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编者按 自第一次世界大战以来，飞机便开始在战争中扮演着日益重要的角色。随着科技的不断发展，飞机飞得越高越远，就越发依赖无线电设备的支持。对于地面指挥官来说，失去联络的飞机犹如断了线的风筝，完全不在自己的掌控之中。对空通信，不像陆地上一样要考虑山丘丛林的阻隔，更不必像对潜通信那样穿透海水。仅就传输介质来说简单了许多。但是，由于飞机的飞行速度快。机舱空间又十分有限。天线的安装、频段的选择都是一门学问。本文即将为您揭晓这其中究竟有何文章可作。
形形色色的机载通信天线
相信很多读者都知道飞机上肯定有无线电台，但却不知道飞机上的天线到底安在哪里。前面的文章中，已经为大家介绍了不少的天线形式，比如说昂首挺胸的鞭天线，像鱼刺一样支棱着的八木天线，长着一张大饼脸的抛物面天线等等。但是在飞机身上似乎看不到这些天线的踪影。那么，飞机上的天线到底藏在哪呢?
首先让我们来看这样一张图片，图中这架飞机的背部有一根短杆，杆项似乎有一条钢丝绳拉到垂尾的顶端，很像一个倒过来的字母“L”。其实这就是早期飞机使用最为广泛的“倒L”钢索天线。它的优点在于结构简单，便于调谐。那为什么我们看到这种天线几乎是清一色地从机背拉到垂尾呢，安装在别的位置，横着拉就不行吗?这完全是实践出真知的结果。假如把前段的支点移到机头，飞行员从座舱往外看，头一眼就看见这根杆子，严重影响了飞行员的视界；把天线装在机腹呢，早期的飞机都是后三点式起落架，会导致起降时发生擦地事故；把天线横着拉，又会大大增加飞行阻力。所以，绝大多数早期飞机乃至当今不少低速飞机都选择了这种机背到垂尾的经典天线装法。
为什么现代的战机就没有那段“钢丝绳”了呢?因为早期战机的无线电大多使用HF频段，就是通常说的短波，波长相对比较长，所以适用的天线长度必然不能太短小，用钢索来充当天线恰如其分。但是，受电离层波动的影响，短波的通信质量不稳定。就像我们听广播一样，短波的音质肯定不如超短波的好。日军海航的一个尖子飞行员坂井三郎曾在战后回忆，装备在零式战机上的“九六式空一号无线电话机”出奇的不好使，杂音极大，致使飞行员只能靠手势和机动动作来互相联络。“你这个没用的空一号机”甚至成了一句骂人的话流传一时。所以坂井和他所在的“台南航空队”同僚们一气之下剪掉了钢索天线，甚至把座舱后竖着的木质天线杆都锯掉了。在坂井和许多日军飞行员眼里，短波波段的“空一号机”完全是块废铁，还不如拆掉换取一点空速和机动性的提高。“空一号机”信号差的原因一方面是所使用的波段，另一方面是零式战机的电磁屏蔽做得不好，发动机火花塞产生的电磁白噪声严重干扰了电台的正常工作。
随着电子技术的发展，后期的飞机开始大规模使用VHF频段的无线电台，因为这一波段的设备体积、重量适中，而且通信质量较好。前面讲过，超短波因为波长较短，绕射能力不强，受地形影响较大，在地面即使采用高架天线其通信距离不过几十千米。但是在空中就不同了，几乎没有能够阻挡超短波的东西，即使存在云层也不会对超短波有强烈的吸收和反射，这时使用超短波可以获得数百千米的通信距离。VHF天线一般是刀形天线，多位于座舱盖后和机腹。需要注意的是，飞机雷达高度表的天线也是装在机腹下，一般也是刀形天线，与VHF通信天线的区别就是雷达高度表的天线要略小一些。
当然，科技进步促使卫星通信设备也成功拿到了“登机牌”。由于卫星通信使用的是微波波段，不可避免地需要采用面天线，所以卫星天线外部都有整流罩以减小空气阻力。我们见到的样子就是一个不大的“鼓包”或者一个盘状天线。
虽然我知道本文的读者肯定有不少“骨灰级”的军事迷，但笔者还是想提醒那些刚上道的朋友们，许多现代飞机的机头会有一根锃亮的“尖尖”，那是用来测量空速、气压、攻角等大气数据的空速管，与通信无关，可千万别把它当成天线喽，特此声明。
各有千秋的无线电导航设备
现如今，提到导航这两个字，很多人脑子里第一个想到的是GPS，而一个世纪前的人们可没有那么幸运。早期飞机的导航方式极为简陋，白天靠地图和罗盘，晚上靠六分仪。但这两种方法有一个共同的前提就是天气要晴朗，赶上个阴天下雨的够飞行员上火的了。1927年，美国人林德博格驾机飞越大西洋，怎奈遇上了积雨云，罗盘也失灵了，飞机彻底迷失了航向。林德博格也不是一般人，在这种危急情况下居然还在飞机上小睡了一阵。在毫无目标地长途飞行之后，林德博格终于发现了一艘渔船，情急之下赶紧压杆收油，即将掠过渔船头顶时，他扯着嗓子向船上的人大喊：“爱尔兰在哪?”
最终这个幸运的探险家还是成功地在欧洲大陆上降落了，但如果在战争中，满天的轰炸机还要四处问路才能把炸弹投下去的话，这仗就没法打了。在茫茫大海上，水手们可以根据航标灯判明方向，在空中的飞机，是不是也可以通过同样的原理来导航呢?直接用航标灯肯定是行不通的，因为灯光射出的距离实在有限，飞机的速度又太快，还没看清就飞过去了。那么有没有一种信号能够在远距离被飞机接收到，而且能够借助其来导航呢?人们再一次把目光投向了无线电。
于是，无线电测向技术被率先运用到了航空导航领域。测向采用的天线必须是一种方向性很强的天线，结构、体积和空气阻力方面都要满足航空器的苛刻标准，小环天线成了不二之选。对小环天线而言，垂直于小环平面的接收能力最强，反之则最弱。飞行员首先要选择一个导航信标的频率，然后摇动手柄使小环转动，当在耳机中听到信号最弱时就可以确定信标与飞机航向的夹角，因为信标的位置已经在地图上标定，所以飞机的航向也就可以标注出来。如果想知道飞机的位置，只需要再确定飞机与另外一个信标的夹角即可。20世纪40年代后，无线电测向开始变得自动化，转动天线和确定最弱信号的工作完全由仪器自主完成，机头与信标的夹角由单独的仪表显示，这种仪表就是无线电罗盘。
因为无线电罗盘使用的天线是环形的，早期的环形线圈由外部的金属护套保护，后期发展成了橄榄球形的整流罩，非常容易识别，在二战中许多飞机的背部都能找到类似的天线。无线电测向的优点在于无论是专门的导航台还是通信用的发信台甚至广播电台，只要频率和精确位置已知，都可以用来测向导航。而这项技术存在的最大不足就是精度，大致存在3至5度的误差，对于短程飞行尚可忽略，如果是长途飞行的话，这个误差积累可就不容小视了。
为解决测向精度低、有效距离近的问题，工程师们拿出了不少新体制的方案，德、英、美等国都建设了多种形式的导航信标台。二战结束后，美国的“罗兰”系统和“伏尔”系统两种不同技术体制一统天下，成为无线电导航的国际 标准。
“罗兰”(LORAN)系统使用中频波段，波长在154米至171米之间，导航距离可达1500千米上下，精度约为距离的1％左右(后期改进的“罗兰”C系统将这一数字降低为0.1％)，主要用于大洋上空的导航。1943年6月，“罗兰”系统开始在纽芬兰至格陵兰一线投入使用，来往于大西洋的飞机和舰船都可以借助它来导航。在欧洲战场上使用的“罗兰”受到德军的干扰没有发挥太大作用，但是在太平洋战场上，日军却对“罗兰”系统的存在持一种“宽宏大量”的态度，居然没有对其施加干扰，使“罗兰”能够一展身手。值得一提的是，为了保证援华物资的空运，美国分别在喜马拉雅山南北麓的印度阿萨姆和中国昆明也建设了“罗兰”导航系统，用以引导“驼峰航线”上的运输机队。
与“罗兰”系统不同的是，“伏尔”(VOR)是一种工作在超短波波段的近程导航系统，波长在3米左右，有效距离约360千米。“伏尔”系统于1946年正式启用，1949年被国际民航组织批准为国际标准，至今依然在为全世界民航班机服务着。“伏尔”的“军用版”则是大名鼎鼎的“塔康”(TACAN)系统，工作于频率更高的UHF频段，波长只有30厘米，作用距离约400至500千米。“塔康”导航系统的精度可达到63米，比“伏尔”系统(误差185米)精确3倍，但是体积和重量都比后者小得多，可以从容地在建筑物、运输车辆以及船舶上部署，具有很强的灵活性。
需要说明的是，不管是借助“罗兰”、“伏尔”还是“塔康”任何一种导航手段，都需要飞机发送询问或应答信息才行，所以它们都属于有源导航系统。在军事上，使用上述三种导航设备都会不可避免地打破无线电静默，这也是无线电导航的软肋之一。
喜欢“抛头露面”的早期机载雷达
世界大战的确催生了不少奇异的电子设备，雷达就是其中之一。说到底，通信和雷达其实是不分家的，只不过通信是自己发、别人收，雷达则是自己发、自己收。所以说让一个通信专业的技术人员(就是我)去撰写雷达专业的科普文章，也就成为可能。可问题是，雷达的发射功率很大，而接收到的回波信号往往很微弱，如果高功率的发射信号没有经过目标反射而直接被接收，必然会把高度灵敏的接收机烧坏。解决之道就是让雷达“偷点懒”，先发，发完了歇一会儿，趁这个功夫接收回波，然后再发，周而复始，这就是雷达的脉冲工作体制。即便这样，收和发还是要采用两副不同的天线进行才能确保稳妥。
仅凭这一点，就决定了二战时期的机载雷达在外观上与现今雷达的迥然不同。由于今天的雷达有一种叫作双工器的装置，能够起到“电子开关”的作用，所以现在的雷达收发信号可以共用一副天线，所占的空间比较小。二战中的机载雷达呢，一方面采用收发分立的天线，另-一方面使用的波长也比现在的高一些，所以如果有一架二战飞机装了雷达，那是藏都藏不住的，那些暴露在外的天线足以说明一切。
当时机载雷达的作用距离与今天不可同日而语，最远也只能探测到5、6千米内的目标。这个距离实在是可怜，如果是晴好天气下，飞行员仅凭肉眼就可以发现7、8千米外的敌机，花这么大代价研制的高科技产品居然还不如人的眼神好，在白天使用雷达看似毫无意义。但是在夜间就不同了，仅凭探照灯和地面引导的话，截击效果将是极差的，这时就显现出雷达5、6千米探测距离的优势。所以，当时大部分机载雷达都是装在夜间战斗机和轰炸机上。
以当时比较著名的皇家空军“蚊”式战机和纳粹空军的容克-88夜间型为例，从照片中我们可以看到，早期的机载雷达天线让“蚊”式战机与它的名字更为贴切。从机头伸出的偶极子天线并不大，说明它已经采用了更为先进的厘米波段。而德国在雷达这方面一直落后于英美，容克-88C机头的“鹿角”式天线可以用硕大来形容，几乎相当于大半个人的身高，因为它仍在使用米波波段。这种天线的存在使载机的时速下降了20％之多，严重影响了机动性。德军的机载雷达不仅远了看不见，近处居然也看不清楚，而且70度视角偏窄，不利于发现其它方向的敌机。为此，德国工程师费了不少精力：将两种不同雷达远近搭配使用，在机翼上甚至后机身上安装雷达天线“补盲”。无奈这些努力还是没有挽回帝国覆灭的命运。
最后让我们再来看一看美军飞机上的机载雷达。相对于英德两国，美国人的产品可以算是最具现代气息了，因为它们已经使用抛物面天线，并且有了流线型的整流罩保护。二战后期，P-61、P-70、F-6F等战斗机都出现了装备雷达的型号。并且，美军的机载雷达探测距离远(7～8千米)、视角宽(120度)、重量和体积适中，可以算是当年的佼佼者了。从中可以看出美国在二战积累的电子工业基础之雄厚，无怪乎战后能够在高科技领域引领风骚数十年了。
这一期带大家认识了飞机上的天线，与陆地上的天线不同的是，这些“高高在上”的机载天线个头都不算太大，长得也很“秀气”，这是机载无线电所用的波段和减小空气阻力的要求决定的。在下一篇文章中，我们将飞向宇宙空间，聆听大气层外电波演奏的乐章。
形形色色的机载通信天线
相信很多读者都知道飞机上肯定有无线电台，但却不知道飞机上的天线到底安在哪里。前面的文章中，已经为大家介绍了不少的天线形式，比如说昂首挺胸的鞭天线，像鱼刺一样支棱着的八木天线，长着一张大饼脸的抛物面天线等等。但是在飞机身上似乎看不到这些天线的踪影。那么，飞机上的天线到底藏在哪呢?
首先让我们来看这样一张图片，图中这架飞机的背部有一根短杆，杆项似乎有一条钢丝绳拉到垂尾的顶端，很像一个倒过来的字母“L”。其实这就是早期飞机使用最为广泛的“倒L”钢索天线。它的优点在于结构简单，便于调谐。那为什么我们看到这种天线几乎是清一色地从机背拉到垂尾呢，安装在别的位置，横着拉就不行吗?这完全是实践出真知的结果。假如把前段的支点移到机头，飞行员从座舱往外看，头一眼就看见这根杆子，严重影响了飞行员的视界；把天线装在机腹呢，早期的飞机都是后三点式起落架，会导致起降时发生擦地事故；把天线横着拉，又会大大增加飞行阻力。所以，绝大多数早期飞机乃至当今不少低速飞机都选择了这种机背到垂尾的经典天线装法。
为什么现代的战机就没有那段“钢丝绳”了呢?因为早期战机的无线电大多使用HF频段，就是通常说的短波，波长相对比较长，所以适用的天线长度必然不能太短小，用钢索来充当天线恰如其分。但是，受电离层波动的影响，短波的通信质量不稳定。就像我们听广播一样，短波的音质肯定不如超短波的好。日军海航的一个尖子飞行员坂井三郎曾在战后回忆，装备在零式战机上的“九六式空一号无线电话机”出奇的不好使，杂音极大，致使飞行员只能靠手势和机动动作来互相联络。“你这个没用的空一号机”甚至成了一句骂人的话流传一时。所以坂井和他所在的“台南航空队”同僚们一气之下剪掉了钢索天线，甚至把座舱后竖着的木质天线杆都锯掉了。在坂井和许多日军飞行员眼里，短波波段的“空一号机”完全是块废铁，还不如拆掉换取一点空速和机动性的提高。“空一号机”信号差的原因一方面是所使用的波段，另一方面是零式战机的电磁屏蔽做得不好，发动机火花塞产生的电磁白噪声严重干扰了电台的正常工作。
随着电子技术的发展，后期的飞机开始大规模使用VHF频段的无线电台，因为这一波段的设备体积、重量适中，而且通信质量较好。前面讲过，超短波因为波长较短，绕射能力不强，受地形影响较大，在地面即使采用高架天线其通信距离不过几十千米。但是在空中就不同了，几乎没有能够阻挡超短波的东西，即使存在云层也不会对超短波有强烈的吸收和反射，这时使用超短波可以获得数百千米的通信距离。VHF天线一般是刀形天线，多位于座舱盖后和机腹。需要注意的是，飞机雷达高度表的天线也是装在机腹下，一般也是刀形天线，与VHF通信天线的区别就是雷达高度表的天线要略小一些。
当然，科技进步促使卫星通信设备也成功拿到了“登机牌”。由于卫星通信使用的是微波波段，不可避免地需要采用面天线，所以卫星天线外部都有整流罩以减小空气阻力。我们见到的样子就是一个不大的“鼓包”或者一个盘状天线。
虽然我知道本文的读者肯定有不少“骨灰级”的军事迷，但笔者还是想提醒那些刚上道的朋友们，许多现代飞机的机头会有一根锃亮的“尖尖”，那是用来测量空速、气压、攻角等大气数据的空速管，与通信无关，可千万别把它当成天线喽，特此声明。
各有千秋的无线电导航设备
现如今，提到导航这两个字，很多人脑子里第一个想到的是GPS，而一个世纪前的人们可没有那么幸运。早期飞机的导航方式极为简陋，白天靠地图和罗盘，晚上靠六分仪。但这两种方法有一个共同的前提就是天气要晴朗，赶上个阴天下雨的够飞行员上火的了。1927年，美国人林德博格驾机飞越大西洋，怎奈遇上了积雨云，罗盘也失灵了，飞机彻底迷失了航向。林德博格也不是一般人，在这种危急情况下居然还在飞机上小睡了一阵。在毫无目标地长途飞行之后，林德博格终于发现了一艘渔船，情急之下赶紧压杆收油，即将掠过渔船头顶时，他扯着嗓子向船上的人大喊：“爱尔兰在哪?”
最终这个幸运的探险家还是成功地在欧洲大陆上降落了，但如果在战争中，满天的轰炸机还要四处问路才能把炸弹投下去的话，这仗就没法打了。在茫茫大海上，水手们可以根据航标灯判明方向，在空中的飞机，是不是也可以通过同样的原理来导航呢?直接用航标灯肯定是行不通的，因为灯光射出的距离实在有限，飞机的速度又太快，还没看清就飞过去了。那么有没有一种信号能够在远距离被飞机接收到，而且能够借助其来导航呢?人们再一次把目光投向了无线电。
于是，无线电测向技术被率先运用到了航空导航领域。测向采用的天线必须是一种方向性很强的天线，结构、体积和空气阻力方面都要满足航空器的苛刻标准，小环天线成了不二之选。对小环天线而言，垂直于小环平面的接收能力最强，反之则最弱。飞行员首先要选择一个导航信标的频率，然后摇动手柄使小环转动，当在耳机中听到信号最弱时就可以确定信标与飞机航向的夹角，因为信标的位置已经在地图上标定，所以飞机的航向也就可以标注出来。如果想知道飞机的位置，只需要再确定飞机与另外一个信标的夹角即可。20世纪40年代后，无线电测向开始变得自动化，转动天线和确定最弱信号的工作完全由仪器自主完成，机头与信标的夹角由单独的仪表显示，这种仪表就是无线电罗盘。
因为无线电罗盘使用的天线是环形的，早期的环形线圈由外部的金属护套保护，后期发展成了橄榄球形的整流罩，非常容易识别，在二战中许多飞机的背部都能找到类似的天线。无线电测向的优点在于无论是专门的导航台还是通信用的发信台甚至广播电台，只要频率和精确位置已知，都可以用来测向导航。而这项技术存在的最大不足就是精度，大致存在3至5度的误差，对于短程飞行尚可忽略，如果是长途飞行的话，这个误差积累可就不容小视了。
为解决测向精度低、有效距离近的问题，工程师们拿出了不少新体制的方案，德、英、美等国都建设了多种形式的导航信标台。二战结束后，美国的“罗兰”系统和“伏尔”系统两种不同技术体制一统天下，成为无线电导航的国际 标准。
“罗兰”(LORAN)系统使用中频波段，波长在154米至171米之间，导航距离可达1500千米上下，精度约为距离的1％左右(后期改进的“罗兰”C系统将这一数字降低为0.1％)，主要用于大洋上空的导航。1943年6月，“罗兰”系统开始在纽芬兰至格陵兰一线投入使用，来往于大西洋的飞机和舰船都可以借助它来导航。在欧洲战场上使用的“罗兰”受到德军的干扰没有发挥太大作用，但是在太平洋战场上，日军却对“罗兰”系统的存在持一种“宽宏大量”的态度，居然没有对其施加干扰，使“罗兰”能够一展身手。值得一提的是，为了保证援华物资的空运，美国分别在喜马拉雅山南北麓的印度阿萨姆和中国昆明也建设了“罗兰”导航系统，用以引导“驼峰航线”上的运输机队。
与“罗兰”系统不同的是，“伏尔”(VOR)是一种工作在超短波波段的近程导航系统，波长在3米左右，有效距离约360千米。“伏尔”系统于1946年正式启用，1949年被国际民航组织批准为国际标准，至今依然在为全世界民航班机服务着。“伏尔”的“军用版”则是大名鼎鼎的“塔康”(TACAN)系统，工作于频率更高的UHF频段，波长只有30厘米，作用距离约400至500千米。“塔康”导航系统的精度可达到63米，比“伏尔”系统(误差185米)精确3倍，但是体积和重量都比后者小得多，可以从容地在建筑物、运输车辆以及船舶上部署，具有很强的灵活性。
需要说明的是，不管是借助“罗兰”、“伏尔”还是“塔康”任何一种导航手段，都需要飞机发送询问或应答信息才行，所以它们都属于有源导航系统。在军事上，使用上述三种导航设备都会不可避免地打破无线电静默，这也是无线电导航的软肋之一。
喜欢“抛头露面”的早期机载雷达
世界大战的确催生了不少奇异的电子设备，雷达就是其中之一。说到底，通信和雷达其实是不分家的，只不过通信是自己发、别人收，雷达则是自己发、自己收。所以说让一个通信专业的技术人员(就是我)去撰写雷达专业的科普文章，也就成为可能。可问题是，雷达的发射功率很大，而接收到的回波信号往往很微弱，如果高功率的发射信号没有经过目标反射而直接被接收，必然会把高度灵敏的接收机烧坏。解决之道就是让雷达“偷点懒”，先发，发完了歇一会儿，趁这个功夫接收回波，然后再发，周而复始，这就是雷达的脉冲工作体制。即便这样，收和发还是要采用两副不同的天线进行才能确保稳妥。
仅凭这一点，就决定了二战时期的机载雷达在外观上与现今雷达的迥然不同。由于今天的雷达有一种叫作双工器的装置，能够起到“电子开关”的作用，所以现在的雷达收发信号可以共用一副天线，所占的空间比较小。二战中的机载雷达呢，一方面采用收发分立的天线，另-一方面使用的波长也比现在的高一些，所以如果有一架二战飞机装了雷达，那是藏都藏不住的，那些暴露在外的天线足以说明一切。
当时机载雷达的作用距离与今天不可同日而语，最远也只能探测到5、6千米内的目标。这个距离实在是可怜，如果是晴好天气下，飞行员仅凭肉眼就可以发现7、8千米外的敌机，花这么大代价研制的高科技产品居然还不如人的眼神好，在白天使用雷达看似毫无意义。但是在夜间就不同了，仅凭探照灯和地面引导的话，截击效果将是极差的，这时就显现出雷达5、6千米探测距离的优势。所以，当时大部分机载雷达都是装在夜间战斗机和轰炸机上。
以当时比较著名的皇家空军“蚊”式战机和纳粹空军的容克-88夜间型为例，从照片中我们可以看到，早期的机载雷达天线让“蚊”式战机与它的名字更为贴切。从机头伸出的偶极子天线并不大，说明它已经采用了更为先进的厘米波段。而德国在雷达这方面一直落后于英美，容克-88C机头的“鹿角”式天线可以用硕大来形容，几乎相当于大半个人的身高，因为它仍在使用米波波段。这种天线的存在使载机的时速下降了20％之多，严重影响了机动性。德军的机载雷达不仅远了看不见，近处居然也看不清楚，而且70度视角偏窄，不利于发现其它方向的敌机。为此，德国工程师费了不少精力：将两种不同雷达远近搭配使用，在机翼上甚至后机身上安装雷达天线“补盲”。无奈这些努力还是没有挽回帝国覆灭的命运。
最后让我们再来看一看美军飞机上的机载雷达。相对于英德两国，美国人的产品可以算是最具现代气息了，因为它们已经使用抛物面天线，并且有了流线型的整流罩保护。二战后期，P-61、P-70、F-6F等战斗机都出现了装备雷达的型号。并且，美军的机载雷达探测距离远(7～8千米)、视角宽(120度)、重量和体积适中，可以算是当年的佼佼者了。从中可以看出美国在二战积累的电子工业基础之雄厚，无怪乎战后能够在高科技领域引领风骚数十年了。
这一期带大家认识了飞机上的天线，与陆地上的天线不同的是，这些“高高在上”的机载天线个头都不算太大，长得也很“秀气”，这是机载无线电所用的波段和减小空气阻力的要求决定的。在下一篇文章中，我们将飞向宇宙空间，聆听大气层外电波演奏的乐章。