天线的雷达散射截面积(RCS)缩减技术

雷达通信电子战2020-09-19 15:16:29

典型的战斗机的雷达散射截面积(RCS)约1平米,“隐身”飞机的RCS仅为0.01平米,甚至更小。

除非采取特殊措施来减小天线的RCS,否则,即便是最小的平面阵列天线,它的RCS甚至可能达到数千平方米。

由于飞机的雷达天线罩(Radome)对无线电波是透明的,所以如果有“隐身”要求,则必须采取措施来减小安装天线的RCS。


平面阵列的反射

不管是机械扫描阵列天线(MSA)还是电子扫描阵列天线(ESA),它们的阵面(ground plane)都可以简单的看成是一个包含了若干辐射源的平面格子圆盘,如下图。


其他威胁雷达的信号照到天线时会产生后向散射,主要由四部分组成:

1.来自阵面的镜面反射,称之为结构模式(structural mode)反射;

2.由于天线阻抗不匹配而导致部分接收功率反射,再经辐射单元辐射,称为天线模式(antenna mode)反射;

3.由于天线阵列边缘阻抗的不匹配而形成的反射,称为边缘衍射(edge diffraction);

4.结构模式和天线模式反射的随机成分,称为随机散射(random scattering)。


如何减少和控制天线的RCS?

通过精心设计和制造出来的天线,后向散射的四种类型可以控制在可接受的最小范围内而变得无害。

倾斜天线

阵面的镜面反射可以通过倾斜天线致使反射波不沿照射波方向反射来控制。尽管倾斜并不能减少反射,但却可以使威胁我方的雷达无法收到反射波。


倾斜在某种程度上减少了天线的有效孔径面积,减少了天线的增益并展宽了波束,但是我们只以较小的代价就获得了天线被检测出的概率的大幅度降低。

天线模式反射的最小化

在雷达的工作频率上,天线模式反射拥有与发射信号类似的方向图,即一个主瓣附带着几个旁瓣。主瓣的方向是由照射波的入射角和天线阵阵子间相移决定的。


这些反射可以达到最小化,方法是:在天线上采用匹配良好的微波电路,并对设计的细节给予特别的关注。对于宽波段MSA天线和无源ESA天线,即使是来自天线深层的反射也必须消除,这可以通过在馈线(feed)的适当地方插人隔离器(如循环器)来实现。

边缘衍射的最小化

边缘衍射产生的后向反射可以和与天线阵周长有相同尺寸的环天线(loop)产生的后向反射相当。由于环的尺寸是雷达工作波长的很多倍,典型的环形天线方向图包含大量的从宽波方向散开的小瓣。


有些天线在安装时,通过对反射面的整形疏散衍射的能量使其低于威胁雷达的检测门限,可以使边缘衍射变得无害。

还有一些天线在安装时,通过在反射面的边缘应用雷达吸波材料使阻抗值平滑地下降到周围结构的阻抗来减少衍射。


为了确保有效,所采取措施在最低威胁频率上必须至少有四个波长宽,这将大大缩小有效孔径面积。因此,在雷达性能和RCS 性能之间必须有个很好的折衷。

不管怎样,由于ESA天线是永久安装在飞机上某固定位置的,因此,采取措施减少衍射或使其无害是非常有用的。

随机散射的最小化

结构模式和天线模式反射的随机成分可能扩展到很大的角度范围内,因此,不能通过天线的倾斜来避免。为了把它们降低到可接受的程度,天线的微波特性在整个天线阵列内必须是均匀的,这需要严格控制制造偏差。

点击“阅读原文”,发现更多专业知识!