一種低頻外露機載天線隱身設計

周 萍，郭 文，聶 暾，滕 杰，徐伊達

(中航工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，成都 610092)

【信息科學與控制工程】

一種低頻外露機載天線隱身設計

周 萍，郭 文，聶 暾，滕 杰，徐伊達

(中航工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，成都 610092)

針對低成本準隱身飛機，探討了一種低頻外露機載天線的隱身設計，提出了一系列的隱身設計措施(例如優化天線外形、改變安裝方式、在天線罩表面涂敷吸波材料等)；經過隱身仿真、隱身測試等手段，獲取了天線在不同頻點、不同極化下的RCS均值，并通過仿真、測試數據對比，驗證了隱身改進設計的有效性，并為其他外露物隱身設計提供了設計依據和手段。

隱身設計；低頻外露機載天線；吸波材料；隱身仿真；隱身測試；RCS均值

飛機RCS值的有效降低，可以減小敵目標雷達探測的概率并保護飛機免受精確打擊，大大提高飛機的戰場生存能力[1]。一般飛機的隱身設計是從雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身[2]等方面考慮。而目前的重點研究方向是雷達隱身，主要考慮飛機的外形、天線及外露物、隱身涂料、隱身結構等方面。相對于艦船等其他大型綜合系統，大多數飛機系統載機體積狹小、空間有限，作為一個完整且具有多重功能的系統，在十分苛刻的空間條件下必須裝備大量電子設備和布置大量天線(導航系統天線、通信系統天線、任務系統天線)，這些大量的天線尤其是外露的天線，對全機的隱身指標占了主要地位，要降低全機的隱身指標，大量的外露天線必須采取隱身設計[3-8]。外露天線要降低RCS值，最直接的辦法就是設計成共形天線和內埋天線，但是在飛機外形已定，且裝載空間有限的情況下，難于實現低頻段天線的共型設計。故本文針對低成本、準隱身飛機，對機上一低頻段外露天線提出隱身改進設計措施，通過仿真、測試等手段，驗證改進措施是否有效可行。

1 天線設計難點

通過對低頻段天線技術指標要求進行分析，該天線主要的設計難點[3]：

1) 帶寬寬：工作頻段低頻段，帶寬寬，若按1/8單極子天線設計，高度較高，對RCS指標有較大影響，需要通過增加匹配網絡降低高度，技術實現難度大；

2) 重量要求高：由于頻段帶寬寬，天線體積小型化困難，在滿足強度要求的前提下，重量要求很難保證；

3) RCS指標要求高：典型的RCS設計方案主要從結構上考慮，共形設計。比較理想的結構為圓形低剖面結構，一般采用微帶天線。微帶天線帶寬僅10%左右，且輻射面要求較大。另外，由于頻段太寬，天線設計時需考慮分段設計，頻段切換復雜。因此，采用共形方案難度大，不滿足裝機要求。

考慮以上難點，在現有外露天線的基礎上采取優化外形、改變安裝方式、以及加涂敷材料等措施減小天線的RCS值。

2 天線隱身改進設計

2.1 外形改進設計[9]

圖1所示低頻天線是傳統形狀刀形天線，頭向隱身指標很大，側向直接是鏡面反射，更無隱身可言，難于滿足隱身指標要求，故采取圖2的柱狀天線，該天線進行了如下的改進設計：天線上鞭桿迎風面傾斜30°；天線上鞭桿采用菱形結構、漸變式；天線增益降低到-10 dB左右，使裸露在飛機外表面的上鞭桿尺寸盡量小；天線下鞭桿嵌入機身內部。

圖1 刀形天線

圖2 柱狀天線

2.2 安裝方式改進設計

圖1的安裝底座采用一個大的圓盤，從外往里裝，在結構上開一個大的安裝孔，增加了表面品質問題，圖2采用從里往外裝的小圓盤方式，在結構上開孔較小，對表面品質影響較小。

2.3 涂敷隱身材料

對載機RCS值影響最大的肯定是天線的上鞭桿，由于天線的輻射單元在上邊桿，在上邊桿上噴涂隱身材料對天線電性能指標有影響，通過對噴涂厚度的實測對比，測試在保證天線電性能指標的前提下，在上鞭桿噴涂0.2 mm后的吸波材料。

3 隱身改進前、后的仿真[10]

仿真軟件：FEKO，設置求解參數：入射波頻率(F1、F2、F3)、入射波波形(平面波入射)、入射波方位角范圍(0°～180°，其中0°為機頭方向)、入射方位角步長(0.2°)、入射波極化方式(HH或VV)、單雙站選擇(單站)、計算方法為MLFMM[11]。天線俯仰角0°，天線帶水滴載體仿真。

3.1 改進前的隱身仿真

對刀形天線進行了仿真，仿真結果見表1。由于雷達探測的目標大多在飛機的前向和側向，故選取前向和側向45°均值作為考核依據。從表1的結果明顯看出，3個頻點的前向RCS均值在-20～-16 dBsm，側向均值較差，基本無隱身可言，頻點F1的前向、側向RCS均值都比頻點F2、F3的前向、側向RCS均值差。

表1 刀形天線隱身仿真均值

3.2 改進后的隱身仿真

在上面的改進設計基礎上(未噴隱身涂料)仿真曲線見圖3～圖5。

圖3 RCS仿真曲線(頻點F1)

圖4 RCS仿真曲線(頻點F2)

圖5 RCS仿真曲線(頻點F3)

通過圖3～圖5和表2可以看出，桿狀天線的前向和側向RCS均值都比刀形天線有一定縮減，尤其是側向的RCS均值縮減效果明顯；在沒有噴涂隱身涂料的情況下，F1頻點的前向VV極化的均值為-22.69 dBsm、側向VV極化的RCS均值為-22.99 dBsm。針對該現象，進行了多種結構仿真驗證(例如：天線外露部分縮短、天線頂部增加導角、采用三棱狀結構等)，效果均不理想，考慮天線外露部分尺寸已經非常小，通過結構改善RCS指標的空間已經不大，只能通過噴涂隱身涂料進一步改善RCS指標。

表2 桿狀天線隱身仿真均值

4 改進后的測試[12]

測試分兩步，第一步對未噴涂隱身材料的天線摸底測試，主要測試仿真數據較差的頻點F1；第二步對上邊桿涂覆0.2 mm厚的隱身材料后的天線進行測試，測試頻點F1；對F1頻點前向、側向VV極化的RCS均值的仿真、實測結果作了對比，見表3。

從表3發現天線未涂覆吸波材料前，測試結果和仿真結果趨勢一致，在天線涂覆吸波材料后F1頻點的前向VV極化的RCS值縮減了6 dB左右，側向VV極化的RCS值縮減了3 dB左右，可見隱身涂料對RCS值降低也行之有效。

表3 F1頻點VV極化RCS均值仿真及實測值對比

5 結論

通過對低頻段外露天線采取優化外形、改變安裝方式以及涂敷吸波材料等措施，在滿足天線電性能條件下大大減小了天線的RCS值，效果明顯。為機上其他外露天線及外露物的隱身設計提供了有力的設計依據。

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(責任編輯 楊繼森)

Improved Methods for Stealth of Low-Frequency Exposed Antenna

ZHOU Ping, GUO Wen, NIE Tun, TENG Jie, XU Yi-da

(Aircraft Industry Chengdu Aircraft Industry (Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, China)

In order to decline designing cost, the methods for the stealth of low-frequency exposed airborne antenna was proposed (such as to optimize appearance of antenna, change the way for installation, coat absorbing materials on the cowling of the antenna and so on). To verify the availability for above means, the comparison was done between stealth simulation and test, which is carried out to obtain these mean values of RCS for different frequency and polarization. The present method can provide guidance for the stealth design in the future.

stealth design; exposed airborne antenna in a low frequency band; absorbing materials; stealth simulation; stealth tests; the mean of RCS

2016-10-22；

2016-11-20 作者簡介：周萍(1977—)，女，高級工程師，主要從事飛機系統總體設計與隱身設計研究。

10.11809/scbgxb2017.03.027

周萍,郭文,聶暾,等.一種低頻外露機載天線隱身設計[J].兵器裝備工程學報，2017(3):117-119.

format:ZHOU Ping, GUO Wen, NIE Tun, TENG Jie, et al.Improved Methods for Stealth of Low-Frequency Exposed Antenna[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(3):117-119.

V218

A

2096-2304(2017)03-0117-03