一种低频外露机载天线隐身设计

周 萍，郭 文，聂 暾，滕 杰，徐伊达

(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都 610092)

【信息科学与控制工程】

一种低频外露机载天线隐身设计

周 萍，郭 文，聂 暾，滕 杰，徐伊达

(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都 610092)

针对低成本准隐身飞机，探讨了一种低频外露机载天线的隐身设计，提出了一系列的隐身设计措施(例如优化天线外形、改变安装方式、在天线罩表面涂敷吸波材料等)；经过隐身仿真、隐身测试等手段，获取了天线在不同频点、不同极化下的RCS均值，并通过仿真、测试数据对比，验证了隐身改进设计的有效性，并为其他外露物隐身设计提供了设计依据和手段。

隐身设计；低频外露机载天线；吸波材料；隐身仿真；隐身测试；RCS均值

飞机RCS值的有效降低，可以减小敌目标雷达探测的概率并保护飞机免受精确打击，大大提高飞机的战场生存能力[1]。一般飞机的隐身设计是从雷达隐身、红外隐身、射频隐身[2]等方面考虑。而目前的重点研究方向是雷达隐身，主要考虑飞机的外形、天线及外露物、隐身涂料、隐身结构等方面。相对于舰船等其他大型综合系统，大多数飞机系统载机体积狭小、空间有限，作为一个完整且具有多重功能的系统，在十分苛刻的空间条件下必须装备大量电子设备和布置大量天线(导航系统天线、通信系统天线、任务系统天线)，这些大量的天线尤其是外露的天线，对全机的隐身指标占了主要地位，要降低全机的隐身指标，大量的外露天线必须采取隐身设计[3-8]。外露天线要降低RCS值，最直接的办法就是设计成共形天线和内埋天线，但是在飞机外形已定，且装载空间有限的情况下，难于实现低频段天线的共型设计。故本文针对低成本、准隐身飞机，对机上一低频段外露天线提出隐身改进设计措施，通过仿真、测试等手段，验证改进措施是否有效可行。

1 天线设计难点

通过对低频段天线技术指标要求进行分析，该天线主要的设计难点[3]：

1) 带宽宽：工作频段低频段，带宽宽，若按1/8单极子天线设计，高度较高，对RCS指标有较大影响，需要通过增加匹配网络降低高度，技术实现难度大；

2) 重量要求高：由于频段带宽宽，天线体积小型化困难，在满足强度要求的前提下，重量要求很难保证；

3) RCS指标要求高：典型的RCS设计方案主要从结构上考虑，共形设计。比较理想的结构为圆形低剖面结构，一般采用微带天线。微带天线带宽仅10%左右，且辐射面要求较大。另外，由于频段太宽，天线设计时需考虑分段设计，频段切换复杂。因此，采用共形方案难度大，不满足装机要求。

考虑以上难点，在现有外露天线的基础上采取优化外形、改变安装方式、以及加涂敷材料等措施减小天线的RCS值。

2 天线隐身改进设计

2.1 外形改进设计[9]

图1所示低频天线是传统形状刀形天线，头向隐身指标很大，侧向直接是镜面反射，更无隐身可言，难于满足隐身指标要求，故采取图2的柱状天线，该天线进行了如下的改进设计：天线上鞭杆迎风面倾斜30°；天线上鞭杆采用菱形结构、渐变式；天线增益降低到-10 dB左右，使裸露在飞机外表面的上鞭杆尺寸尽量小；天线下鞭杆嵌入机身内部。

图1 刀形天线

图2 柱状天线

2.2 安装方式改进设计

图1的安装底座采用一个大的圆盘，从外往里装，在结构上开一个大的安装孔，增加了表面品质问题，图2采用从里往外装的小圆盘方式，在结构上开孔较小，对表面品质影响较小。

2.3 涂敷隐身材料

对载机RCS值影响最大的肯定是天线的上鞭杆，由于天线的辐射单元在上边杆，在上边杆上喷涂隐身材料对天线电性能指标有影响，通过对喷涂厚度的实测对比，测试在保证天线电性能指标的前提下，在上鞭杆喷涂0.2 mm后的吸波材料。

3 隐身改进前、后的仿真[10]

仿真软件：FEKO，设置求解参数：入射波频率(F1、F2、F3)、入射波波形(平面波入射)、入射波方位角范围(0°～180°，其中0°为机头方向)、入射方位角步长(0.2°)、入射波极化方式(HH或VV)、单双站选择(单站)、计算方法为MLFMM[11]。天线俯仰角0°，天线带水滴载体仿真。

3.1 改进前的隐身仿真

对刀形天线进行了仿真，仿真结果见表1。由于雷达探测的目标大多在飞机的前向和侧向，故选取前向和侧向45°均值作为考核依据。从表1的结果明显看出，3个频点的前向RCS均值在-20～-16 dBsm，侧向均值较差，基本无隐身可言，频点F1的前向、侧向RCS均值都比频点F2、F3的前向、侧向RCS均值差。

表1 刀形天线隐身仿真均值

3.2 改进后的隐身仿真

在上面的改进设计基础上(未喷隐身涂料)仿真曲线见图3～图5。

图3 RCS仿真曲线(频点F1)

图4 RCS仿真曲线(频点F2)

图5 RCS仿真曲线(频点F3)

通过图3～图5和表2可以看出，杆状天线的前向和侧向RCS均值都比刀形天线有一定缩减，尤其是侧向的RCS均值缩减效果明显；在没有喷涂隐身涂料的情况下，F1频点的前向VV极化的均值为-22.69 dBsm、侧向VV极化的RCS均值为-22.99 dBsm。针对该现象，进行了多种结构仿真验证(例如：天线外露部分缩短、天线顶部增加导角、采用三棱状结构等)，效果均不理想，考虑天线外露部分尺寸已经非常小，通过结构改善RCS指标的空间已经不大，只能通过喷涂隐身涂料进一步改善RCS指标。

表2 杆状天线隐身仿真均值

4 改进后的测试[12]

测试分两步，第一步对未喷涂隐身材料的天线摸底测试，主要测试仿真数据较差的频点F1；第二步对上边杆涂覆0.2 mm厚的隐身材料后的天线进行测试，测试频点F1；对F1频点前向、侧向VV极化的RCS均值的仿真、实测结果作了对比，见表3。

从表3发现天线未涂覆吸波材料前，测试结果和仿真结果趋势一致，在天线涂覆吸波材料后F1频点的前向VV极化的RCS值缩减了6 dB左右，侧向VV极化的RCS值缩减了3 dB左右，可见隐身涂料对RCS值降低也行之有效。

表3 F1频点VV极化RCS均值仿真及实测值对比

5 结论

通过对低频段外露天线采取优化外形、改变安装方式以及涂敷吸波材料等措施，在满足天线电性能条件下大大减小了天线的RCS值，效果明显。为机上其他外露天线及外露物的隐身设计提供了有力的设计依据。

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(责任编辑 杨继森)

Improved Methods for Stealth of Low-Frequency Exposed Antenna

ZHOU Ping, GUO Wen, NIE Tun, TENG Jie, XU Yi-da

(Aircraft Industry Chengdu Aircraft Industry (Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, China)

In order to decline designing cost, the methods for the stealth of low-frequency exposed airborne antenna was proposed (such as to optimize appearance of antenna, change the way for installation, coat absorbing materials on the cowling of the antenna and so on). To verify the availability for above means, the comparison was done between stealth simulation and test, which is carried out to obtain these mean values of RCS for different frequency and polarization. The present method can provide guidance for the stealth design in the future.

stealth design; exposed airborne antenna in a low frequency band; absorbing materials; stealth simulation; stealth tests; the mean of RCS

2016-10-22；

2016-11-20 作者简介：周萍(1977—)，女，高级工程师，主要从事飞机系统总体设计与隐身设计研究。

10.11809/scbgxb2017.03.027

周萍,郭文,聂暾,等.一种低频外露机载天线隐身设计[J].兵器装备工程学报，2017(3):117-119.

format:ZHOU Ping, GUO Wen, NIE Tun, TENG Jie, et al.Improved Methods for Stealth of Low-Frequency Exposed Antenna[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(3):117-119.

V218

A

2096-2304(2017)03-0117-03