基于電子戰中天線的研究

劉晏慶夫 李全勝

空軍工程大學 陜西 西安 710000

現如今,天線在各個方面改變了生活,也改變了信息化戰爭的走向。在接受系統中,天線提供增益和方向性。在測向系統中,天線能通過接收到的各種參數準確測量到達方向的數據源。在電子干擾系統中,天線能提供較好的方向定位。在威脅輻射源特別是雷達中,發射天線的增益圖和其特有的掃描特性提供了一種敵我識別的重要方式。威脅輻射源天線掃描與極化方式也使許許多多的干擾措施得以應用。

首先我們必須了解什么是天線。天線是一種將電信號轉化為電磁波信號或將電磁波信號轉化為電信號的一種裝置。由于天線處理信號和工作參數各不相同,產生出的天線體積和設計也大不相同。就功能而言,天線即可以實現發射信號,也可以實現接收信號。常用的天線性能參數有以下幾種,增益,頻率覆蓋,帶寬,極化,波束寬度,效率等。其中以增益和帶寬較為常見。天線增益的幾個要點：一是天線是無源器件,不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。二是天線的增益由振子疊加而產生。增益越高,天線長度越長。三是天線增益越高,方向性越好,能量越集中,波瓣越窄。

在整個電子對抗領域,最重要的一個方面就是用各種參數來定義天線波束。主瓣為天線的主波束或者最大增益波束。該波束的形狀由其增益和與坐標軸的夾角而確定。副瓣是除主瓣外與主波束方向相反的波束,也是現代化戰爭中最影響雷達作戰性能的一個因素。

以美軍電子對抗的觀點來看,天線的極化也是影響其性能的一個重要方面。極化最重要的影響就是若它與接收到的信號不匹配,其功率將大大降低。一般來說,線性極化天線在極化方向呈一條直線。圓形極化天線在極化方向上呈現圓形。其重要應用便是利用圓極化天線來接收方位未知的線性極化天線,這頗有一種甕中捉鱉的感覺,。雖然這樣會產生大學3d B的極化損失,但可以避免采用交叉極化方式所帶來的超過20d B的損失。如果采用通信鏈路衛星中的窄帶天線并且通過靜心設計可以大大減少極化損失,這通常大量應用于雷達告警中。

天線的大量應用也使天線的類型增多。這些天線的角度覆蓋范圍,增益比,極化方式,體積和形狀等參數各不相同。不同場合不同條件下最佳天線的選擇也大不一樣,通常需要折中考慮性能和其他系統設計參數的影響因子。為了完成特定的功能,天線必須提供適當的角度覆蓋和頻帶寬度。具有360度方位覆蓋的天線常被稱為全向天線,它提供一致的球面覆蓋,但是這種天線只能提供有限的仰角覆蓋。盡管如此,必須隨時接收來自任意方向的信號,因此它是全向的。定向天線則提供有限的方位覆蓋和仰角覆蓋。盡管它們必須指向目標發射機或者接收機的位置,但它們提供的增益一般大于360度方位覆蓋的天線,它的另外一個優點就是大大降低了無用信號的電平,避免將有用信號發射到敵方的接收機中去。

現如今,相控陣天線在信息戰爭領域變得越來越重要。在雷達中,相控陣能夠從一個目標立即轉換到另外一個目標,增強了捕獲或跟蹤多個目標的效率,但從電子戰的角度來看,通常這會使通過分析接受信號的強度隨著時間的變化規律來確定威脅雷達的天線參數變得不可能。將相控陣用于接收天線或者干擾天時,可使我方獲得與威脅雷達同樣的靈活性。舉個例子,干擾機可以將干擾功率分配到多個威脅中去。當各項預警探測技術在飛機上得以實現時,相控陣就達到了最佳效果,這就使更多的相控陣陣元加入到了飛機中。相控陣的另外一個優點就是它可以做得與其裝載平臺形狀完全相同。正是相控陣技術的發展,使得機載天線進入了一個全新的階段。

天線的發展,是雷達整體技術發展的一個縮影。雖然我們并不能根據天線外觀來對雷達性能下定論,衡量雷達的總體性能,但是工程上往往注重系統之間的協調和平衡性。如果一個雷達系統整體性能先進,天線自然不能差了。工程師未來還會繼續攻克諸如相控陣天線大角度掃描(拓展現階段一般是±60度的掃描范圍)、超寬帶、共口徑、共形等等難題,促進機載雷達系統的發展。未來的信息化戰爭的改變也許就從一根小小的天線開始。