電子干擾飛機天線布局研究

鄧愛國 徐宏兵 張國華 高小紅 馮卉萱

(中航飛機股份有限公司 漢中 723100)

射頻仿真 電磁兼容技術

電子干擾飛機天線布局研究

鄧愛國 徐宏兵 張國華 高小紅 馮卉萱

(中航飛機股份有限公司 漢中 723100)

電子干擾機任務系統(tǒng)具有發(fā)射功率大、干擾頻帶寬的特點，任務系統(tǒng)天線與飛機平臺天線間電磁兼容設計是全機設計的重點，從電子干擾機飛機平臺天線布局、任務系統(tǒng)天線布局、全機天線布局三個方面進行分析并分別給出天線布局的一般原則，最后，以波音737型客機為例，給出將其改裝為電子干擾飛機后天線布局圖，并結合美軍EC－130E通信干擾機，對其天線布局進行了分析，為電子干擾飛機天線布局設計提供參考。

電子干擾飛機;電磁兼容;天線布局

0 引 言

干擾飛機是加裝干擾發(fā)射和偵察設備的特種作戰(zhàn)飛機，以對敵方通信、指揮進行直接干擾、甚至壓制，實現(xiàn)對敵武器裝備“致聾、致盲”。根據干擾對象不同，可分為通信干擾和雷達干擾，根據干擾方式不同，可分為壓制干擾、欺騙干擾等［1］。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭信息化程度的提升，干擾機已成為扼殺敵人“神經系統(tǒng)”的有力武器［2］。

目前世界各國現(xiàn)役干擾飛機均是在已有成熟機型上加裝任務干擾設備和偵察設備設計而成，比較著名的有美國EA－6B“徘徊者”支援干擾機、EA－18G“咆哮者”電子干擾機、EC－130E通信干擾機［3］。干擾飛機在執(zhí)行干擾任務的同時，其偵察系統(tǒng)又可為己方飛機提供一定情報支持。

國內對電子干擾飛機在空戰(zhàn)［4］和配合航母編隊對岸進攻中的配置方法［5］進行了研究，對電子干擾吊艙［6］及常規(guī)電子干擾的干擾效果進行了評估［7］，對美軍電子無人攻擊機發(fā)展現(xiàn)狀和作戰(zhàn)優(yōu)勢的研究也有所涉獵［8］。

為對敵通信、導航系統(tǒng)實現(xiàn)全面干擾，干擾飛機需加裝大功率干擾與高靈敏度偵收的機載任務系統(tǒng)，其工作頻段(HF、VHF、UHF、L、S、C、X、Ku波段)通常會覆蓋飛機平臺絕大部分設備工作頻段，相互之間存在嚴重的同頻、諧波、臨近頻率及互調等不同形式的干擾。同時大功率任務干擾設備發(fā)射時，還易對飛機屏蔽能力薄弱區(qū)域的非用頻電子設備產生干擾，并對飛行人員產生電磁危害，需加強飛機結構電磁防護能力。

電子干擾飛機在原飛機平臺上加裝任務干擾設備，改變了飛機平臺原有電磁特性，天線布局是全機設計重中之重，其設計水平直接影響作戰(zhàn)使命能否順利完成甚至危及飛行安全［9］。

1 天線布局分析

1.1 飛機平臺天線布局分析

為確保飛機正常飛行，飛機平臺配備有通信、導航和雷達等電子設備。根據每個設備工作原理和收、發(fā)電磁波極化方式的不同，飛機平臺天線布局一般應滿足如下要求:

a)通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)主要包括短波和超短波通信，部分飛機還配備衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

短波通信系統(tǒng):通常配置兩套，其天線可采用長約20m的線天線，布置在垂尾至機頭之間，或采用“隱蔽”天線，布置于垂尾內部。

超短波通信系統(tǒng):通常配置兩套，天線也相應配置兩套，為解決通信盲區(qū)問題，分別布置在機背和機腹。

衛(wèi)星通信系統(tǒng):衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線布置在機背。

b)導航系統(tǒng)

導航系統(tǒng)包括慣性/GNSS組合導航系統(tǒng)、無線電羅盤(ADF)、無線電高度表、伏爾儀表組合導航系統(tǒng)、DME測距器、空中交通告警與防撞系統(tǒng)(TCAS)、氣象雷達等。

慣性/GNSS組合導航系統(tǒng):通常配備三套，三個GNSS衛(wèi)星接收天線安裝于機背。

無線電羅盤:通常配備兩套，兩部天線一般安裝于機背，機背確實無法布置時也可布置在機腹，且位于飛機電氣中心位置。布置于機腹會使羅盤難以校準。

無線電高度表:至少配備一套，其中發(fā)射與接收天線各一個，安裝于機腹或機翼下表面。

伏爾儀表組合導航系統(tǒng):是具有儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、微波著陸系統(tǒng)(MLS)、甚高頻全向測向(VOR)及指點信標功能的機載設備，下滑天線、微波著陸天線一般安裝于機頭，伏爾天線安裝于飛機垂尾左右兩側，信標天線安裝在機腹。

DME測距器:一般配備兩套，兩個天線安裝于機腹。

空中交通告警與防撞系統(tǒng)(TCAS):TCAS系統(tǒng)包括兩個TCAS天線和兩個空中交通管制應答機天線，TCAS天線和空管應答機天線于機背和機腹各布置一個。

氣象雷達:天線布置在機頭正前方。

1.2 任務系統(tǒng)天線布局分析

電子干擾飛機任務系統(tǒng)包括任務偵測和干擾系統(tǒng)。為最大限度發(fā)揮干擾機的效能，應盡量保證干擾和偵察天線波束在水平面實現(xiàn)360度覆蓋，在垂直面不受遮擋，且方向圖無畸變。但在實際工程中，為滿足作戰(zhàn)要求，需要任務系統(tǒng)大功率發(fā)射，大部分頻段發(fā)射天線采用陣列形式，因此天線體積龐大，重量重。同時受飛機氣動外形等限制，只有少數重點干擾頻段在飛機上布置時能滿足上述要求，多數頻段天線波束只能覆蓋部分空域(如飛機兩側)，為實現(xiàn)對目標連續(xù)干擾，需調整飛行航線(如在目標區(qū)域一側作往返飛行，飛行路線如圖1示)。偵察天線用于引導干擾系統(tǒng)或情報搜索，體積小、重量輕，通常易滿足上述功能需求。

根據上述分析，任務系統(tǒng)天線有如下幾種布局方式:

a)機背布置任務干擾天線

圖1 干擾飛機飛行路線示意

機背布置“蘑菇形”或“平衡木”天線，如采用“蘑菇形”天線，使用多面相位控制發(fā)射陣列，或機械旋轉單面發(fā)射陣列，可對飛機周圍360度范圍實施干擾。若機背布置“平衡木”雙面發(fā)射天線，其干擾范圍限于機身兩側一定方位，但可通過調整飛機飛行路徑克服。機背布置的優(yōu)點是天線處于較高位置，機身對波束遮擋較小。天線布置位置如圖2中位置3所示。

圖2 任務系統(tǒng)天線安裝位置示意

b)機身兩側對稱位置布置任務發(fā)射天線

任務發(fā)射天線布置于機身兩側對稱位置，對飛機氣動外形影響較小，但受發(fā)射角度限制和機體遮擋，機頭、機尾方位處于波束發(fā)射盲區(qū)。天線布置位置如圖2中位置2所示。

c)機腹下布置任務發(fā)射天線

任務發(fā)射天線(拖曳天線或干擾吊艙)布置于機腹，受機身和機翼遮擋，波束上仰角較小，但下俯角度不受限制，因此對敵方空、地或海面目標實施遠距離干擾，飛機應具備較高的飛行高度。天線安裝位置如圖2中位置7所示。

d)任務偵測系統(tǒng)天線布局

任務偵測系統(tǒng)通過偵收敵方電磁信號，鎖定敵方目標位置，引導干擾系統(tǒng)對其實施干擾。為確定干擾目標位置，任務偵收天線應布置于機體尖端、遮蔽小的部位，并遠離其它發(fā)射天線，每一個(套)偵測天線探測某特定頻段和方位內目標，所有任務偵測天線共同完成飛機周圍全方位、全頻段的探測。

據此，飛機機頭、機尾、左(右)機翼尖端、垂尾頂端宜于布置任務偵測天線，具體布置位置如圖2中位置1、位置4、位置5、位置6所示。

1.3 全機天線布局原則

電磁波在自由空間的衰減［10］為:

L(f·R))=32.44+20lg f+20lgR式中，L為衰減量，單位為dB，f為頻率，單位為MHz，R為觀測點和干擾源距離，單位為Km。

從上式可看出，自由空間衰減與干擾源的頻率和離干擾源的距離成正比，即頻率越高，衰減越大，距離干擾源越遠，干擾場強越小。因此加大干擾源與接收設備的距離實質上是利用電磁場特性達到抑制電磁干擾的最有效的基本方法。

同時，結合上述飛機平臺和任務系統(tǒng)天線布局分析，為確保全機設備兼容工作，全機天線布局應遵循如下基本原則:

a)天線布局設計初期，開展全機天線間隔離度、方向性仿真計算，為全機天線布局提供理論參考;

b)臨近頻率收、發(fā)天線分開布置，增大空間隔離，防止同頻干擾;

c)接收天線盡量避開任務發(fā)射天線主波束; d)借助飛機結構遮擋增大發(fā)射天線與接收天線間隔離度;

e)任務發(fā)射天線布置位置盡量遠離窗口、風擋玻璃等屏蔽效能低的位置，確保機內電磁環(huán)境滿足人員電磁輻射暴露安全限值;

f)對影響飛行安全和任務完成的設備，其天線布置位置應優(yōu)先考慮，保證其不受其它系統(tǒng)干擾;

g)開展全機天線隔離度和相關區(qū)域場強試驗，調整并實現(xiàn)天線布局的合理性。

2 電子干擾飛機天線布局及美軍EC－130E電子干擾機天線布局分析

2.1 電子干擾飛機天線布局

上面從飛機平臺天線布局、任務系統(tǒng)天線布局、全機天線布局三方面對電子干擾機天線布局進行了分析，根據分析，采用波音737型飛機為電子干擾機飛機平臺，加裝任務系統(tǒng)后全機天線布局如圖3所示。

圖3 電子干擾飛機天線布局

由于機身背部加裝任務發(fā)射天線，將原機身上方無線電羅盤天線布置于機腹。任務系統(tǒng)干擾天線和偵收天線布置位置，根據實際天線頻段、數量和天線外形等指標選擇其中一種或幾種，必要時可對具體位置進行調整。若任務發(fā)射天線3外形尺寸太大，布置于中后段影響起飛和著陸時，可設計為伸縮式，或將該天線前移，此時其他天線位置相應調整，將超短波天線2移至現(xiàn)任務發(fā)射天線3位置，高度表天線后移或布置于水平尾翼下表面。大型民航飛機改裝為特種飛機，具有平臺大、航程遠等優(yōu)點，將成為未來特種飛機發(fā)展趨勢。

2.2 美軍EC－130E特種干擾機天線布局分析

EC－130E電子干擾機是美軍用于心理戰(zhàn)和通信干擾的特種飛機，它以C－130運輸機為飛機平臺，加裝任務電子設備改進而成。它的主要任務是對敵方進行電磁壓制，干擾敵方通信，進行心理戰(zhàn)廣播。此外，在作戰(zhàn)中，EC－130E可與其它偵察類飛機不斷交換數據，對友機收集的情報進行補充。EC－130E干擾機主要外部特征如圖4［11］。

圖中，注1、注2、注3、注5、注7所示為EC－130E心理戰(zhàn)干擾機任務干擾系統(tǒng)發(fā)射天線。注1和注7所示的天線陣吊艙和斧形天線位于翼尖下方，與載機接收天線有一定距離，注2所示4個發(fā)射天線位于垂尾兩側，主波束位于機身后方且朝向外側，隔離度較大，不會對載機設備產生嚴重影響。

注3和注5所示為兩種不同極化的拖曳天線，布置于機腹，工作時伸縮天線向外放出，長度可達數百米。伸縮拖曳天線可減小機身對輻射波束的遮擋，增大干擾范圍。

圖4 美國EC－130E心理戰(zhàn)干擾機主要外部特征

3 結 語

本文從電子干擾飛機平臺天線布局、任務系統(tǒng)天線布局和全機天線布局三個方面進行分析，分別給出了飛機平臺天線布局、任務系統(tǒng)天線布局和全機天線布局的一般性原則，并結合美軍EC－130E特種干擾機天線布局進行了分析。通過這些一般性原則可為電子干擾飛機天線布局提供參考。

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Study on Electronic Jamming Aircraft Antenna Arrangement

Deng Aiguo，Xu Hongbing，Zhang Guohua，Gao Xiaohong，F(xiàn)eng Huixuan
(Hanzhong Aircraft Branch，AVIC Aircraft Co.，Ltd，Hanzhong 723100，Shaanxi)

Electronic jamming aircraft’s assignment system is featured with characteristics like high transmitting power and wide jamming frequency band，electromagnetic compatibility design between antenna of assignment system and aircraft platform is emphasis of the whole aircraft.On basis of analyzing three aspects like electronic jamming aircraft platform antenna arrangement，assignment system antenna arrangement，whole aircraft antenna arrangment，general principle on antenna arrangment is given respectively.And finally，take Boeing 737 passenger aircraft as an example，the antenn arrangement diagram is given after it is retrofitted to electronic jamming aircraft，and its antenna arrangement is analyzed combining with USA EC－130E communication jammer，which can be used as reference for designing electronic jamming aircraft antenna arrangement.

electronic jamming aircraft;electromagnetic compatibility;antenna arrangement

TN952

A

1008-8652(2016)04-093-05

2016-07-22

鄧愛國(1964－)，男，高級工程師。主要研究方向為飛機電磁兼容性設計。