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从反辐射导弹看雷达侦察天线  

2015-07-10 10:48:38|  分类: 军事科普 |  标签: |举报 |字号 订阅

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从反辐射导弹看雷达侦察天线 - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
曹晨

  正所谓“树大招风”,雷达自诞生之后日益表现出的巨大效益,使得与雷达的对抗从来没有停止过。对雷达进行干扰,使其不能正常工作,被称为”软杀伤”;动用反辐射导弹摧毁雷达,则称为“硬杀伤”。由于硬杀伤对雷达来说是毁灭性的灾难,因此反辐射导弹又被称为雷达的”克星”,与隐身目标、低空突袭、电子干扰一起,成为雷达所面临的四大威胁之一。

  反辐射导弹的导引头,从本质上来说就是一个雷达侦察设备。因为反辐射导弹也要在导引头中安装相应的雷达侦察天线,对雷达所发射出来的电磁波进行侦收,从而为攻击指明方向。从原理上说,由于雷达工作时必须发射出无线电波,因此先天上就容易被侦察到。雷达侦察设备,西方称为”电子支援措施”(ESM),主要用于对雷达辐射出的无线电波进行侦收,发现它所在的方向。

  由于用途不同,雷达工作频率范围很宽,从频率400MHz(波长为75厘米)左右一直到20CHz(波长1.5厘米)左右,雷达都可以工作。而且在实战中,一般都不能事先知道敌方雷达的部署位置以及雷达波的辐射方向,需要在各个方向上同时进行侦察,因此,雷达侦察设备必须撒开一张大网,希望能够网住每一个可能来到的信号,不要有”漏网之鱼”。天线,处于侦察设备的最前线,因此,雷达侦察设备,包括反辐射导弹的导引头,对天线有些特殊要求,主要是天线必须在比较宽广的方向上、针对不同频率范围的电波,都能有较好的接收本领,专业上分别叫作“全向性”和“宽开性”。

  电子侦察设备最常用的天线形式包括双锥天线、螺旋天线、抛物面(喇叭)天线以及平面相控阵天线。
 
  双锥天线

  双锥天线是为了解决最简单的天线形式——单极子天线的问题而设计的。所谓单极子天线,就是一个电容—电阻振荡电路,一个金属柱接上一根导线,导线再接入能够注入电流的馈源,就可以发射无线电波。单极子天线在各个方向上具有同等发射电磁波的能力,因此它发出的电波几乎没什么方向性。天线接收电波时的性能,与它发射电波的性能是一致的,因此,单极子天线不具备探测电波方向的能力。为了让天线在某些感兴趣的或重点方向上,具有更强的接收能力,人们想到了偶极子天线,也就是把导线的两端都接上金属柱。偶极子天线发射电波时,能量在空间的分布就是两个单极子发射能量在空间的合成,于是在有些方向上合成的能量会更多。这同时也意味着,偶极子天线在这些方向上接收电波的能力也会更强,也就是改善了天线的方向性,因此可以探测到雷达波、通信电波的方向了。

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  但是,偶极子天线应用于电子侦察时,最大的问题是不能在很宽的频率范围内工作。这对于尺寸、重量有限的反辐射导弹来说,就更致命了,因为你不可能为它同时配备针对不同波段的多个天线。于是,双锥天线就诞生了。顾名思义,它的外形近似于两个顶角相对的圆锥,实际上相当于把偶极子天线的导线变成了两个顶角相对的锥面,锥面的轮廓按照一定规律变化,就会增强在不同的频率范围内接收电波的能力,从而改善天线的宽开特性。与偶极子天线相比,它能够将频率范围增加2倍以上。

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  螺旋天线

  为了进一步提高方向性和提高天线的工作频率范围,人们发明了螺旋天线,包括背腔螺旋和圆锥螺旋。

  背腔螺旋天线,由两根相同的螺旋线组成,它们同心,而且对称,固定在一个平面上,分别经过同轴线将接收到的电波送入接收机。其中一根螺旋线和同轴线的外壳相连,另一根同芯线相连。天线所接收到的能量,是两根螺旋分别接收到的能量的合成,而由于螺旋的外形经过特殊设计,因此具备以下两个特点:对于特定的频率,它们在某些方向上接收的能量会远远多于其它方向;在比较宽的频率范围内,天线都能对接收到的能量进行合成处理。这就很符合电子侦察对天线的要求了。

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  由于背腔螺旋天线中,外壳和芯线的电性能不一样,所以要加平衡转换器。此外,为了使天线在某个方向,例如下方,不接收电波信号,而能集中精力接收螺线面前方一个很大角度范围内的信号,就还要有背反射腔,改变电波的相位,从而抵消掉某些方向上的电波。背腔螺旋具有几乎最好的方向性,也允许天线工作在更高频段,比如微波波段。但是它能够工作的频率范围较窄,也就是宽开性相对较差,一般仅能在微波波段工作。

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  圆锥螺旋,则相当于把背腔螺旋中处于同一个平面的螺旋,沿着圆锥的平面自顶部向锥底布置。同时,圆锥也起到了平面螺旋天线中背反射腔的作用。与平面螺旋天线相比,圆锥螺旋天线在方向性也是很好,同时又改善了宽开性,使得电子侦察设备从米波到微波波段都可以正常工作。实际上,在各种经典的天线形式中,螺旋天线综合起来看,其频率的宽开性能是最好的。

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  喇叭天线与相控阵天线

  喇叭天线是传统的反射型天线,利用接收到的电波在喇叭壁上的反射进行合成,使得在特定的方向上得到更多能量。在各类经典的电子侦察天线中,喇叭天线几乎拥有最好的方向性,但是其频率的宽开性不如螺旋天线。

  随着技术的发展,相控阵天线也开始在电子侦察天线中得到应用。它接收到的电波,是很多单元接收电波的合成。由于单元数较多,因此在设计上,这种天线的方向性是最好的,好过任何一种经典天线,如偶极子、喇叭、螺旋或双锥。而且,由于相控阵天线的收发组件需要利用半导体器件,随着宽带器件技术的发展,以及通过对每个天线单元进行合理设计,使得相控阵天线的工作带宽能够灵活定制。

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  反辐射导弹用哪种天线好?

  总的来说,在各种天线形式中,如果在某些特定的方向上需要考虑更强的接收电波的能力,同时又要覆盖360°方位,可以采用多个天线组成阵列的方式。所以在电子侦察天线中,常常可以看到多个天线,主要是为了满足全方位覆盖的要求。而在某一类电子侦察设备中,到底采用什么样形式的天线,除了看它的方向性和宽开性,其所占的体积、重量、造价,也都是要考虑的因素。

  一般地说,在反辐射导弹中,相控阵天线不太可能应用,因为它要求比较大的尺寸,并且造价也较高,一般用在地基或电子侦察机这些空间相对宽裕的场合。双锥与螺旋天线的组合以及喇叭天线,则是在反辐射导弹中常常应用的。而在现代,对宽开性和方向性都要求较高的情况下,螺旋天线或其与双锥天线的组合,则是主要形式。

  美国第一代反辐射导弹AGM-45“百舌鸟”,采用等角四臂平面螺旋天线。它的工作频段太窄,最早仅能覆盖300MHz(波长接近1米)左右。因此为了对付不同频段的雷达,不得不研制了多达18个通用导引头,出击前根据已知情报选用,能够覆盖到20CHz(波长1.5厘米)。第二代反辐射导弹“标准”,天线与“百舌鸟”相同,但只需2个就能覆盖同样的频率范围。第三代反辐射导弹“哈姆”,采用一个宽波段的背腔式圆锥螺旋天线,就能覆盖同样的频率范围,改进型已能工作在100MHz(波长3米)至40GHz(波长0.75厘米)。

  俄罗斯也非常重视反辐射导弹的发展,其第一代反辐射导弹Kh-28的导引头工作在X波段,而1993年服役的Kh-31P,虽然其工作频率范围缺乏相关资料,但其天线形式已从喇叭天线演变为圆锥螺旋天线,说明其工作频率范围进一步增加了。

原载《兵器知识》2013年12期
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