浅谈共形天线技术及其在导引头中的应用

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  摘要:共形天线指的是一类能与特定载体表面形状相吻合的天线,其能够为导引头实现对目标的准确跟踪打击提供帮助。基于此,本文以共形天线技术在安装性能、安装环境和排列方式等方面的基本特征为基础,对其在导引头中的实际应用方式做出了研究,希望能够为更多的军事科技人员,更好的利用共形天线技术提升导引头的目标追踪准确度提供帮助。
  关键词:共形天线技术;导引头;信号波束
  引言:
  共形天线是一类能与特定载体表面形状相吻合的天线,其设计目的是为了使天线能够方便地集成于载体表面,而不至于成为载体的拖累。在其被应用于军事制导领域时,共形天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相结合,将共形天线安装在飞机、导弹和卫星的表面,其能够有效避免受到不良信号的干扰并完成对目标的追踪,且其安装过程不会破坏载体的外形结构及空气动力学等特性,目前其已成为军事领域的一个研究热点。
  1.共形天线技术的基本特征
  与传统使用的平面天线技术相比较而言,共形天线技术有着以下特征变化:1)共形天线能够被安装在一个固定的非平面形状上,并实现与载体表面的紧密结合。天线安装的性能和环境要求将大幅度降低,这可以确保其适应载体环境,使以前平面天线所不能安装的复杂载体,现在其基本都可以安装共形天线;2)此外,由于共形天线能够很好地适应载体的平面形状,因此其可以以不破坏载体表面形状的方式来完成安装操作,在保持载体完整度的同时,还将使其具备比平面天线更加良好的空气动力学功能;3)共形天线能够以竖直的方式完成天线排列,这会使其获得比以往平面天线,面积更加缩小的雷达散射面,这对于改善雷达隐身技术将提供很大帮助;4)共形天线在开始设计时,需要充分考虑其载体在不同单元间可能会出现的互耦效应问题,避免其可能会对天线在谐振频率、带宽、极化性能等方面造成不利影响[1]。
  2.共形天线技术在导引头中的应用方式
  2.1随载体完成曲线扫描
  共形天线能够使用任意球面来作为其运动载体,其导引头的过程中,能够围绕曲面上的某条轴线旋转的方式,而生成其探测面中的常用曲线。在其圆柱形探测面的应用过程中,圆柱上所分布的共形天线存在着随载体形状变化,而改变其自身辐射值的可能性。表现在以下几个方面:
  1)就圆柱面来说,其做一种典型的单曲率表面,存在和加工便利的优势。以此为基础,设计人员只需要先利用平面加工技术使其面形成阵列展开制作,然后再将制作面粘合在圆柱面载体上即可完成。以单曲率曲面—柱面构件智能多波束共形天线为例:在建设该天线前,设计人员需要建立一个由33个由4.2G赫兹未带贴片天线所组成的工作面,工作面分为3行,每行设定为11个相互间距为15度角的阵列。天线单元边长为2.15厘米、圆柱半径为18.6厘米,介质厚度则为0.1厘米。由以上数据所得出的柱面共形真累能够使阵中不同位置的天线,具备均匀的辐射表现;2)同时,受到互耦因素的影响,其实际辐射值存在着微小的差异。因此,在实际运用中,天线设计人员需要对每个天线阵列的实际辐射值做出细致分析,并利用好圆柱面的载体外形和所产生的辐射特性,从而根据圆柱面情况对天线辐射量进行控制,保证其实际使用效果发挥到最佳。
  2.2依据环境智能发射信号波束
  智能多波束技术是指通过具备一致口径面,在同一时间可以产生出面向多方位指向来发生信号的天线阵列。而按照技术的复杂性和天线的质量和使用性能,多波束天线的表现方式有着反射面多波束天线、透镜多波束天线、相控阵多波束天线、智能多波束天线等。其中以智能多波束天线得到了最广泛的应用,这是因为具有着体积小、能耗低且质量轻的优势,同时,其能够充分利用数字波束形成技术,来迅速、准确的完成多波速天线信号发射任务,而在这一过程中,其还有着可以随实际环境变化而改变天线波束指向、覆盖形状的优点,在这些优点的支持下,智能多波束天线已经被广泛应用于我国的通信系统之中。其在实际应用的过程中表现出了以下特点:1)智能多波束天线可以依照载体天线的列阵特性,在考虑到排列过程中可能会出现的互耦问题的情况下,不断调整改变自身的信号辐射量和辐射角度,并为天线阵的排列方式提供参考;2)智能多波束天线能够依照实际信号所需范围,来从多个角度调整自身波束信号发射方向和覆盖范围,从而满足导引头的实际应用需要。
  2.3完成对多个目标的搜索和跟踪
  共形天线技术能够确保精确制导武器,依照不同的作战环境来获得适合于自身应用水平的隐身和反导功能。为达到这一目的,共形天线需要能够对多个高速运动的目标,做到准确的搜索与跟踪,并在这一过程中使自身始终保持在隐身状态,这能够使充分避免因暴露目标而可能会面临的电磁干扰问题,从而提高其抗电磁干扰能力,和导引头在复杂电磁环境下的自我保存能力。在此情况下,导引头也由传统的单一模式转变为能够更适应复杂电磁站要求的复合模式。这可以保证其在主动式和被动式两种工作模式的转换下,根据所接受信息的不同频段来完成对目标准确的捕捉和跟踪。其要点如下:1)多模复合导引头能够依照实际需要来安装各种形式的制导装置,而为了避免装置间可能会出现的信号干扰问题,导引头的散射截面积会相应地做一些削减,以使其更加符合空气动力学原理。这样,导引头之内也将可以安装天线,从而使其及时地接收到信号来完成对目标的追踪和攻击;2)同时,在导引头上安装共形天线也能够充分提升其自身的隐身能力,二天线所具备的波束扫描功能也将帮助导引头实现对多个目标的追踪[2]。
  总结:
  综上所述,本文以共形天线技术的基本特征为出发点,集中研究了其在导引头中的实际应用情况,认为在导引头中利用共形天线技术将取得,随载体完成曲线扫描、依据环境智能发射信号波束、完成对多个目标的搜索和跟踪等应用方式,希望本文的研究可以幫助更多的军事科技人员,能够更好的利用共形天线技术完成对导引头的设计工作,以此来使导引头目标打击的精准度得到不断提升。
  参考文献:
  [1]胡志慧,姜永华,凌祥,李军.共形天线技术及其在导引头中的应用[J].飞航导弹,2012(11):77-81.
  [2]刘元柱,肖绍球,唐明春,王秉中.共形天线分析综合方法研究进展[J].航空兵器,2011(05):13-18.
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