CN103828124A - 复合天线罩壁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线罩壁，其包含含有被膨胀的聚合物材料的芯分隔的两个表皮的夹层型复合板，其中所述表皮包含含有固结的多个层的多层片材，所述层包含聚合物带。

Description

复合天线罩壁
本发明涉及一种天线罩壁，其包含含有被膨胀的聚合物材料的芯分隔的两个表皮的夹层型复合板。本发明还涉及天线罩和包含雷达天线和本发明的天线罩的雷达系统。
天线罩是雷达系统(即，包含雷达天线的系统)的电磁罩，用它来保护系统免受环境因素的影响，如保护其免受诸如风雨。天线罩的一个重要的要求是，天线罩基本上不会对穿过该天线罩的雷达波产生不利影响；当被反射的雷达波重新进入该天线罩而被雷达天线接收时亦如此。因此，原则上天线罩应具有两个主要品质：对环境要素足够的结构完整性和耐久性、以及在整个天线罩内提供满意的雷达波传输效率的足够的电磁性。
天线罩的电磁性能通常是通过天线罩在一个方向使通过该天线罩的雷达波反射、失真和衰减最小化的能力来测定。传输效率与天线罩对雷达波的表观透明性(apparent transparency)类似，并表示为当系统上不使用天线罩盖时测得的雷达的发射功率的百分比。由于雷达天线罩可以被认为是电磁装置，所以调谐天线罩可以优化传输效率。根据几个因素包括天线罩壁的厚度及其组成来管理天线罩的调谐。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发送或接收的波频率的函数)，可以调谐天线罩。调谐不良的天线罩会使雷达波在不同方向衰减、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现有天线罩壁，被称为A-夹层结构。A-夹层天线罩壁包含具有膨胀的芯(如蜂窝或含泡沫的芯)的复合板，周围是通常含环氧/玻璃纤维叠层的表皮。整个夹层结构(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-夹层天线罩壁例如由EP0843379、EP0359504、EP0470271、GB633,943、GB821,250、GB851,923、US2,659,884、US4,980,696、US5,323，170、US5,662,293、US6,028,565、US6，107,976和US2004/0113305公开。
包含含有合成纤维的表皮的A-夹层天线罩壁例如从US3,002,190中已知，合成纤维的实例是诸如US5，182,155中的聚乙烯纤维和诸如US5,408,244中的芳香族聚酰胺纤维。
夹层天线罩壁的其它例子包括B、C和D夹层。例如C-夹层天线罩壁包含被两个表皮包围的芯，这些表皮本身被芯材料的另一层包围。其它结构在US4,613，350、US4,725,475、US4,677,443、US4,358,772和US3,780,374示出。
据观察，虽然已知的夹层型(也常常被称为复合式)天线罩壁在大多数时候具有令人满意的电磁性能，但这一性能可以得到改善。例如所有这些复合天线罩壁都不具有能为在超高频下工作的天线制造有效天线罩的电磁性能，例如在高于50GHz且甚至高于70GHz的GHz水平。当使用用于超高频天线的已知复合天线罩壁时，观察该天线可能具有短的工作范围并且其功率必须急剧增加，以补偿任何信号损耗。增加天线的功率可以进而降低了天线的工作寿命，并且由于高电力消耗而增加操作成本。
因此，本发明的目标可以是提供一种复合天线罩壁，其能够制造高效宽带天线罩，即，在大的带宽内、尤其在微波带宽内(例如在高达140GHz的频率并且更具体是1GHz到130GHz的频率)显示出良好的电磁透明度的天线罩。
本发明提供了一种天线罩壁，其包含含有被膨胀的聚合物材料的芯分隔的两个表皮(facing)的夹层型复合板，其中所述表皮包含含有固结的多个层的多层片材，所述层包含聚合物带。
据观察，本发明的天线罩壁在宽的频率范围内具有令人满意的电磁性能。具体地，观察到，所述天线罩壁可以对在X波段操作的雷达具有良好的性能，也可以对在W-和/或F-波段操作的雷达具有良好的性能。为清楚起见，X-、W-和F-波段在本文中被理解为分别在8-12GHz、75-110GHz和90-140GHz之间的频率范围。除了上述优点，本发明的天线罩壁在上述范围内的离散频率下可以具有无可比拟的电磁性能，同时对于本领域技术人员来说通过参考下面给出的详细描述这可以变得明显。另外，本发明的天线罩壁显示出良好的机械性能，如强度、刚度和动能吸收。
例如从WO2010/122099中已知使用聚合物带来制造天线罩壁。然而，该出版物的目的是用单层壁(即，由单一材料制成的壁)代替已知的复合天线罩壁，即包含芯和具有表皮(如本发明所述的或在US5，182,155中所描述的)的壁，，因为单层壁可能会更容易构建和维护，并可能有更好的结构稳定性。
“带”在本文中被理解为，具有长度尺寸、宽度尺寸和厚度尺寸的细长体，其中带的长度尺寸大于其厚度尺寸，并且其中所述长度尺寸远大于其厚度尺寸。优选的但不是强制性的，根据本发明所使用的带是非纤维带，即，通过不同于下列方法的方法来得到的带，即包括制备纤维的步骤和使用(即，熔合)纤维来制备带的步骤的方法。在本发明中使用的带优选是固态带，即，通过压缩聚合物粉末床并进一步压延和/或拉伸经压缩的粉末床而得到的带。优选地，带的厚度介于1μm和200μm之间，更优选介于5μm和100μm之间。优选地，带的宽度介于20mm和2000mm之间，更优选介于50mm和1500mm之间，最优选介于80mm和1200mm之间。优选地，所述带的平均厚度介于5μm和400μm之间，更优选介于7.5μm和350μm之间，最优选介于10μm和300μm之间。“带的宽度”在本文中被理解为，所述带的横截面周界上两点之间所测的最大距离。“带的厚度”在本文中被理解为，所述的带的横截面周界上两个相对的点之间所测的最大距离，其中用于测量所述厚度的距离垂直于用于测量带的宽度的距离。优选地，所述带的宽度(W)与平均厚度(T)的比值(W/T)为至多40000，更优选至多30000，最优选至多25000。优选地，所述带的宽度(W)与平均厚度(T)的比值(W/T)为至少20，更优选至少60，最优选至少100。在一个实施方式中，所述带的面密度优选为至多160g/m2，更优选至多70g/m2，最优选至多40g/m2。
根据本发明所定义的带与现有技术的天线罩壁的表皮所含的纤维在结构上不同。所述纤维是具有椭圆形或圆形横截面的细长体，其中所述横截面的最大尺寸与其最小尺寸之比为至多5。
聚合物带在本文中被理解为由聚合物材料制成的带，聚合物材料的合适的例子包括但不限于，聚酰胺和聚芳酰胺，例如聚(对苯二甲酰对苯二胺)；聚(四氟乙烯)(PTFE)；聚(对-苯撑-2,6-苯并二噁唑)(PBO)；液晶聚合物(LCP)，例如Vectran
Figure BDA0000475583390000041
(对羟基苯甲酸和对羟基萘甲酸的共聚物)；聚{2，6-二咪唑并-[4，5b-4'，5’e]吡啶-1，4(2,5-二羟基)苯撑}；聚己二酰己二胺(亦称为尼龙6,6)、聚(4-氨基丁酸)(亦称为尼龙6)；聚酯，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(对苯二甲酸1，4-亚环己基二亚甲基酯)；聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯的均聚物和共聚物；以及聚乙烯醇和聚丙烯腈。
当根据本发明所用的聚合物带是聚烯烃带时得到非常好的结果。当所述带是聚乙烯带、更优选是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)带时，得到甚至更好的结果。优选的UHMWPE的特性粘度(IV)优选为至少2dl/g，更优选至少3.5dl/g，最优选至少5dl/g。优选地，所述UHMWPE的IV为至多40dl/g，更优选至多25dl/g，更优选至多15dl/g。优选地，UHMWPE每100个碳原子具有小于1个侧链，更优选每300个碳原子具有小于1个侧链。进一步优选的UHMWPE具有至少100000g/mol的重均分子量(Mw)，还优选具有至多为6的Mw/Mn比，其中Mn是数均分子量。用于制备聚烯烃的合适的方法可以在例如WO2001/021668和US2006/0142521中找到，这些专利文献通过引用包含在本文中。特别优选的UHMWPE是根据使用WO2010/007062(通过引用包含在本文中)第17和18页所述条件的方法可得到的高度理顺的UHMWPE。
通过如下可以制备聚合物带：将聚合物材料进料到挤出机，在优选高于聚合物材料熔点的温度下挤出带，并且拉伸挤出的带。如果需要，在将聚合物材料进料到挤出机之前，所述材料可以与合适的溶剂混合，比如形成凝胶，在使用高分子量聚合物的情况下这样是优选的。具体地，UHMWPE带的制备在多个出版物中有所描述，包括EP0205960A、EP0213208A1、US4413110、WO0173173A1和Advanced Fiber SpinningTechnology，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN1-855-73182-7、以及其中所列的参考文献，所有均通过引用结合在本文中。在这些出版物中，UHMWPE带是通过凝胶纺丝工艺制备的并且具有有利的机械性能，例如高模量和高拉伸强度。优选地，根据多个出版物中所述的凝胶纺丝工艺来制备UHMWPE带，包括EP0205960A、EP0213208A1、US4413110、GB2042414A、GB-A-2051667、EP0200547B1、EP0472114B1、WO01/73173A1、EP1,699,954和“Advanced Fibre SpinningTechnology”，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN1855731827。为了生产带，可以通过使用具有纺丝狭缝而非纺丝孔的纺丝模具(spinning dyes)对上述方法进行常规调整。
在优选的实施方式中，根据本发明使用的带是通过包括下列步骤的方法制成的：步骤a)将聚合物粉末床加料到一组环带之间，并在低于聚合物粉末熔点的温度下压缩模制介于加压装置之间的粉末床；步骤b)将所得到的压缩模制粉末运送到压延辊之间，以形成带；步骤c)拉伸该带。优选地，所用的聚合物材料是聚烯烃，更优选是UHMWPE。通过根据该实施方式的方法得到的带在本领域通常被称为固态带。
根据本发明，用于制备多层片材的各层包含聚合物带。优选地，所述层是无基质的层，即，基本上不含任何粘合剂、胶黏剂或用于固定所述层的其它材料的层。优选地，所述层基本上由聚合物带组成，更优选地，所述层由聚合物带组成。
在一个实施方式中，聚合物带形成单向织物。“聚合物带的单向织物”在本文中理解为，这样的织物，该织物中的带单向排列并沿着其长度所限定以及单一平面所包含的共同方向(common direction)延伸。两个相邻的带之间可能存在间隙，所述间隙优选为所述两个相邻带的最窄宽度的至多10％、更优选至多5％、最优选至多1％。优选地，带是邻接关系。更优选地，织物包含在其表面的一部分上沿着其长度彼此重叠的相邻带，优选地，重叠部分为所述两个重叠的相邻带的最窄宽度的至多50％、更优选至多25％，最优选至多10％。优选地，带在一个层中延伸的共同方向与带在相邻层中的延伸的共同方向成一定角度，所述角度优选介于45°和90°之间，更优选为约90°。
当聚合物带形成纺织织物时，得到非常好的结果。优选的纺织结构为平纹织物、方平网眼织物、破斜纹(crow feet)织物和缎织织物。最优选的纺织结构是平纹织物。优选地，纺织织物的厚度为带厚度的1.5倍到3倍，更优选为带厚度的约2倍。
在一个实施方式中，用于制备多层片材的至少部分层包含长度和宽度大约与该片材的长度和宽度相同的单个带。在下文中，为了该实施方式的目的，这种带被称为膜。该膜的宽度尺寸和长度尺寸因而取决于片材的尺寸，片材的尺寸又取决于其应用。本领域技术人员可以常规地确定所述膜的横向尺寸。优选地，所述薄膜是各向异性的。“各向异性”在本发明的上下文中表示，两个相互垂直的方向可被限定在膜的平面内，对其，在第一方向上的弹性模量为在与其垂直的方向上的弹性模量的至少3倍。通常，各向异性膜的第一方向是在本领域中也被称为具有最高的机械性能的纵向方向(machine direction)或拉伸方向(或称之为取向的方向)。当含有膜的单层层叠，使得两个相邻单层中膜的取向方向(即，纵向方向)成优选介于45和135°之间、更优选介于65和115°之间、最优选介于80和100°之间的a角时，得到非常好的结果。制备这种各向异性膜的方法例如在W02010/066819中公开，该专利文献通过引用结合在本文中。
根据本发明，表皮包含含有固结的多个层的多层片材。本领域技术人员知道如何使多个层固结，例如通过在升高的温度下(通常低于所述层所含的聚合物带的熔融温度)压缩叠层。优选地，所述多层片材为无基质的多层片材。优选地，所述多层片材具有限定片材体积(sheet volume，Vs)的外表面，其中所述体积基本上由聚合物带组成。然而，所述片材可以包含覆盖所述外表面的至少一个的涂层。
观察到，当多层片材通过包含下列步骤的方法得到时，得到了具有高质量的天线罩壁：
a)提供包含聚合物带的多个层；
b)提供至少一个预形成的聚合物膜；
c)将多个层层叠，以得到叠层，所述叠层具有上表面和与上表面相对的下表面，并且将至少一个预形成的聚合物膜至少放置在上表面上，以产生包含所述叠层和所述预形成的聚合物膜的组件；
d)在至少100bars的压力和小于聚合物带的熔融温度的温度下压缩步骤c)的组件，持续停留时间(dwell time)；
e)将组件冷却到低于70℃，优选至室温，随后释放压力；并且
f)从组件中除去预形成的聚合物膜。
根据本发明方法的步骤b)，提供至少一个预形成的聚合物膜。根据本发明的方法，可以使用由多种聚合物材料制成的预形成的聚合物膜。在一个实施方式中，所述预形成的聚合物膜由与用于制备层中所含的聚合物带的聚合物材料相比不同的(即属于不同的聚合物类别)聚合物材料制成。
用于制备根据本发明的方法所使用的预形成的聚合物膜的优选的聚合物材料包括聚乙烯基的材料(例如聚氯乙烯)和硅酮基的材料。当预形成的聚合物膜是由聚氯乙烯或硅橡胶制成的膜时，可以得到良好的结果。
预形成的聚合物膜的厚度优选为至少50μtm，更优选至少100μtm，最优选至少150μm。优选地，预形成的聚合物膜的的厚度介于100μm和25mm之间，更优选介于200μtm和20mm之间，最优选介于300μtm和15mm之间。例如，对于硅橡胶膜来说，最优选的厚度介于500μtm和15mm之间，而对于聚氯乙烯膜来说，最优选的厚度介于1mm和10mm之间。厚度范围宽的硅橡胶和聚氯乙烯膜是可商购的，可以分别得自例如Arlon(US)和WIN Plastic Extrusion(US)。
观察到，当预形成的聚合物膜的拉伸强度为至少3MPa时，可以得到良好的结果。优选地，预形成的聚合物膜的拉伸强度为至少9MPa，更优选至少15MPa，甚至更优选至少19MPa。如果使用聚氯乙烯膜作为预形成的聚合物膜，优选地，所述聚氯乙烯膜的拉伸强度介于10MPa和25MPa之间，更优选介于13MPa和22MPa之间，最优选介于16MPa和20MPa之间。如果硅橡胶膜被用作预形成的聚合物膜，优选地，所述硅橡胶膜的拉伸强度介于3MPa和20MPa之间，更优选介于5MPa和17MPa之间，最优选介于7MPa和15MPa之间。
一般通过压制温度或者如果使用模具通过模具温度来控制压缩步骤d)期间的温度，并且可以通过例如放置在层之间的热电偶来测量该温度。优选地，选择压缩步骤d)期间的温度低于通过DSC所测的聚合物带的熔融温度(Tm)。如果组件包含不止一种类型的聚合物带，“熔融温度”在本文中被理解为不止一种类型的聚合物带的最低熔融温度。优选地，压缩步骤d)期间的温度比聚合物带的熔融温度低至多20℃，更优选至多10℃，最优选低至多5℃。例如，如果是聚乙烯带，并且更具体如果是UHMWPE带，可以选择优选介于135℃和150℃之间、更优选介于145℃和150℃之间的压缩温度。一般这样选择最低温度，使得得到合理的固结速度即可。在这一方面，50℃是合适的温度下限，优选地，该下限为至少75℃，更优选至少95℃，最优选至少115℃。
本发明的天线罩壁所含的表皮还可以包含涂层，例如环氧树脂、氰酸酯树脂、PTFE和聚丁二烯。在涂布之前，所述表皮还可以采用环氧底漆或适用于所用涂层的其它底漆打底。底漆的合适厚度为0.02到1.0密耳(0.5-25.4μm)，优选为0.05到0.5密耳(1.3-12.7μm)，最优选为0.05到0.25密耳(1.3-6.4μm)。
优选地，各表皮的面密度(AD)为至少100kg/m2，更优选至少200kg/m2，最优选至少300kg/m2。
根据本发明，膨胀的聚合物材料的芯包含在两个表皮之间。“膨胀的聚合物材料”在本文中被理解为，密度低于用于制备该膨胀的聚合物材料的聚合物材料的固有密度的材料。膨胀的聚合物材料的优选实例为聚合物泡沫和聚合物蜂窝。
在一个优选的实施方式中，膨胀的聚合物材料是聚合物泡沫。用于制造这种泡沫的合适的聚合物材料是热塑性和热固性材料，其实例包括聚异氰酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯类、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺及其共混物，还包括其他的合成材料，例如橡胶和树脂。优选的聚合物材料的合适实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚酰亚胺(PEI)、问位芳族聚酰胺、环氧树脂、氰酸酯、PTFE和聚丁二烯。泡沫的具体例子是复合泡沫塑料(syntacticfoam)，即含玻璃微球的泡沫。这样的泡沫是本领域已知的，其具体实例在上述出版物中给出了。优选地，聚合物泡沫为闭孔泡沫，即，其中大多数的孔，最好是全部孔，完全被孔壁所包围的泡沫。优选地，所述泡沫的孔的直径在1μm到80μm的范围内，更优选在5μm到50μtm的范围内，最优选在10μm到30μm的范围内。优选地，所述泡沫的密度介于20和220kg/m3之间，更优选介于50和180kg/m3之间，最优选介于110和140kg/m3之间。优选地，泡沫的介电常数为至多1.40，更优选至多1.15，最优选至多1.05。优选地，根据ASTM D1621测量，泡沫的压缩模量为13000psi，更优选为15000psi，最优选为25000psi。
在另一个实施方式中，膨胀聚合物材料是开孔泡沫或蜂窝。它们共同的特点是，这两种类型的膨胀材料都具有未完全被孔壁包围的孔。
根据本发明，天线罩壁包含夹层型复合板。所述板包含被膨胀的聚合物材料的芯分隔的两个表皮。用于制造这种夹层型板的优选的方法可以包括下列步骤：
i.提供至少两个包含固结的多个层的多层片材，其中所述层包含聚合物带；
ii.提供膨胀的聚合物材料；
iii.使用至少两个片材作为表皮以及膨胀的聚合物材料作为芯，以得到包含两个表皮和所述芯的夹层型结构，其中所述芯被放置在所述表皮之间；以及
iv.在升高的压力和温度下压缩所述夹层型结构，以得到夹层型板。
优选地，在至少500psi、更优选至少700psi、最优选至少1000psi的压力下压缩夹层型结构。优选地，在低于聚合物带以及膨胀聚合物材料的通过DSC测量的熔融温度下压缩所述结构。优选地，所述温度为至多135℃。
为了增强表皮对芯的粘附性，可以在各个表皮和芯之间使用粘合层。优选的粘合剂包括那些基于聚烯烃或改性聚烯烃(例如已知作为Nolax、Exact、Spunfab和LDPE的那些)的那些。据观察，通过使用这种基于聚烯烃的粘合剂，得到具有良好性能的天线罩壁。其它合适的粘合剂可以是基于聚酰胺、聚酯、以及聚氨酯的那些，也包括基于各种弹性体的那些。
最优选的粘合剂是含有乙烯或丙烯与一种或更多种C2-C12的a-烯烃共聚单体的半结晶性共聚物的塑性体，其中根据IS01183测量的所述塑性体的密度介于870和930kg/m3之间。所述塑性体是属于热塑性材料类型的塑性材料。优选地，所述塑性体是通过单点催化剂聚合法制备的，优选地，所述塑性体是茂金属塑性体，即，通过茂金属单点催化剂制备的塑性体。特别地，乙烯是丙烯的共聚物中优选的共聚单体，而丁烯、己烯和辛烯是乙烯共聚物和丙烯共聚物中的优选的a-烯烃共聚单体。在优选的实施方式中，塑性体是乙烯或丙烯的热塑性共聚物并且包含一种或更多种具有2-12个碳原子的a-烯烃(特别是乙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯)作为共聚单体。当使用乙烯和一种或更多种C3-C12的a-烯烃单体作为共聚单体时，共聚物中共聚单体的量通常介于1-50wt.％之间，优选地介于5-35wt.％之间。如果是乙烯共聚物，优选的共聚单体为1-辛烯，所述共聚单体的量介于5wt％和25wt％之间，更优选介于15wt％和20wt％之间。如果是丙烯共聚物，共聚单体的量(特别是乙烯共聚单体的量)通常介于1-50wt.％之间，优选地介于2-35wt.％之间，更优选介于5-20wt.％之间。当塑性体的密度介于880-920kg/m3之间，更优选介于880-910kg/m3之间时，得到良好的结果。
优选地，可以用水射流切割装置或激光切割装置将夹层型板切割为期望的形状。
据观察，本发明的天线罩壁具有独特的电磁性能，并且有可能为设计各种天线罩结构带来较高的自由度，即通过迄今为止已知的材料很少、甚至从未提供过的自由度。尤其对超高频率来说，例如高于50GHz和甚至高于70GHz的频率，本发明的天线罩壁提供了独特的性能。特别是在超高频率下，与已知的材料相比，本发明的材料表现出显著降低的多重反射或共振，否则会放大任何信号噪声至受保护的天线的操作因而可能会严重受损的范围内。观察到，当用于天线罩壁时，本发明的天线罩壁的信噪比良好，这将增加雷达天线系统的效率。
本发明进一步涉及包含本发明的任意一种天线罩壁的天线罩。观察到，所述壁适用于为多种应用所设计的雷达。
特别地，本发明涉及包含测地结构(geodesic structure)的天线罩，所述结构包括本发明的天线罩壁。包含测地结构的天线罩是已知的，例如从US4946736(参见图2及其中的描述)中已知，其内容通过引用结合到本文中。测地结构的其它常见的设计可以包括一个“冰屋(1gloo)”形结构。据观察，本发明的天线罩壁具有足够的机械性能，使得这种天线罩的制造成为可能。
本发明还涉及一种包含天线罩的飞行器，所述天线罩含有本发明的天线罩壁。据观察，本发明的天线罩壁具有使它们可用作飞行器的结构部件的性能，例如，它们可以被用于形成用于飞行器的机身蒙皮的开口的穿孔密封，其中天线位于所述开口内。类似的天线罩结构在US4677443中举例示出，其内容通过引用结合在本文中。
本发明还涉及本发明还涉及一种用在空中、陆地和海上应用装置的结构部件，所述部件包含本发明的天线罩壁。据观察，本发明的所述部件具有良好的结构性能。
本发明还涉及含有本发明的天线罩壁的天线罩，其中所述天线罩适用于阵列天线，例如，相控阵天线(phased array antenna)。在US4783666(通过引用包含在本文中)中、更具体在其附图和附图解释中公开了一种适用于阵列天线的天线罩的设计。US5182155(通过引用包含在本文中)公开了这样的天线罩的其它设计。观察到，对于这样的阵列天线，本发明的天线罩壁使得具有良好电磁性能及机械性能的天线罩的制造成为可能。
本发明还涉及含有球形结构或球形结构的一部分的天线罩，所述结构含有至少一个球形元件，优选含有多个部分球形的元件，所述至少一个元件包含本发明的天线罩壁。US5059972公开了用于构建这种结构的方法，其内容通过引用包含在本文中。据观察，本发明的天线罩壁使球形天线罩的结构适合于包封大型天线，尤其是用于监测天气干扰的那些。
本发明还涉及用于保护不受大气影响的天线罩，所述天线罩包含折叠的刚性结构，所述结构包含本发明的天线罩壁，其中所述天线罩优选还包含柔性的屋顶。这样的天线罩结构例如从US4833837(通过引用包含在本文中)中已知。
本发明还提供了适合于覆盖飞行器、船舶用的雷达天线或其它雷达装置的天线罩，所述天线罩包含本发明的天线罩壁。
本发明还涉及一种包含含有本发明的天线罩壁的天线罩和天线装置的天线罩-天线系统。优选地，该天线装置被选自由天线阵列；微波天线；双重或多重频率的天线(优选在高于39.5GHz的频率下操作)；雷达天线；平面天线；和广播天线组成的组。
“天线”在本发明中理解为，能够发射、发散、传输和/或接收电磁辐射的设备。典型天线的例子包括空中监视雷达天线和卫星通信站天线。
本发明还涉及一种发送和/或接收电磁波的方法，其中本发明的天线罩壁设置在所述电磁波的路径上。例如，包含本发明的天线罩壁的保护结构被用于容纳和/或保护激光器、微波激射器、二极管和其它电磁波产生和/或接收设备。在一个具体的实施方式中，如本文中所述的保护结构与以例如在约1GHz和100GHz之间、更优选在约1GHz和72GHz之间的射频波长操作的设备结合使用。防护结构可以用于保护为监测部分的人体或动物体或其器官、监测天气模式、监视空中或地面交通或侦查飞行器、船或周围的其它交通工具(例如军事设施，包括军舰)所使用的电气设备。
附图表示根据本发明的天线罩壁的典型的电磁响应。
借助于下列实施例和对比例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
测试方法
·根据ASTM D790-07测量样品(表皮或芯)的弯曲强度(flexuralstrength)和模量。为了适应样品的不同厚度，根据ASTM D790-07第7.3段通过采用为样品厚度两倍的负载和支撑刀尖半径(supportnose radius)以及32的跨高比来进行测量。
·纤维的拉伸性能(例如拉伸强度和拉伸模量)按照ASTM D885M的规定，使用名义标定长度为500mm的纤维、50％/min的十字头速度和型号“Fibre Grip D5618C”的Instron2714夹具在多丝纱线上测定。为了计算强度，将所测量的拉伸力除以纤度，纤度通过称重10米长的纤维来确定；假设聚合物的天然密度(例如对UHMWPE来说为0.97g/cm3)来计算数值，以GPa计。
·带和膜的拉伸性能(例如拉伸强度和拉伸模量)，包括预形成的聚合物膜的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率，按照ASTM D882的规定，在25℃下，在宽度为2mm的带上(若适用的话，用刀通过切开膜由膜得到)，使用名义标定长度为440mm的带和50％/min的十字头速度来定义并测定。如果带是通过切开膜而得到，带的性能可视为与得到该带的膜的性能相同。可以根据本领域己知的技术测量涂层的厚度，例如用显微镜(诸如扫描电子显微镜)在被涂材料的横截面上测量。
·本发明任意一个产品的厚度(如果存在的话，包括涂层)可以用千分尺在原始位置以及8个外周的位置上测量，所述外周位置在距原始位置至多0.5厘米的半径内，并且对数值求平均。
·可以用千分尺来测量预形成的聚合物膜的厚度。
·根据ASTM D3418-97通过DSC以20℃/min的加热速度来测量聚合物粉末的熔融温度(也被称为熔点)，其落入熔程内并显示出最高的熔融速率。
·聚合物纤维或带(例如聚烯烃纤维或带)的熔融温度(也被称为熔点)在功率补偿的PerkinElmer DSC-7仪(用铟和锡校准)上通过DSC以10℃/min的加热速度来测定。为了校准(两点温度校准)DSC-7仪，使用约5mg铟和约5mg锡，二者均称重至至少两个小数位。铟用于温度和热流校准；锡仅用于温度校准。用温度为4℃的水来冷却DSC-7的炉台。这样做是为了提供能产生更稳定的基线和良好的样品温度稳定性所需的恒定台温度(constant blocktemperature)。在开始第一次分析之前，炉台的温度应该稳定至少一小时。选取样品，从而获得适于通过光学显微镜看到的相邻纤维的邻近外围纤维表面的代表性横断面。将样品切成最大宽度和长度为5mm的小片，以实现样品重量为至少1mg(+/-0.1mg)。将样品放入铝制的DSC样品盘(50μ1)中，其用铝盖(圆底朝上)盖住然后密封。必须在样品盘(或盖)上打小孔以避免压力积累(会导致样品盘变形并因而使热接触恶化)。
将样品盘放入经校准的DSC-7仪中。将空的样品盘(也用一个盖盖住并密封)放入参照炉中。
进行如下的温度程序：
在40℃下保持5分钟(稳定期)
以10℃/min的速度从40增大到200℃(第一加热曲线)
在200℃下保持5分钟
温度从200降至40℃(冷却曲线)
在40℃下保持5分钟
以10℃/min的速度使温度从40增大到200℃(第二加热曲线)在DSC炉的相同一侧对空盘进行相同的温度程序(空盘测试)。
使用第一加热曲线的分析。从样品曲线中减去空盘测试结果来校正基线弯曲。样品曲线斜率的校正通过如下进行：使峰前和峰后的平滑部分(对于UHMWPE来说在60℃和190℃)的基线对准。峰高是从基线到峰顶点的距离。例如，在UHMWPE的情况下，预期第一加热曲线有两个吸热峰，在这种情况下，测量两个峰的峰高并确定峰高之比。
·为了计算主熔融峰之前的吸热峰过渡的焓，可以使用下面的程序。假设，吸热效应叠加在主熔融峰上。选择反曲形基线(sigmoidalbaseline)以符合主熔融峰曲线，使用PerkinElmer PyrisTM软件通过绘制从峰过渡的左极限到右极限的切线来计算基线范围。所计算的焓是小的吸热峰过渡和反曲形基线之间的峰面积。为了使焓关联到重量％，可以使用校准曲线。
·聚乙烯的特性粘度(Iv)根据方法PTC-179(Hercules Inc.Rev.Apr.29，1982)来测定，测试条件为：在135℃下，十氢化萘中，溶解时问为16小时，采用用量为2g/l溶液的DBPC作为抗氧剂，将在不同浓度下测量的粘度外推得到零浓度下的粘度。
·通过FTIR在2mm厚的压塑膜上如下测定聚乙烯或UHMWPE样品的侧链：使用基于NMR测量的校准曲线量化1375cm-1处的吸收，如EP026915l中所述。
·根据ASTM D-638(84)在25℃和约50％RH下测量无支撑的聚合物膜所用的聚合物涂层的拉伸模量。
·根据ASTM D882-10在23℃和约50％RH下测量无支撑的聚合物膜所用的聚合物涂层的拉伸强度。
·通过公知的Split Post Dielectric Resonator(SPDR)技术对1GHz和20GHz之间的频率测定电磁性能，例如介电常数和介电损耗。对于20GHz以上的频率(例如介于20GHz和144GHz之间的频率)来说，使用开式谐振腔(OR)技术来确定所述电磁性能，其中使用具有凹镜和平面镜的经典的Fabry-Perot谐振器装置。对于这两种技术来说，都使用平面样品，即，样品在其宽度和长度限定的平面上不具有任何曲率。在SPDR技术的情况下，选择尽可能大的样品的厚度，其仅受由装置设计的限制，即，谐振器的最大高度。对于OR技术，选择样品的厚度为约λ/2的整数，其中λ是进行该测试时的波长。由于在SPDR技术的情况下，对测试介电性能的各个频率，使用单独的装置，所以SPDR技术在1.8GHz、3.9GHz和10GHz的频率下进行。对应于这些频率的装置是可商购的，由QWED(波兰)购入但也由Agilent销售。使用这些装置所带的软件来计算电磁性能。对于OR技术来说，根据Clarke，R N，Gregory，A P，Cannell，D，Patrick，M，Wylie，S，Youngs，I，Hill，G的“A Guidetocharacterizationofdielectric materials at RF and Microwavefrequencies”，Institute ofMeasurement and Control/National Physical Laboratory，2003，ISBN：0904457389的第7.1.17及该章节所列的所有参考文献(即，参考文献1-6，特别是参考文献[3]R N Clarke and C B Rosenberg，“Fabry-Perot and Open-resonators at Microwave and Millimetre-WaveFrequencies，2-300GHz”，J.Phys.E:Sci.Instrum.，15，pp9-24，1982)的说明来建造该装置。
·通过下列方法计算在频率间隔中的损耗正切的变量系数：测量至少3个、优选至少5个在频率间隔中的损耗正切，由这些值计算损耗正切的平均值和损耗正切的标准偏差，并用所述标准偏差除以所述平均值。变量系数以％表示。
·下列标准可用于表征板的机械性能：用于弯曲法测量芯剪切性能的ASTM C393(3”x8”x厚度)；用于平拉的ASTM C297(1”x1”x厚度)；用于抗压强度的ASTM C365(1”x1”x厚度)；用于滚筒剥离的ASTM D178(3”x12”x厚度-需要在外皮的两端伸出1”，加上一个3”x14”的外皮片用于校准，表皮为约0.200”厚)；用于芯吸水性的ASTM C272(3”x3”x厚度)；用于冲击后的压缩性能的ASTM D7136(4”x6”x厚度)。除了ASTM D1781之外，所有5个标准均需要5个样品，而ASTM D1781需要6个样品。公差为±0.010”，其中芯厚度为0.500”，总厚度不超过1”。
UHMWPE带的制备
在一个实施方式中，特性粘度为20dl/g的超高分子量聚乙烯与十氢化萘混合，变成7wt％的悬浮液。将悬浮液进料到挤出机中，并在170℃的温度下混合，以产生均匀的凝胶。随后将凝胶进料到宽度为600mm、厚度为800μm的狭缝模具中。挤出通过狭缝模具之后，使凝胶在水浴中淬火，从而产生凝胶带。以3.8的因子拉伸凝胶带，随后在由两部分组成的烘箱中在50℃和80℃下干燥带，直到十氢化萘的量低至1％。该干燥的凝胶带随后在140℃的烘箱中以5.8的拉伸比拉伸，随后进行在150℃的烘箱温度下的第二拉伸步骤，以实现18微米的最终厚度。带的宽度为0.1m，其拉伸强度为440MPa。为了本发明的目的，按照本实施方式制造的带将在本文中被称为凝胶纺丝的带。
在另一个实施方式中，通过将重均分子量Mw介于4百万和5百万之间、特性粘度为约26dl/g的UHMWPE聚合物粉末压成0.2mm厚的带，来制备带。压缩在125℃的温度和约0.02GPa的压力下在双带压力机中进行。通过使0.2mm厚的带在130℃下经过直径为100mm且具有不同的圆周速度的一对反向旋转的辊来辊压该带，形成拉伸6倍的带。在约145℃的烘箱中进一步拉伸该经拉伸的带约5次。所得到的的带的厚度为约15μm，拉伸强度为约1.7GPa，拉伸模量为约115GPa并且宽度为约80mm。该实施方式的方法与EP1627719(通过引用包含在本文中)的方法类似。为了本发明的目的，根据该实施方式制备的带在本文中被称为固态带。
实施例
通过在压力和温度下将多个基本上由上述固态UHMWPE带组成且被布置形成纺织织物的层固结来制备两个多层片材。各层与硅基预形成的膜压在一起。各个多层片材的面密度为约0.5Kg/m2。
固结的片材用作制造天线罩壁的表皮。该表皮被含有R82.110AlcanAirex
Figure BDA0000475583390000172
泡沫的芯分隔。使用被称为Exact
Figure BDA0000475583390000171
的粘合剂来增强表皮和芯之间的连接。以14.5psi(约1bar)的压力在125度下压缩该夹层1h。
该天线罩壁具有优异的结构性能和电磁性能。值得注意的是，通过改变表皮的厚度，夹层对频率的响应变得更加共振。这些共振可以被转移，使在目标频率下的传输损耗最小化。在目标频率4.0GHz、39.5GHz和72GHz的传输效率(TE)大于95％，在高达35°入射角下具有很好的宽带性能。
附图示出该实施例的夹层满足了用于天线罩壁的电磁要求并证实了在多个频带下的优异的传输效率和宽带性能。除了这些优异的电磁性能，还具有优良的结构性能，特别是动能吸收和刚度。

Claims (15)

1.一种天线罩壁，其包含含有被膨胀的聚合物材料的芯分隔的两个表皮的夹层型复合板，其中所述表皮包含含有固结的多个层的多层片材，所述层包含聚合物带。
2.如权利要求1所述的天线罩壁，其中，所述带是固态带。
3.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述带的宽度介于1μm和200μm之间。
4.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述带的面密度为至多160g/m2。
5.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述聚合物带是聚烯烃带。
6.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述带是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)带。
7.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述层是无基质的层。
8.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述聚合物带形成单向织物。
9.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述聚合物带形成纺织织物。
10.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中所述表皮是经涂布的。
11.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述膨胀的聚合物材料是聚合物泡沫。
12.如权利要求11所述的天线罩壁，其中，所述泡沫是闭孔泡沫。
13.如前面任何一个权利要求所述的天线罩壁，其中，所述膨胀聚合物是聚合物泡沫并且其中所述泡沫具有直径在1μm到80μm的范围内的孔。
14.一种天线罩，其包含前面任何一个权利要求所述的天线罩壁。
15.一种天线罩-天线系统，其包含权利要求14所述的天线罩和天线装置。
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