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[摘 要]机载隐身天线设计是具有高隐身性能的先进战斗机的隐形性能设计问题的重要。简单介绍了隐形雷达形状的基本原理，重点是以下外形设计方法与隐身空中天线和结构的详细细化原则。为了减少这些天线的RCS，将说明这些方法和原理应用于实际天线的结构设计的方法，并给出了工程的例子。
[关键词]隐身天线;结构设计;雷达散射截面
[中图分类号]TN820;V243.4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Structural Design Method and Application of Airborne Stealth Antenna
Zhang Zhe-jun
[Abstract]The design of airborne stealth antenna is very important for the stealth performance design of advanced fighter with high stealth performance. This paper briefly introduces the basic principle of stealth radar shape， focusing on the following shape design methods and detailed refinement principles of stealth aerial antenna and structure. In order to reduce the RCS of these antennas， the application of these methods and principles to the structural design of practical antennas is illustrated， and an engineering example is given.
[Keywords]stealth antenna; structural design; radar cross section
如果飛机的RCS值有效降低的话，被敌人目标雷达检测到的可能性就会降低，可以保护飞机不受攻击，大大提高飞机在战场上的生存率。整体飞机的隐身设计考虑到雷达隐身、红外隐身、RF隐身等。如果是船等其他大规模集成系统的话，大部分的飞机系统载机尺寸小，空间有限。作为一个完整的多功能系统，在非常困难的宇宙环境中，必须配备多个电子设备和天线（导航系统天线、通信系统天线、任务系统天线）。这些天线比较暴露。要降低整个飞机的隐身指标，很多暴露的天线都需要采用隐身设计。降低暴露天线的RCS值最直接的方法是将天线设计为共形天线和内埋天线。但是，如果飞机的形状是固定的并且装载空间是有限的，那么很难实现低频段上的成型天线设计，因此目标是以成本低、接近隐身的飞机为目标，文件是改善暴露在飞机上的低频天线的隐身性能建议对策，改善对策有效，通过模拟和测试验证是否能达成。
1 天线设计难点
主要天线设计的难度如下。首先，带宽宽，工作频带低。设计1/8单极天线的话，高度会增加，对RCS指数有很大的影响。为了降低高度需要增加匹配网络，制作技术很难。第二，必要的重量很大。因为频带的带宽大，难以缩小天线尺寸，所以在满足强度要求的前提下难以保证重量要求。第三，必须提高RCS指数，一般的RCS设计方式主要考虑结构和适合设计。理想的构造是，通常使用微带天线的薄型圆形低剖面结构。微带天线只有10%，辐射面的要求很大。另外，因为频带太宽，天线设计需要考虑分段设计和频带的切换，因为很复杂，所以很难采用满足安装条件的适合系统，需要根据现有的网站天线，对形状进行优化、设置方法的变更等对策，添加涂敷材料以降低天线的RCS值。
2 机载隐身天线结构设计概述
机载隐身天线结构设计主要用外形隐身技术和雷达吸波材料技术，大大降低了飞机的RCS，大大提高了隐身性能。
许多研究和实践表明，由机载天线的RCS特性和飞机平台上的隐身布局形成的强散射特性，对整个飞机的隐身效果产生了很大的影响，成为了一个问题。如果不能有效控制这些天线的散射特性，那么通过形状和材料的隐身实现的整个飞机的高隐身水平将会大大降低。不仅保证在独自的工作频带内的电磁信号的正常收发，还保证在整个隐身工作频带内对电磁信号的低RCS响应。过去10年间进行了很多研究，有了一定的进展。此文档显示了问题的概述。提出了机载综合射频孔径系统的一部分和几个RCS削减概念方案。
一些专家讨论和研究了机载多功能相控阵系统的射频隐身问题，并指出了相控阵系统的RCS减缩技术的方向性。提出了一种基于共振特性和特性的隐形圆顶。超材料元素的频率选择。为了提高天线的隐形性能，对天线工作频带以外的电磁波有良好的吸收效果，研究和提案了与多个天线组合的典型的千鸟开口机构。对应的RCS削减策略现在，大部分的研究把焦点放在模态项（与天线辐射特性相关的RCS削减及控制技术）的分散上，不过，普及构造化项（与天线的形状和设置构造有密切的关系）是次要的。从构造要素的分散对应的构造形状和安装连接设计的观点来看，构造设计非常重要。如果没有严格控制结构设计细节，一些突出的螺纹头和结构支持形成的散射源可能会损害整个天线的隐形性能，因此本文档主要关注形状和结构的细节。如图1所示，在确保空中天线的电磁性能和环境适应性的前提下，将威胁的雷达波的反射抑制到最小限度，进一步降低天线的RCS的空中天线。
3 机载隐身天线结构设计方法
要缩小天线的大小，就必须通过减少天线元件的数量、内埋等方法来设计天线。这些对策对于天线元件的削减作用非常有效。虽然是RCS天线，但是在这些对策的设计过程中，构造设计也非常重要，结构的详细内容直接影响了RCS降低效果，因此本文将重点放在天线和部件形状上。用于进一步固定和降低RCS的结构形式及连接紧固等其他结构细节。 3.1 镜面反射缩减
空中天线的隐身设计主要以单站雷达为对象，单站雷达检测角度的领域是有范围的。因此，针对天线法向的镜面反射，包含雷电圆顶的天线口的表面变细，入射电磁波在不直接超过圆锥方向的其他领域散射。为了减少使用倾斜面的天线的天线口面的关键焦点区域的RCS，在一部分天线结构中，天线结构或室外设置的必要性，因此外侧的安装法兰容易形成强的镜面反射。可将倾斜板添加到天线结构中，或将安装法兰以特定角度倾斜，使电磁波沿天线法线方向入射，分散于天线鼻锥方向外侧的其他区域。天线用于消除或减少这些强镜面反射（图2）。
3.2 角反射器散射缩减
机载天线有很多部件。这些零件通常是用螺丝固定的，在零件的支撑部分和安装接头上可以形成角反射器的构造。角反射器是一种强反射结构。为了排除这些强散射源，在天线结构的设计中必须避免二面角或多面角的形成。两个角度反射器形成在零件的接合处，不利于天线的RCS降低。为了避免角反射器结构的形成，有必要采取天线结构的对策，而不是传统的结构，需要使用楔形结构。露出的情况下，也可以将台阶间距沉入其他零件。使连接的两个部件的表面平滑，避免角反射器结构的形成，提高天线的隐身指标的部件。
3.3 结构细节处理
①伴随着强烈镜面反射和角反射器的排除，天线结构的优化等，为了进一步强化和提高天线的隐身性能，有必要进行详细的构造。天线由焊接结构或其他新结构组成，用于缩小角度反射板的结构，以及由多个部件的关节形成的多个露出的螺钉头形成。未进行特殊处理的螺钉会形成新的散射源，影响RCS天线的缩小。②螺钉或其他固定件的选择和处理需要注意。螺钉的使用需要尽可能减少。固定结构需要用螺钉连接，为了避免由圆柱头螺钉凸起的头部形成的散射源，建议使用沉头螺钉代替圆柱形螺钉。与固定部分的表面相同或稍低，为了避免表面坑运送新的散射源，凹陷处充满了导电胶，以与固定部分的表面保持平坦。③如果在天线的外部采取措施妥善管理天线外部的间隙，电连续性会突然中断，中断时会形成新的弱散射源。要损坏整个天线的隐身性能，即使不做特殊處理，一个或两个缝隙也足够了。因此，在结构设计中，必须注意天线外表的缝隙的设计和处理。要替换以往的直缝隙，需要优先使用Z字形间隙。间隙两侧的部件表面必须尽量缩小间隙的宽度，以确保拉伸。充满导电胶的间隙必须在间隙两侧的表面保持平整。④最大程度避免或减少棱边绕射。以全向散射为特征的棱边衍射或边缘衍射，RCS的带宽分散的重要原因是分散水平低，但是分散是广角分布。天线结构有很多棱边，需要注意结构设计。通过内置设计，可以避免或减少突出的棱边，平滑棱边不可避免的边缘，减少边缘绕射。⑤吸收材料的合理使用和处理。的电磁性能为前提。天线的话，需要在天线上适当填充雷达吸收材料，尽可能降低目标回声强度，同时减少所有方向的RCS。使用吸收性泡沫或胶板材料时，吸收材料的破损需要尽量减少。不可避免的破损，需要在接合处进行必要的边缘填充处理，为了避免由接合部引起的新的分散，需要使接合部平整。
4 某机载隐身天线实例
上述机载隐身天线结构设计方法适用于机载项目的隐身天线结构设计。从形状、结构连接固定形状等各方面采取的隐身对策，以及对结构的详细处理包括以下内容。①为了消除天线口面的强镜面反射，将尖锥化处理天线罩口面和两端面;②直接使用天线底部和轴承平台的螺纹孔卸载天线的安装法兰，通过安装法兰消除强烈的镜面反射和角度反射。③使用沉头螺钉紧固天线罩，排除由以往圆柱头螺钉的凸状头形成的散射源。④在沉头螺纹的底部填充导电胶，使天线罩的表面保持平坦，避免表面凹陷形成新的分散源。⑤为了减少边缘衍射，将线穿过天线的边缘。⑥填充天线内部的雷达吸波材料。⑦在天线内部和底板的接口处使用焊接的方法。与传统的螺钉连接结构相比，避免了由多个螺钉头和连接支架引起的许多凸面和凹面，同时使得散射源减少。完善了结构细节后，效果非常明显。
5 结束语
在简要介绍隐身雷达形状的基本原理的基础上，本文将重点放在特定类型的机载天线的设计方法和结构详细处理的原理上，说明将这些方法和原理应用于结构设计的方法。仿真结果表明，这些机载隐身天线的结构设计手法和结构细节的处理是有效的。一般情况下，高性能隐身的高性能战斗机会更换。传统的非隐身战斗机。为了不让隐身形状、结构和材料达到的整个飞机的高隐身水平在天线后受到损伤，减少机载天线的RCS是非常重要的，为在飞行中从事隐身天线结构设计的同事提供参考理念和技术参考。
参考文献
[1] 杨开平，杨崇刚，罗欢吉，等.机载通信数据链系统隐身技术研究[J].航空精密制造技术，2017，53（6）：12-16.
[2] 王经商，吴华，王文哲，等.机载雷达低截获波形射频隐身性能评估[J].火力与指挥控制，2017，42（10）：133-137.
[3] 时晨光.机载雷达组网射频隐身技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.
[4] 王经商，吴华，史忠亚，等.基于半实物仿真的机载雷达辐射策略射频隐身性能评估[J].火控雷达技术，2016，45（4）：86-92.
[5] 张登材，刘颖，王森，等.机载隐身天线结构设计方法及应用[J].电子信息对抗技术，2020（2）：79-83.
[关键词]隐身天线;结构设计;雷达散射截面
[中图分类号]TN820;V243.4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Structural Design Method and Application of Airborne Stealth Antenna
Zhang Zhe-jun
[Abstract]The design of airborne stealth antenna is very important for the stealth performance design of advanced fighter with high stealth performance. This paper briefly introduces the basic principle of stealth radar shape， focusing on the following shape design methods and detailed refinement principles of stealth aerial antenna and structure. In order to reduce the RCS of these antennas， the application of these methods and principles to the structural design of practical antennas is illustrated， and an engineering example is given.
[Keywords]stealth antenna; structural design; radar cross section
如果飛机的RCS值有效降低的话，被敌人目标雷达检测到的可能性就会降低，可以保护飞机不受攻击，大大提高飞机在战场上的生存率。整体飞机的隐身设计考虑到雷达隐身、红外隐身、RF隐身等。如果是船等其他大规模集成系统的话，大部分的飞机系统载机尺寸小，空间有限。作为一个完整的多功能系统，在非常困难的宇宙环境中，必须配备多个电子设备和天线（导航系统天线、通信系统天线、任务系统天线）。这些天线比较暴露。要降低整个飞机的隐身指标，很多暴露的天线都需要采用隐身设计。降低暴露天线的RCS值最直接的方法是将天线设计为共形天线和内埋天线。但是，如果飞机的形状是固定的并且装载空间是有限的，那么很难实现低频段上的成型天线设计，因此目标是以成本低、接近隐身的飞机为目标，文件是改善暴露在飞机上的低频天线的隐身性能建议对策，改善对策有效，通过模拟和测试验证是否能达成。
1 天线设计难点
主要天线设计的难度如下。首先，带宽宽，工作频带低。设计1/8单极天线的话，高度会增加，对RCS指数有很大的影响。为了降低高度需要增加匹配网络，制作技术很难。第二，必要的重量很大。因为频带的带宽大，难以缩小天线尺寸，所以在满足强度要求的前提下难以保证重量要求。第三，必须提高RCS指数，一般的RCS设计方式主要考虑结构和适合设计。理想的构造是，通常使用微带天线的薄型圆形低剖面结构。微带天线只有10%，辐射面的要求很大。另外，因为频带太宽，天线设计需要考虑分段设计和频带的切换，因为很复杂，所以很难采用满足安装条件的适合系统，需要根据现有的网站天线，对形状进行优化、设置方法的变更等对策，添加涂敷材料以降低天线的RCS值。
2 机载隐身天线结构设计概述
机载隐身天线结构设计主要用外形隐身技术和雷达吸波材料技术，大大降低了飞机的RCS，大大提高了隐身性能。
许多研究和实践表明，由机载天线的RCS特性和飞机平台上的隐身布局形成的强散射特性，对整个飞机的隐身效果产生了很大的影响，成为了一个问题。如果不能有效控制这些天线的散射特性，那么通过形状和材料的隐身实现的整个飞机的高隐身水平将会大大降低。不仅保证在独自的工作频带内的电磁信号的正常收发，还保证在整个隐身工作频带内对电磁信号的低RCS响应。过去10年间进行了很多研究，有了一定的进展。此文档显示了问题的概述。提出了机载综合射频孔径系统的一部分和几个RCS削减概念方案。
一些专家讨论和研究了机载多功能相控阵系统的射频隐身问题，并指出了相控阵系统的RCS减缩技术的方向性。提出了一种基于共振特性和特性的隐形圆顶。超材料元素的频率选择。为了提高天线的隐形性能，对天线工作频带以外的电磁波有良好的吸收效果，研究和提案了与多个天线组合的典型的千鸟开口机构。对应的RCS削减策略现在，大部分的研究把焦点放在模态项（与天线辐射特性相关的RCS削减及控制技术）的分散上，不过，普及构造化项（与天线的形状和设置构造有密切的关系）是次要的。从构造要素的分散对应的构造形状和安装连接设计的观点来看，构造设计非常重要。如果没有严格控制结构设计细节，一些突出的螺纹头和结构支持形成的散射源可能会损害整个天线的隐形性能，因此本文档主要关注形状和结构的细节。如图1所示，在确保空中天线的电磁性能和环境适应性的前提下，将威胁的雷达波的反射抑制到最小限度，进一步降低天线的RCS的空中天线。
3 机载隐身天线结构设计方法
要缩小天线的大小，就必须通过减少天线元件的数量、内埋等方法来设计天线。这些对策对于天线元件的削减作用非常有效。虽然是RCS天线，但是在这些对策的设计过程中，构造设计也非常重要，结构的详细内容直接影响了RCS降低效果，因此本文将重点放在天线和部件形状上。用于进一步固定和降低RCS的结构形式及连接紧固等其他结构细节。 3.1 镜面反射缩减
空中天线的隐身设计主要以单站雷达为对象，单站雷达检测角度的领域是有范围的。因此，针对天线法向的镜面反射，包含雷电圆顶的天线口的表面变细，入射电磁波在不直接超过圆锥方向的其他领域散射。为了减少使用倾斜面的天线的天线口面的关键焦点区域的RCS，在一部分天线结构中，天线结构或室外设置的必要性，因此外侧的安装法兰容易形成强的镜面反射。可将倾斜板添加到天线结构中，或将安装法兰以特定角度倾斜，使电磁波沿天线法线方向入射，分散于天线鼻锥方向外侧的其他区域。天线用于消除或减少这些强镜面反射（图2）。
3.2 角反射器散射缩减
机载天线有很多部件。这些零件通常是用螺丝固定的，在零件的支撑部分和安装接头上可以形成角反射器的构造。角反射器是一种强反射结构。为了排除这些强散射源，在天线结构的设计中必须避免二面角或多面角的形成。两个角度反射器形成在零件的接合处，不利于天线的RCS降低。为了避免角反射器结构的形成，有必要采取天线结构的对策，而不是传统的结构，需要使用楔形结构。露出的情况下，也可以将台阶间距沉入其他零件。使连接的两个部件的表面平滑，避免角反射器结构的形成，提高天线的隐身指标的部件。
3.3 结构细节处理
①伴随着强烈镜面反射和角反射器的排除，天线结构的优化等，为了进一步强化和提高天线的隐身性能，有必要进行详细的构造。天线由焊接结构或其他新结构组成，用于缩小角度反射板的结构，以及由多个部件的关节形成的多个露出的螺钉头形成。未进行特殊处理的螺钉会形成新的散射源，影响RCS天线的缩小。②螺钉或其他固定件的选择和处理需要注意。螺钉的使用需要尽可能减少。固定结构需要用螺钉连接，为了避免由圆柱头螺钉凸起的头部形成的散射源，建议使用沉头螺钉代替圆柱形螺钉。与固定部分的表面相同或稍低，为了避免表面坑运送新的散射源，凹陷处充满了导电胶，以与固定部分的表面保持平坦。③如果在天线的外部采取措施妥善管理天线外部的间隙，电连续性会突然中断，中断时会形成新的弱散射源。要损坏整个天线的隐身性能，即使不做特殊處理，一个或两个缝隙也足够了。因此，在结构设计中，必须注意天线外表的缝隙的设计和处理。要替换以往的直缝隙，需要优先使用Z字形间隙。间隙两侧的部件表面必须尽量缩小间隙的宽度，以确保拉伸。充满导电胶的间隙必须在间隙两侧的表面保持平整。④最大程度避免或减少棱边绕射。以全向散射为特征的棱边衍射或边缘衍射，RCS的带宽分散的重要原因是分散水平低，但是分散是广角分布。天线结构有很多棱边，需要注意结构设计。通过内置设计，可以避免或减少突出的棱边，平滑棱边不可避免的边缘，减少边缘绕射。⑤吸收材料的合理使用和处理。的电磁性能为前提。天线的话，需要在天线上适当填充雷达吸收材料，尽可能降低目标回声强度，同时减少所有方向的RCS。使用吸收性泡沫或胶板材料时，吸收材料的破损需要尽量减少。不可避免的破损，需要在接合处进行必要的边缘填充处理，为了避免由接合部引起的新的分散，需要使接合部平整。
4 某机载隐身天线实例
上述机载隐身天线结构设计方法适用于机载项目的隐身天线结构设计。从形状、结构连接固定形状等各方面采取的隐身对策，以及对结构的详细处理包括以下内容。①为了消除天线口面的强镜面反射，将尖锥化处理天线罩口面和两端面;②直接使用天线底部和轴承平台的螺纹孔卸载天线的安装法兰，通过安装法兰消除强烈的镜面反射和角度反射。③使用沉头螺钉紧固天线罩，排除由以往圆柱头螺钉的凸状头形成的散射源。④在沉头螺纹的底部填充导电胶，使天线罩的表面保持平坦，避免表面凹陷形成新的分散源。⑤为了减少边缘衍射，将线穿过天线的边缘。⑥填充天线内部的雷达吸波材料。⑦在天线内部和底板的接口处使用焊接的方法。与传统的螺钉连接结构相比，避免了由多个螺钉头和连接支架引起的许多凸面和凹面，同时使得散射源减少。完善了结构细节后，效果非常明显。
5 结束语
在简要介绍隐身雷达形状的基本原理的基础上，本文将重点放在特定类型的机载天线的设计方法和结构详细处理的原理上，说明将这些方法和原理应用于结构设计的方法。仿真结果表明，这些机载隐身天线的结构设计手法和结构细节的处理是有效的。一般情况下，高性能隐身的高性能战斗机会更换。传统的非隐身战斗机。为了不让隐身形状、结构和材料达到的整个飞机的高隐身水平在天线后受到损伤，减少机载天线的RCS是非常重要的，为在飞行中从事隐身天线结构设计的同事提供参考理念和技术参考。
参考文献
[1] 杨开平，杨崇刚，罗欢吉，等.机载通信数据链系统隐身技术研究[J].航空精密制造技术，2017，53（6）：12-16.
[2] 王经商，吴华，王文哲，等.机载雷达低截获波形射频隐身性能评估[J].火力与指挥控制，2017，42（10）：133-137.
[3] 时晨光.机载雷达组网射频隐身技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.
[4] 王经商，吴华，史忠亚，等.基于半实物仿真的机载雷达辐射策略射频隐身性能评估[J].火控雷达技术，2016，45（4）：86-92.
[5] 张登材，刘颖，王森，等.机载隐身天线结构设计方法及应用[J].电子信息对抗技术，2020（2）：79-83.