基于电子战中天线的研究

刘晏庆夫 李全胜

空军工程大学 陕西 西安 710000

现如今,天线在各个方面改变了生活,也改变了信息化战争的走向。在接受系统中,天线提供增益和方向性。在测向系统中,天线能通过接收到的各种参数准确测量到达方向的数据源。在电子干扰系统中,天线能提供较好的方向定位。在威胁辐射源特别是雷达中,发射天线的增益图和其特有的扫描特性提供了一种敌我识别的重要方式。威胁辐射源天线扫描与极化方式也使许许多多的干扰措施得以应用。

首先我们必须了解什么是天线。天线是一种将电信号转化为电磁波信号或将电磁波信号转化为电信号的一种装置。由于天线处理信号和工作参数各不相同,产生出的天线体积和设计也大不相同。就功能而言,天线即可以实现发射信号,也可以实现接收信号。常用的天线性能参数有以下几种,增益,频率覆盖,带宽,极化,波束宽度,效率等。其中以增益和带宽较为常见。天线增益的几个要点：一是天线是无源器件,不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。二是天线的增益由振子叠加而产生。增益越高,天线长度越长。三是天线增益越高,方向性越好,能量越集中,波瓣越窄。

在整个电子对抗领域,最重要的一个方面就是用各种参数来定义天线波束。主瓣为天线的主波束或者最大增益波束。该波束的形状由其增益和与坐标轴的夹角而确定。副瓣是除主瓣外与主波束方向相反的波束,也是现代化战争中最影响雷达作战性能的一个因素。

以美军电子对抗的观点来看,天线的极化也是影响其性能的一个重要方面。极化最重要的影响就是若它与接收到的信号不匹配,其功率将大大降低。一般来说,线性极化天线在极化方向呈一条直线。圆形极化天线在极化方向上呈现圆形。其重要应用便是利用圆极化天线来接收方位未知的线性极化天线,这颇有一种瓮中捉鳖的感觉,。虽然这样会产生大学3d B的极化损失,但可以避免采用交叉极化方式所带来的超过20d B的损失。如果采用通信链路卫星中的窄带天线并且通过静心设计可以大大减少极化损失,这通常大量应用于雷达告警中。

天线的大量应用也使天线的类型增多。这些天线的角度覆盖范围,增益比,极化方式,体积和形状等参数各不相同。不同场合不同条件下最佳天线的选择也大不一样,通常需要折中考虑性能和其他系统设计参数的影响因子。为了完成特定的功能,天线必须提供适当的角度覆盖和频带宽度。具有360度方位覆盖的天线常被称为全向天线,它提供一致的球面覆盖,但是这种天线只能提供有限的仰角覆盖。尽管如此,必须随时接收来自任意方向的信号,因此它是全向的。定向天线则提供有限的方位覆盖和仰角覆盖。尽管它们必须指向目标发射机或者接收机的位置,但它们提供的增益一般大于360度方位覆盖的天线,它的另外一个优点就是大大降低了无用信号的电平,避免将有用信号发射到敌方的接收机中去。

现如今,相控阵天线在信息战争领域变得越来越重要。在雷达中,相控阵能够从一个目标立即转换到另外一个目标,增强了捕获或跟踪多个目标的效率,但从电子战的角度来看,通常这会使通过分析接受信号的强度随着时间的变化规律来确定威胁雷达的天线参数变得不可能。将相控阵用于接收天线或者干扰天时,可使我方获得与威胁雷达同样的灵活性。举个例子,干扰机可以将干扰功率分配到多个威胁中去。当各项预警探测技术在飞机上得以实现时,相控阵就达到了最佳效果,这就使更多的相控阵阵元加入到了飞机中。相控阵的另外一个优点就是它可以做得与其装载平台形状完全相同。正是相控阵技术的发展,使得机载天线进入了一个全新的阶段。

天线的发展,是雷达整体技术发展的一个缩影。虽然我们并不能根据天线外观来对雷达性能下定论,衡量雷达的总体性能,但是工程上往往注重系统之间的协调和平衡性。如果一个雷达系统整体性能先进,天线自然不能差了。工程师未来还会继续攻克诸如相控阵天线大角度扫描(拓展现阶段一般是±60度的扫描范围)、超宽带、共口径、共形等等难题,促进机载雷达系统的发展。未来的信息化战争的改变也许就从一根小小的天线开始。