雷达罩应具有两个主要品质，即对环境要素足够的结构完整性和耐久性、以及足够的电磁透明性(即，在整个雷达罩内提供满意的雷达波传输效率的足够的电磁性能)。

雷达罩的电磁性能通常是通过雷达罩使在一个方向上穿过雷达罩的雷达波反射、失真和衰减最小化的能力来测定的。传输效率与雷达罩对雷达波的表观透明性(apparent transparency)类似，并表示为当在系统上不使用雷达罩盖时测得的雷达的传输功率的百分数。由于雷达罩可以被认为是电磁装置，所以可以通过调谐雷达罩来优化传输效率。根据几个因素包括雷达罩壁的厚度及其组成，来管理雷达罩的调谐。例如通过仔细选择具有确定的介电常数和损耗正切的材料(介电常数和损耗正切均为雷达系统传送或接收的波频率的函数)，可以调谐雷达罩。调谐不良的雷达罩会使雷达波在不同方向上衰减、散射并反射，这对雷达信号的质量产生有害影响。

业已发现表现良好的一种目前已知的雷达罩壁结构，其被称为A-夹层构造。A-夹层雷达罩壁包含具有膨胀的芯(如蜂窝或含泡沫的芯)的复合板，芯由通常含环氧/玻璃纤维叠层的表皮来界定。整个夹层构造(芯和表皮)的厚度约为雷达波的近入射角(near incidence angles)的四分之一波长厚。这样的A-夹层雷达罩壁例如由EP 0 359 504、EP 0 470 271、GB 633,943、GB 821,250、GB 851,923、US 2,659,884、US 4,980,696、US 5,323，170、US 5,662,293、US 6,028,565、US 6，107,976和US 2004/0113305公开。

尽管这些目前已知的A-夹层构造展现出合适的电磁透明性并且提供了足够的结构完整性来保护雷达系统免受一般的环境威胁，但是它们不能提供防弹保护。采用雷达系统的各种战斗运载工具(例如步兵车、载人飞机和无人飞机、以及海军舰艇)会潜在地受到反对力量的弹道威胁，这当然是不言自明的。因此，如果所提供的雷达罩壁结构既能够具有足够的电磁透明性能又具有足够的防弹性能，则将是非常有益的。本文中所公开的实施方式涉及在此方面提供这样的改进。

一般来说，本文中所公开的复合雷达罩壁结构包含内部固态无空隙的防弹芯和外部抗反射(AR)表面层，表面层将芯夹在中间。根据某些实施方式，防弹芯包含由角度偏向的单向聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯，尤其超高分子量聚乙烯(UHMWPE))单层的压缩叠层，如下文中更详细描述。面片材和/或一个或多个阻抗匹配层可以任选地位于防弹芯和一个(或两个)外部AR层之间，从而使芯与AR表面层结合和/或选择性地调谐雷达罩壁结构至与雷达系统相关联的传送和接收的频率。

复合雷达罩壁结构通常会展现出在2至40GHz的频率上90％或更大的电磁传输效率。因此，根据某些实施方式，在整个2至40GHz的频率范围上会发生0.5dB或更小的传输损失。

除了上文提到的雷达透明性外，根据本文中所公开的实施方式的雷达罩壁结构将展现出防弹性能，特别是国家司法研究所(NIJ)的标准水平III的防弹性能。这些防弹性能确保了雷达罩壁结构提供对抗7.62mm、150格令(9.6克)全金属外壳(FMJ)抛射体的保护，该抛射体具有约2800fps(约847.0m/s)的V50和约3.37x10³至约3.52x10³焦耳之间的动能。

一些优选的实施方式将包括防弹芯，该防弹芯由角度偏向的单向聚乙烯单层的压缩叠层构成。角度偏向的单向聚乙烯单层的叠层可以是单向聚乙烯带材的形式，尤其由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)形成的带材。

根据一些实施方式的抗反射(AR)外部表面层是亚波长表面(SWS)结构，例如由聚丙烯膜构成的SWS结构，其中聚丙烯膜被微型机械加工(例如，经由激光)从而展现出适用于X-波段频率(8-18GHz)的凹陷的浮雕结构。