基于電子戰(zhàn)中天線的研究

劉晏慶夫 李全勝

空軍工程大學(xué) 陜西 西安 710000

現(xiàn)如今,天線在各個(gè)方面改變了生活,也改變了信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的走向。在接受系統(tǒng)中,天線提供增益和方向性。在測(cè)向系統(tǒng)中,天線能通過(guò)接收到的各種參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)量到達(dá)方向的數(shù)據(jù)源。在電子干擾系統(tǒng)中,天線能提供較好的方向定位。在威脅輻射源特別是雷達(dá)中,發(fā)射天線的增益圖和其特有的掃描特性提供了一種敵我識(shí)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(yīng)用。

首先我們必須了解什么是天線。天線是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁波信號(hào)或?qū)㈦姶挪ㄐ盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種裝置。由于天線處理信號(hào)和工作參數(shù)各不相同,產(chǎn)生出的天線體積和設(shè)計(jì)也大不相同。就功能而言,天線即可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào),也可以實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)。常用的天線性能參數(shù)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(jiàn)。天線增益的幾個(gè)要點(diǎn)：一是天線是無(wú)源器件,不能產(chǎn)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(chǎn)生。增益越高,天線長(zhǎng)度越長(zhǎng)。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(gè)電子對(duì)抗領(lǐng)域,最重要的一個(gè)方面就是用各種參數(shù)來(lái)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(biāo)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(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中最影響雷達(dá)作戰(zhàn)性能的一個(gè)因素。

以美軍電子對(duì)抗的觀點(diǎn)來(lái)看,天線的極化也是影響其性能的一個(gè)重要方面。極化最重要的影響就是若它與接收到的信號(hào)不匹配,其功率將大大降低。一般來(lái)說(shuō),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(xiàn)圓形。其重要應(yīng)用便是利用圓極化天線來(lái)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(jué),。雖然這樣會(huì)產(chǎn)生大學(xué)3d B的極化損失,但可以避免采用交叉極化方式所帶來(lái)的超過(guò)20d B的損失。如果采用通信鏈路衛(wèi)星中的窄帶天線并且通過(guò)靜心設(shè)計(jì)可以大大減少極化損失,這通常大量應(yīng)用于雷達(dá)告警中。

天線的大量應(yīng)用也使天線的類(lèi)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(shù)各不相同。不同場(chǎng)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(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響因子。為了完成特定的功能,天線必須提供適當(dāng)?shù)慕嵌雀采w和頻帶寬度。具有360度方位覆蓋的天線常被稱(chēng)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(shí)接收來(lái)自任意方向的信號(hào),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(biāo)發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)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(gè)優(yōu)點(diǎn)就是大大降低了無(wú)用信號(hào)的電平,避免將有用信號(hào)發(fā)射到敵方的接收機(jī)中去。

現(xiàn)如今,相控陣天線在信息戰(zhàn)爭(zhēng)領(lǐng)域變得越來(lái)越重要。在雷達(dá)中,相控陣能夠從一個(gè)目標(biāo)立即轉(zhuǎn)換到另外一個(gè)目標(biāo),增強(qiáng)了捕獲或跟蹤多個(gè)目標(biāo)的效率,但從電子戰(zhàn)的角度來(lái)看,通常這會(huì)使通過(guò)分析接受信號(hào)的強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化規(guī)律來(lái)確定威脅雷達(dá)的天線參數(shù)變得不可能。將相控陣用于接收天線或者干擾天時(shí),可使我方獲得與威脅雷達(dá)同樣的靈活性。舉個(gè)例子,干擾機(jī)可以將干擾功率分配到多個(gè)威脅中去。當(dāng)各項(xiàng)預(yù)警探測(cè)技術(shù)在飛機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)時(shí),相控陣就達(dá)到了最佳效果,這就使更多的相控陣陣元加入到了飛機(jī)中。相控陣的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它可以做得與其裝載平臺(tái)形狀完全相同。正是相控陣技術(shù)的發(fā)展,使得機(jī)載天線進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。

天線的發(fā)展,是雷達(dá)整體技術(shù)發(fā)展的一個(gè)縮影。雖然我們并不能根據(jù)天線外觀來(lái)對(duì)雷達(dá)性能下定論,衡量雷達(dá)的總體性能,但是工程上往往注重系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和平衡性。如果一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)整體性能先進(jìn),天線自然不能差了。工程師未來(lái)還會(huì)繼續(xù)攻克諸如相控陣天線大角度掃描(拓展現(xiàn)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(jìn)機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展。未來(lái)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的改變也許就從一根小小的天線開(kāi)始。