天線RCS縮減

該天線的模式項RCS雖然仍在鼻錐方向,但可通過上述的寬頻帶天線匹配技術來降低。 這種低RCS天線系統的優點是天線設計簡單,RCS減縮效果明顯,缺點是在鼻錐區域以外不能實現地RCS工作,並且在天線匹配頻寬以外仍有較大的模式項RCS貢獻。 載入對消的缺點在於其頻率敏感性,即只能在窄頻帶內降低天線的RCS。

天線RCS減縮途徑

降低天線系統的RCS係數要求天線有效的輻射和接收我方雷達波,儘可能不反射和散射敵方雷達波,這實際上是很難解決的一對矛盾,只能在一定的時間、空間和頻率範圍內,儘量緩和和迴避這種矛盾。

1)天線系統的偽裝技術

對於機載或彈載雷達,通常並不要求飛行全過程處於開機狀態。例如彈載末制導雷帶,大多在接近目標時才啟動雷達,而在相當長的平飛時間內雷達不開機,天線不工作。利用這個特點,可以在雷達不工作時設法將天線隱藏起來,在雷達開機前將天線恢復到正常狀態。實現天線偽裝的技術途徑,可將天線的指向鏇轉90。,使其最大散射方向偏離飛行器頭部區域;或者將天線完全收進機體,使敵方雷達波無法照射到天線;也可在天線外面加裝一個可拆卸的低RCS禁止罩,在雷達開機前自動除去。
天線系統偽裝技術的突出優點是簡單可行,RCS減縮效果顯著,並具有寬頻帶、多極化和寬角度範圍的RCS減縮特點。此外,當天線系統復原後,附加裝置可以不影響原來天線的工作性能。這種途徑的缺點是雷達開機時就完全失去了低RCS天線能力。

2)頻率選擇和極化選擇低RCS天線技術

當敵我雙方雷達處於不同的工作頻段時,可利用頻率選擇表面FSS來實現對帶外威脅雷達波的RCS減縮。FSS可分為帶通型和帶阻型兩大類。利用帶通FSS可做成選頻濾波天線罩,在我方雷達頻帶內它具有很好的透波性能(傳輸係數η≈1),不影響天線收發正常工作;而在通帶以外,濾波罩等效為一個全反射金屬面,利用其流線形表面的低RCS特性,將威脅雷達波散射到各個方向而不照射到天線上,濾波罩的形式可採用周期性FSS結構,也可採用多層介質作成的選頻結構。
利用帶阻型FSS可做成選頻反射面天線,它在我方雷達頻帶內具有良好的反射特性(反射係數:r≈1),保證天線在帶內正常工作;但在帶外,這種表面具有很好的透波性能,因而對威脅雷達波不產生強烈的結構和模式項散射,並可利用裝在FSS反射面後面的雷達吸波材料加以吸收,達到減小帶外RCS的目的。
利用周期結構的極化選擇表面(PSS)對不同極化波的濾波特性,可實現對正交極化入射波的RCS減縮。例如簡單的水平線形柵條結構,利用其對正交(垂直)極化波良好的透波特性,及其後面的材料吸波作用,可將反射面天線的RCS減小約10dB,而對相同極化的天線工作時,其增益下降不到1dB。
頻率選擇和極化選擇低RCS天線技術的特點是不需要增加或改動其原有的主要結構,僅用FSS或PSS代替普通的介質天線罩或金屬反射面,便可達到減小天線RCS的目的,因而特別適合於現有的或在研的雷達天線。它的缺點是對同頻率同極化的威脅雷達波沒有RCS減縮效果。

3)寬頻帶天線匹配技術

天線的模式項散射強度與天線負載(即接收機輸入阻抗)的匹配程度有關,負載匹配越好,則模式項RCS貢獻越小。為了在一個很寬的威脅雷達頻率範圍內降低天線的模式項RCS,要求天線系統的饋源在一個寬頻帶內(包括天線工作頻帶以內及帶外)與接收機匹配良好。常規的天線設計和調配結果可保證天線在帶內匹配良好,但在帶外一般失配較大,因而如何實現天線的寬頻帶匹配(尤其是帶外匹配)仍是一個函待解決的技術問題。

4)行波陣列天線技術

行波陣列天線的最大輻射方向通常都偏離邊射(即陣面法線)方向,而陣面的結構模式項散射RCS峰值則總是在邊射方向。因此,利用二者在空間分離的這種特性,可將雷達天線的最大輻射方向保持在飛行器鼻錐方向,但其RCS值很高的陣面結構模式項散射峰可移到飛行器鼻錐區域以外,因而可顯著減小天線系統在該區域內的單站RCS。該天線的模式項RCS雖然仍在鼻錐方向,但可通過上述的寬頻帶天線匹配技術來降低。行波陣列的形式可採用波導縫隙陣或漏波天線陣,也可採用振子或者微帶陣列天線。利用和差網路將子陣組合起來,亦可構成單脈衝體制的天線系統。這種低RCS天線系統的優點是天線設計簡單,RCS減縮效果明顯,缺點是在鼻錐區域以外不能實現地RCS工作,並且在天線匹配頻寬以外仍有較大的模式項RCS貢獻。

5)天線載入對消技術

天線是一個複合散射體,其總散射場包括結構模式項散射和天線模式項散射兩部分,其中結構模式項散射又可能包括多個散射中心的貢獻。因此通過載入技術調整這些散射場之間的相對振幅和相位關係,便有可能使之互相抵消而達到減縮天線RCS的目的。
載入對消的缺點在於其頻率敏感性,即只能在窄頻帶內降低天線的RCS。要能夠對各種頻率、各種極化和不同入射方向的來波實現天線RCS減縮,必須採用自適應有源載入技術,即根據偵察到的雷達波頻率、極化和入射方向,實時計算出天線自身對該入射波呈現出的RCS振幅和相位,並實時的調整有源載入輻射場的振幅和相位,以實現對該雷達波的最佳RCS減縮。顯然,這將會極大地增加設備的複雜性,這種技術目前尚達到實際套用的水平。

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