机载通信数据链系统隐身技术研究

赵 禺

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

在众多隐形战斗机设计方案中，大部分方案都将飞机隐身设计重点集中在雷达隐身和红外隐身层面，并未对射频隐身给予过多重视。作为射频隐身系统的一个重要分支，机载通信数据链系统能够在电子战系统丧失工作能力和雷达关机的环境下自动成为飞机的主动辐射源，保证飞机的正常运行。

1 隐身天线罩设计技术

对于天线罩结构而言，其本质是一种电磁窗口，能够确保飞机内部天线系统不会遭受到高温、静电、雷击或雨蚀等恶劣环境的影响。具体设计时，不仅要对飞机气动外形特点和天线辐射性能规律给予重点考虑，而且还要确保电磁波能够在天线工作频带内部自由进出，具备滤波特性和频率选择特性。薄层等离子体隐身天线罩结构如图1所示，其内层和外层都是透明蒙皮。将易电离的气体填充到腔体中空部位，在射频放电的作用下使腔体内部生成大量高密度等离子体，从而实现隐身目标[1]。

图1 薄层等离子体隐身天线罩

2 天线隐身设计技术

2.1 天线共行设计

在传统设计飞机天线的过程中，天线通常会被安装在飞机外部，导致飞机蒙皮部位产生突出物，使飞机的气动特性发生了改变[2]。对于天线共形设计而言，主要是以飞机的气动性要求和隐身要求为依据，确保天线与飞机能够合二为一。F-35飞机电子战系统共形天线结构如图2所示。根据天线与飞机机翼、飞机平尾的特点进行规划设计，能够使飞机表面辐射电磁波的能力大幅降低，解决飞机各个部位受非连续性表面影响而导致的散射问题，使飞机的隐身性能进一步提高[3]。

图2 F-35飞机电子战共形天线结构

2.2 孔径综合设计

通常情况下，飞机所配备的射频传感器种类较多，主要包括电子战传感器、雷达传感器、导航传感器、侦查传感器、通信传感器、航管应答传感器以及敌我识别传感器等。如果依然按照传统分立式、独立式的思路进行设计，则必然会使飞机携带大量天线，增加飞机暴露的概率[4]。在开展孔径综合设计的过程中，必须对飞机所有天线的工作频段、作业时间、极化模式、调制方法以及辐射范围等因素进行综合考虑。全面设计各种类型的天线，在确保各项系统的性能满足要求、功能正常的基础上，使孔径实现最大程度的复用与共享，降低飞机整体天线数量的同时，充分压缩飞机雷达散射截面积（Radar Cross-Section，RCS）。飞机天线孔径排布如图3所示。运用孔径综合设计能够使飞机天线数量大幅减少，最大程度降低了天线对飞机隐身性能产生的影响[5]。

图3 F-22飞机天线孔径排布

2.3 低副瓣天线

主瓣是对天线方向图中辐射方向最大波瓣的统称，剩余波瓣则被统称为副瓣。当天线具有的辐射功率不变时，副瓣中所包含的辐射能量较多，在一定程度上会使主瓣的能量降低，减小最大增益的同时，使最大通信距离缩短。当天线的副瓣辐射能量较高时，会使数据链系统受到干扰的频率和强度增加，强散射信号能够进入接收机，并且形成假的通信信号，对正常信号产生影响。天线周围的大部分空间被副瓣所覆盖，不仅会使杂波的回波信号增强，提高被对方电子侦察设备发现和截获的概率，而且还会导致数据链系统具有的隐身性能严重降低[6]。通常情况下，应用于飞机中的天线一般能够对主波束以下-25～-30 dB的副瓣进行获取。要想获得低于-30 dB的副瓣，则需要采取其他设计方法。例如，通过使用阵列天线互耦补偿，能够有效解决天线阵元之间的互耦影响，使天线具有的整体副瓣电平有所降低[7]。

2.4 定向天线

定向天线主要指辐射范围能够覆盖一定空中领域，在其他区域具有的辐射较小或辐射为零的天线。将定向天线应用于通信数据链系统，通过对天线辐射方向的有效控制，能够将能量充分集中到较小范围的有用空中领域，从而使数据链在其他空中领域被发现或截获的概率大幅降低，提高数据链的隐身能力。F-35飞机多功能先进数据链（Multifunction Advanced Data Link，MADL）天线布局如图4所示。通过采用多功能先进数据链，将全向天线替换为6副定向天线，能够在飞机上实现4π空间全面覆盖的目标[8]。

图4 F-35飞机MADL天线布局

2.5 带内隐身技术

飞机的天线罩具备带内透波，在天线的工作频段内，雷达波通过天线罩之后能够到达天线反射面，从而形成回波，对飞机具有的隐身性能产生一定影响。为了有效解决这个问题，最大程度降低回波强度，这样能够在二者相遇的界面形成一个反向对消，使回波能量得到中和或减弱，确保飞机能够有效实现在天线带内隐身的目标[9]。

2.6 辐射功率自适应控制技术

在对飞机整体飞行功率进行管理的过程中，通过对作战威胁环境等级的详细划分，相关工作人员必须采取分级、分层方式对具体数据链的辐射系统进行有效控制，在确保飞机具有可靠通信质量的基础上，最大程度降低对外辐射能量，从而减少数据链被截获的可能性。对于功率自适应管理而言，主要是将数据链信号发射的所有峰值功率控制在最小程度，并且在任何条件下都能对发射系数进行确定，始终以可接受的最小均方根信噪比为核心[10]。当数据链系统设计确定后，只有通信距离能够对辐射功率的大小产生影响[11]。

3 结 论

通过加强对隐身技术各项功能的积极开发，确保载机在不同空间能够开展隐蔽通信，提高载机的战场生存能力，保证顺利完成上级指派的各项任务，从而为提升我国综合实力和维护社会稳定发展提供技术支持。