【編者按】縱觀世界機(jī)載雷達(dá)與天線罩發(fā)展情況，面對高空高速锡移、全頻譜全向隱身以及航電系統(tǒng)高度綜合化與信息化的新要求阁吝，應(yīng)進(jìn)一步開展寬帶、隱身绷柒、雙模多模志于、共形陣電磁智能蒙皮、耐高溫材料和超材料/超表面設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用辉巡。

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美國F-22“猛禽”戰(zhàn)機(jī)代表了當(dāng)今世界最先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的技術(shù)水平恨憎，該機(jī)裝備了先進(jìn)有源相控陣?yán)走_(dá)。機(jī)載雷達(dá)作為空戰(zhàn)能力的重要技術(shù)裝備郊楣，其性能是否卓越往往比戰(zhàn)機(jī)本身的性能更能決定空戰(zhàn)的勝負(fù)憔恳。先進(jìn)雷達(dá)必須配備先進(jìn)天線罩，才能顯現(xiàn)最終的净蚤、系統(tǒng)的钥组、優(yōu)越的綜合性能。實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸和隱身性能要求成為雷達(dá)和天線罩技術(shù)的新主題今瀑。

戰(zhàn)機(jī)火控雷達(dá)及天線罩的技術(shù)變革

1程梦、從機(jī)掃到電掃

機(jī)載雷達(dá)在搜索目標(biāo)時，需要不斷改變波束的方向橘荠，其傳統(tǒng)方法是轉(zhuǎn)動天線乞贡，使波束掃過一定的空域、地面或海面克酿，稱為機(jī)械掃描颅唇。把天線做成一個平面，上面有規(guī)則地排列許多個輻射單元和接收單元限匕，稱為陣元西练。利用電磁波的相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制輸往天線各陣元電流相位的變化來改變波束方向?qū)崿F(xiàn)的掃描困荤，稱為電掃描然板。

有源相控陣是指在天線陣中每個天線單元下面都連接一個T/R組件，其中不僅有移相器捎鹤，而且還包含有對射頻信號進(jìn)行功率放大的功率放大器秃标，對回波信號進(jìn)行放大的低噪聲放大器（LNA）、可變衰減器亡荞、控制開關(guān)等教九。20世紀(jì)90年代，代表機(jī)載火控雷達(dá)發(fā)展方向的有源相控陣火控雷達(dá)APG-77研制成功（見圖1）；在歐洲箱靴，英腺逛、法、德國聯(lián)合研制的機(jī)載多功能固態(tài)陣列雷達(dá)（AMSAR）衡怀，用于法國的“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)和歐洲聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)的研制中棍矛；另外，日本抛杨、俄羅斯和以色列也在研制機(jī)載有源相控陣火控雷達(dá)够委。相控陣?yán)走_(dá)易于實(shí)現(xiàn)能量管理，再加上天線陣的低副瓣性能怖现，具有低的截獲概率和隱身能力茁帽。天線罩電性能設(shè)計(jì)和測試要適應(yīng)這種機(jī)掃到電掃的變化。

2屈嗤、從窄帶到寬帶

F-15潘拨、F-16等戰(zhàn)機(jī)裝備的是窄帶脈沖多普勒（PD）火控雷達(dá)，頻帶寬度在300MHz左右饶号；F-22铁追、F-35的雷達(dá)工作頻段為X波段，帶寬在1～4GHz对轴，從窄帶型向?qū)拵娃D(zhuǎn)變溺硼。西方國家的F-15、F-16亮史、F/A-18邪涕、“臺風(fēng)”、“陣風(fēng)”等現(xiàn)役主力戰(zhàn)機(jī)哩敞，也紛紛將火控雷達(dá)改進(jìn)升級為寬帶相控陣?yán)走_(dá)皂计，以提升其作戰(zhàn)能力。

3哼狰、從透波到兼具隱身

通常的天線罩僅對電磁透明的電性能指標(biāo)有要求；新型戰(zhàn)機(jī)還提出了低雷達(dá)散射截面（RCS）的要求色递，即天線罩要對雷達(dá)天線艙的強(qiáng)散射起到屏蔽作用痊追。戰(zhàn)機(jī)提高氣動性能和減少可探測性的要求，導(dǎo)致天線罩電性能設(shè)計(jì)上的一些新的挑戰(zhàn)粪趋。氣動穩(wěn)定性和阻力的改進(jìn)確定由大長細(xì)比蛆狱、帶邊條特征的尖削機(jī)頭天線罩外形設(shè)計(jì)。該外形導(dǎo)致天線電磁波通過天線罩時波前相位的復(fù)雜變化磺浙，把高反射特性引入天線罩的電性能中洪囤，更應(yīng)注意雷達(dá)全方位搜索時雜波的控制。設(shè)計(jì)的天線罩能有效控制寬角副瓣，是保證雷達(dá)在雜波中搜索探測性能的關(guān)鍵瘤缩。

戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)與天線罩的技術(shù)特征

天線罩是雷達(dá)或電子戰(zhàn)系統(tǒng)的重要部分喇完。洛克希德·馬丁公司Skunk工廠（LMSW），在F-22飛機(jī)天線罩副瓣控制和低RCS方面的設(shè)計(jì)達(dá)到極高水平剥啤，研制了模型和設(shè)計(jì)迭代工具以保障初期雷達(dá)／天線罩／氣動力折衷锦溪。這種檢驗(yàn)電磁波對天線罩外形和壁設(shè)計(jì)變化影響的迭代分析能力代表了綜合武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的重大進(jìn)展。當(dāng)特別強(qiáng)調(diào)天線罩的長細(xì)比特性時府怯，這種工具允許氣動力設(shè)計(jì)師在計(jì)劃初期進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和協(xié)商刻诊。

鑒于隱身要求，F(xiàn)-22提出了一種一體化前機(jī)身（IFB）頻率濾波的方案（見圖2）牺丙，該特性允許雷達(dá)波發(fā)射但限制雷達(dá)天線和前部腔體（由天線则涯、安裝架等與天線罩構(gòu)成）暴露在外部。在整個雷達(dá)設(shè)計(jì)期間冲簿，低RCS因素貫穿雷達(dá)設(shè)計(jì)之中并極大地影響了許多方面包括天線罩復(fù)雜性粟判、天線陣面安裝及天線設(shè)計(jì)。

洛克希德·馬丁公司介紹了關(guān)于進(jìn)行F-22低可探測性設(shè)計(jì)而采取的一些措施及理念砍篇。其中以叛，F(xiàn)-22減縮雷達(dá)信號的措施就是應(yīng)用帶通諧振天線罩（bandpass resonant radome）以及低信號特征雷達(dá)，并指出天線罩是F-22上最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件之一笛蛋√酆龋可見，F(xiàn)-22機(jī)頭天線罩采用了頻率選擇表面（FSS）技術(shù)绢拓，并且考慮了帶內(nèi)天線的RCS減縮我值。

飛機(jī)機(jī)頭實(shí)現(xiàn)低RCS的典型構(gòu)型是：采取低截獲率雷達(dá)與頻率選擇天線罩并用的措施，解決機(jī)載雷達(dá)天線所導(dǎo)致的RCS明顯上升的問題然怕。采用有源相控陣?yán)走_(dá)天線岸零，并且雷達(dá)天線向后斜置，以減少直接反射波鱼灶。各邊緣之間的所有表面均光滑地均勻過渡而不會導(dǎo)致表面電流間斷竞蹲，從而避免了因表面突變導(dǎo)致的飛機(jī)信號特征增強(qiáng)。

高性能天線罩材料與新工藝應(yīng)用

由氰酸酯樹脂與S-2玻璃纖維制成的復(fù)合材料是一種良好的透波材料信高。美國道氏公司研制的Tactix Xu71787.07與S-2復(fù)合的材料用于F-22的天線罩闸衫。Xu71787.07的介電常數(shù)低到2.9，與雙馬相當(dāng)诽嘉；損耗角正切為0.002蔚出，低于雙馬；工作溫度接近雙馬虫腋，CAI為259～280 MPa骄酗；加工性與環(huán)氧相當(dāng)；吸濕率1.2%左右。

前機(jī)身中的天線罩趋翻，是在洛克希德·馬丁公司的帕姆戴爾工廠生產(chǎn)的睛琳。薄壁結(jié)構(gòu)天線罩采用玻璃纖維/蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料纏繞成型技術(shù)制造。F-22復(fù)合材料件的加工一律采用Invar鋼模具（內(nèi)裝能測量零件溫度的熱電偶）嘿歌。注重天線罩生產(chǎn)成本風(fēng)險(xiǎn)掸掏，其中將考慮用于研制階段和生產(chǎn)型F-22飛機(jī)天線罩可采用的制造方法。采用分析工具以明顯地減少新天線罩制造方法的轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)宙帝。

F-22的天線罩丧凤、天線以及機(jī)翼、機(jī)身步脓、尾翼的尖銳邊緣均采用了吸波結(jié)構(gòu)晰奉。電子戰(zhàn)天線罩多處于飛機(jī)的邊邊角角，邊緣結(jié)構(gòu)為一種V字形的夾層材料空崇，夾層中有特型的蜂窩芯子措抒。蜂窩芯子的切削加工至為關(guān)鍵，以保證蒙皮與蜂窩之間不存在空穴從而產(chǎn)生雷達(dá)特征問題居绸。成型時用蜂窩芯子將蒙皮推入一V字形工裝內(nèi)而形成夾層結(jié)構(gòu)精克。

F-22飛機(jī)的生產(chǎn)商在生產(chǎn)復(fù)雜的、多層的因登、保護(hù)雷達(dá)天線的多功能天線罩方面經(jīng)歷了困難硅魁，花大力氣進(jìn)行天線罩制造工藝改進(jìn)。通過并行流程模塊結(jié)構(gòu)的使用來加速流程步鸣。設(shè)計(jì)作了大量的改變以適應(yīng)制造工藝的改變枯昂。最終產(chǎn)品必須保持電性能和結(jié)構(gòu)性能，同時也得驗(yàn)證防雷擊和可接受的維修性醒囊。

機(jī)載雷達(dá)與天線罩技術(shù)發(fā)展趨向

1霸瘾、多功能寬帶高透波天線罩

雷達(dá)的多功能性使天線的頻帶加寬，要有相應(yīng)帶寬的天線罩相匹配通熄。美國達(dá)信公司開發(fā)了一種無機(jī)聚合物唆涝，以硅為基，具有獨(dú)特的高溫性能和低的介電常數(shù)唇辨。低的介電常數(shù)廊酣，放大了電厚度的公差，可大大降低制造成本助泽。由這種聚合物制成的復(fù)合材料在538℃以上高溫有穩(wěn)定性，有極好的抗熱沖擊性能和燒蝕性能嚎京。在30MHz到30GHz之間的介電性相當(dāng)穩(wěn)定嗡贺。目前有兩種樹脂正在用來制造天線罩，一種是DI-100樹脂，主要用來浸漬三維石英纖維復(fù)合材料诫睬，用作重返飛行器的天線罩煞茫。另一種是DI-200樹脂，專為天線罩用二維石英纖維織物而開發(fā)的摄凡。這兩種樹脂均可用來制造低介電常數(shù)的合成泡沫材料续徽，以用來制造多層介電梯度功能天線罩，可滿足寬帶要求蘑慕。DI樹脂石英復(fù)合材料室溫下介電常數(shù)為3袒忿，損耗角正切為0.008。加工性與傳統(tǒng)的熱固性樹脂聚酰亞胺同樣容易蕊欣。

2蓖桅、電磁智能蒙皮

如果能把戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)體表面結(jié)構(gòu)作為傳感器的天線孔徑，無疑會極大地提高天線的幅射能力愈秕，從而使傳感器的作用距離和分辨力以及對多目標(biāo)的跟蹤能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍舍稽。美國諾斯羅普·格魯門公司和TRW公司早在20世紀(jì)90年代初就開始研制成了天線功能的電磁智能蒙皮，它既能承載言盼，又能使整個飛機(jī)的外表面變成天線发液，帶來的好處是既降低了結(jié)構(gòu)重量和成本又增強(qiáng)了天線性能。飛機(jī)上大約有100多個天線筐成，占用了60多個孔徑焊辈。采用電磁智能蒙皮可使飛機(jī)機(jī)體上的開口數(shù)量降低65%，減重100～500千克馅溉。1997年3月這種電磁智能蒙皮被安裝在F/A-18SRA試驗(yàn)飛機(jī)的右側(cè)垂尾頂端結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了飛行試驗(yàn)缔类，試驗(yàn)結(jié)果顯示，與F/A-18標(biāo)準(zhǔn)天線相比劲阎，其信噪比提高了15～25dB绘盟，通信距離提高了5倍，信號的空地和空空傳播質(zhì)量大大提高悯仙，改善了飛機(jī)的通信龄毡、導(dǎo)航和識別能力，整體天線也降低了雷達(dá)反射信號锡垄，增強(qiáng)了飛機(jī)的生存能力沦零。

3、耐高溫高透波天線罩

據(jù)分析預(yù)測货岭，美國的NMD在2020年構(gòu)成實(shí)質(zhì)性的威脅路操。應(yīng)對辦法就是遠(yuǎn)程打擊用的戰(zhàn)略武器的突防和生存。導(dǎo)彈再入大氣層很容易被NMD系統(tǒng)測出彈道軌跡而被攔載千贯。采取自由滑翔再入大氣層屯仗，距地面還有500米搞坝，甚至300米時雷達(dá)自動開啟。此時魁袜，NMD發(fā)現(xiàn)已來不及攔載桩撮，這需要耐高溫高透波天線罩，要求在1500℃時仍能保持介電性能的穩(wěn)定性筛毡。

4仆腐、超材料天線罩

超材料在雷達(dá)天線罩、高性能天線等微波器件和隱身等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景敢铲，在雷達(dá)鉴凸、隱身、電子對抗等諸多國防技術(shù)領(lǐng)域擁有應(yīng)用潛力和發(fā)展空間谐昌。由于超材料電磁響應(yīng)的頻譜范圍與結(jié)構(gòu)單元形式及其尺寸的大小密切相關(guān)糙官，具有非常靈活的可調(diào)控性，如果在超材料的傳輸禁帶（即負(fù)介電常數(shù)頻帶內(nèi)）出現(xiàn)一個正的介電常數(shù)頻域筒啄，那么就可得到良好的頻率選擇特性鱼催。可通過合理的設(shè)計(jì)超材料單元結(jié)構(gòu)使其對預(yù)定頻段的電磁波有選擇性地吸收與透射贤方，實(shí)現(xiàn)天線罩罩壁結(jié)構(gòu)的吸波與透波一體化见毒。

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