機載通信數據鏈系統隱身技術研究

趙 禺

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

在眾多隱形戰斗機設計方案中，大部分方案都將飛機隱身設計重點集中在雷達隱身和紅外隱身層面，并未對射頻隱身給予過多重視。作為射頻隱身系統的一個重要分支，機載通信數據鏈系統能夠在電子戰系統喪失工作能力和雷達關機的環境下自動成為飛機的主動輻射源，保證飛機的正常運行。

1 隱身天線罩設計技術

對于天線罩結構而言，其本質是一種電磁窗口，能夠確保飛機內部天線系統不會遭受到高溫、靜電、雷擊或雨蝕等惡劣環境的影響。具體設計時，不僅要對飛機氣動外形特點和天線輻射性能規律給予重點考慮，而且還要確保電磁波能夠在天線工作頻帶內部自由進出，具備濾波特性和頻率選擇特性。薄層等離子體隱身天線罩結構如圖1所示，其內層和外層都是透明蒙皮。將易電離的氣體填充到腔體中空部位，在射頻放電的作用下使腔體內部生成大量高密度等離子體，從而實現隱身目標[1]。

圖1 薄層等離子體隱身天線罩

2 天線隱身設計技術

2.1 天線共行設計

在傳統設計飛機天線的過程中，天線通常會被安裝在飛機外部，導致飛機蒙皮部位產生突出物，使飛機的氣動特性發生了改變[2]。對于天線共形設計而言，主要是以飛機的氣動性要求和隱身要求為依據，確保天線與飛機能夠合二為一。F-35飛機電子戰系統共形天線結構如圖2所示。根據天線與飛機機翼、飛機平尾的特點進行規劃設計，能夠使飛機表面輻射電磁波的能力大幅降低，解決飛機各個部位受非連續性表面影響而導致的散射問題，使飛機的隱身性能進一步提高[3]。

圖2 F-35飛機電子戰共形天線結構

2.2 孔徑綜合設計

通常情況下，飛機所配備的射頻傳感器種類較多，主要包括電子戰傳感器、雷達傳感器、導航傳感器、偵查傳感器、通信傳感器、航管應答傳感器以及敵我識別傳感器等。如果依然按照傳統分立式、獨立式的思路進行設計，則必然會使飛機攜帶大量天線，增加飛機暴露的概率[4]。在開展孔徑綜合設計的過程中，必須對飛機所有天線的工作頻段、作業時間、極化模式、調制方法以及輻射范圍等因素進行綜合考慮。全面設計各種類型的天線，在確保各項系統的性能滿足要求、功能正常的基礎上，使孔徑實現最大程度的復用與共享，降低飛機整體天線數量的同時，充分壓縮飛機雷達散射截面積（Radar Cross-Section，RCS）。飛機天線孔徑排布如圖3所示。運用孔徑綜合設計能夠使飛機天線數量大幅減少，最大程度降低了天線對飛機隱身性能產生的影響[5]。

圖3 F-22飛機天線孔徑排布

2.3 低副瓣天線

主瓣是對天線方向圖中輻射方向最大波瓣的統稱，剩余波瓣則被統稱為副瓣。當天線具有的輻射功率不變時，副瓣中所包含的輻射能量較多，在一定程度上會使主瓣的能量降低，減小最大增益的同時，使最大通信距離縮短。當天線的副瓣輻射能量較高時，會使數據鏈系統受到干擾的頻率和強度增加，強散射信號能夠進入接收機，并且形成假的通信信號，對正常信號產生影響。天線周圍的大部分空間被副瓣所覆蓋，不僅會使雜波的回波信號增強，提高被對方電子偵察設備發現和截獲的概率，而且還會導致數據鏈系統具有的隱身性能嚴重降低[6]。通常情況下，應用于飛機中的天線一般能夠對主波束以下-25～-30 dB的副瓣進行獲取。要想獲得低于-30 dB的副瓣，則需要采取其他設計方法。例如，通過使用陣列天線互耦補償，能夠有效解決天線陣元之間的互耦影響，使天線具有的整體副瓣電平有所降低[7]。

2.4 定向天線

定向天線主要指輻射范圍能夠覆蓋一定空中領域，在其他區域具有的輻射較小或輻射為零的天線。將定向天線應用于通信數據鏈系統，通過對天線輻射方向的有效控制，能夠將能量充分集中到較小范圍的有用空中領域，從而使數據鏈在其他空中領域被發現或截獲的概率大幅降低，提高數據鏈的隱身能力。F-35飛機多功能先進數據鏈（Multifunction Advanced Data Link，MADL）天線布局如圖4所示。通過采用多功能先進數據鏈，將全向天線替換為6副定向天線，能夠在飛機上實現4π空間全面覆蓋的目標[8]。

圖4 F-35飛機MADL天線布局

2.5 帶內隱身技術

飛機的天線罩具備帶內透波，在天線的工作頻段內，雷達波通過天線罩之后能夠到達天線反射面，從而形成回波，對飛機具有的隱身性能產生一定影響。為了有效解決這個問題，最大程度降低回波強度，這樣能夠在二者相遇的界面形成一個反向對消，使回波能量得到中和或減弱，確保飛機能夠有效實現在天線帶內隱身的目標[9]。

2.6 輻射功率自適應控制技術

在對飛機整體飛行功率進行管理的過程中，通過對作戰威脅環境等級的詳細劃分，相關工作人員必須采取分級、分層方式對具體數據鏈的輻射系統進行有效控制，在確保飛機具有可靠通信質量的基礎上，最大程度降低對外輻射能量，從而減少數據鏈被截獲的可能性。對于功率自適應管理而言，主要是將數據鏈信號發射的所有峰值功率控制在最小程度，并且在任何條件下都能對發射系數進行確定，始終以可接受的最小均方根信噪比為核心[10]。當數據鏈系統設計確定后，只有通信距離能夠對輻射功率的大小產生影響[11]。

3 結 論

通過加強對隱身技術各項功能的積極開發，確保載機在不同空間能夠開展隱蔽通信，提高載機的戰場生存能力，保證順利完成上級指派的各項任務，從而為提升我國綜合實力和維護社會穩定發展提供技術支持。