舰艇短波阵列天线抗干扰应用

2019-03-19王添鸽欧刚强

舰船电子对抗 2019年1期

关键词：抗干扰性远场敌方

王添鸽，马迁，欧刚强

(1.海军大连舰艇学院，辽宁大连 066001；2.解放军91917部队，北京 102400)

0 引言

作为海军舰艇通信的重要手段之一，舰艇短波通信多采用单根鞭天线，广泛用于岸舰、舰舰间语音、数据等业务通信保障[1]。由于单根鞭天线属于全向天线，存在着发信效率低、易被侦察和干扰等问题。

对于典型的海军水面舰艇，通常有2根以上独立的鞭天线保障短波发信机工作。如果通过简单改进，增强现有短波通信装备抗干扰性能，将大幅提高复杂电磁环境下的舰艇短波通信保障能力。

1 短波二元阵列天线性能分析

1.1 单鞭天线

单鞭天线的远场辐射功率采用波印廷矢量积分法计算[2-4]，方向性函数为：

(1)

基于舰艇短波通信天线特性,可不考虑地因子，最终的方向函数为：

(2)

按公式(2)对单鞭天线的水平方向图进行仿真，如图1所示。

图1 单鞭天线水平方向图

1.2 短波多元天线阵列

当多根鞭天线组成均匀直线阵，归一化阵因子为：

(3)

ψ=ξ+kdcosδ

(4)

根据方向图乘积定理，可以得出最终均匀直线阵的方向图函数表达式为：

(5)

式中：ξ为各天线间电流相位差；d为相邻阵元之间的距离；δ为天线长度；Δ为电波射线与阵轴线角度；N为阵元个数(鞭状天线根数)；ψ为每根天线与第一根天线总的相位差。

1.3 短波2元天阵列

考虑到舰艇实际情况，当N=2、ψ=0、d=0.25λ时，对于半波天线，ξ分别取0、π/4、π/2、π时，水平方向图如图2所示。

图2 二元阵列天线不同ξ值的水平方向图

由图2可知，对于阵元位置固定的短波二元天线阵列而言，可通过改变天线电流相位差改善天线的水平方向图，以此提高舰艇短波通信的抗干扰性能。

2 舰艇短波二元天线阵列抗干扰性能分析

2.1 相位差计算

由式(5)和图2可知，当d=0.25λ、ξ=π/2时，短波二元天线阵列的水平方向图在0°达到最大值。为计算简便，不妨设二元天线阵列远场信号为：

ξ+d/λ·cosδ]

(6)

为使δ′方向天线增益最大，则有：

(7)

当δ′分别取π/6、π/2、π、3π/2时，对应的ξ值及天线方向图分别如图3、图4所示[5]。

图3 ξ值

图4 2元阵列天线不同δ′值的水平方向图

2.2 抗干扰性能分析

舰艇在海上执行任务期间，以短波单边带通信系统为例，通信接收机端远场通信信号为：

(8)

远场干扰信号为：

(9)

对于短波单边带通信系统，通信接收机端信噪比ρi约等于输入功率的信噪比[6]：

式中：Rt为通信收发距离；Pt，Gt为通信发射机发射功率和增益；qrt为通信接收天线在发射方向上的增益；Pj，Gj为干扰机输出功率和增益；γj为干扰的极化损失；Rj为干扰机到通信接收机距离；qrj(θ)为通信接收天线在干扰方向上的增益；Brj为干扰功率进入通信接收机的百分比。

在我通信双方及敌方干扰兵力位置可知的情况下，通过改变短波二元天线阵列间的相位差，可提高舰艇短波通信的反侦察和抗干扰能力。假设敌方侦察兵力对我实施有效通信侦察及我通信联络对象有效接收的通信信号比值均为1，如图5所示。在短波通信发信机端，当通信联络对象与敌方侦察兵力不在同一方向时，可通过改变短波二元天线阵列间的相位差，将通信联络对象方位置于图中阴影部分，提高在通信方向上的天线增益，将敌方侦察兵力置于其他方位，降低在敌方侦察兵力方向上的天线增益，从而降低敌方对我通信侦察的概率[7-9]。同理，

改变短波二元天线阵列间的相位差，可有效降低qrj(θ)值并增加qrt值，进而改善我方通信接收机信干比，降低敌方干扰效果，必要时可通过选择合适位置的我方其他通信台站转信达成抗干扰通信。