[科普中国]-天线孔径

在战斗机上，射频传感器的天线孔径是用来辐射和接收无线电波的装置。

概述在战斗机上，射频传感器的天线孔径是用来辐射和接收无线电波的装置。射频传感器的天线根据用途可分为发射天线、接收天线和收发天线，在先进战斗机上开始广泛使用的典型收发天线是相控阵天线，如位于机头位置的机载有源相控阵多功能火控雷达的天线：按使用的频率范围分为米波、分米波、厘米波和毫米波天线，有的子系统天线是宽带的，可跨好几个波段，如电子战的一副天线可从分米波一直到厘米波，未来甚至可到毫米波。

射频传感器的天线孔径是涵盖实现雷达、电子战、CNI、数据链等功能的射频传感器中的所有射频天线。在战斗机上，这些天线要做到体积小、重量轻、强度高和易安装，尽可能设计成流线型、隐蔽式或采用共形，以减小对气动性能的影响，并适应飞机的隐身要求。先进战斗机天线孔径个数已由过去的50~60个减少到10~20个，种类也大幅度减少。以雷达为例，曾经采用过缝隙阵列、卡赛格伦天线、抛物面天线和合成孔径天线，现在逐渐统一到有源相控阵天线，将其发展历程划分为五代。第一代中无论采用前述哪种体制，都可归为机械扫描天线，后四代天线都是相控阵天线，最新的第五代是全数字的有源相控阵天线。1

天线孔径的功能组成按功能，射频传感器的天线孔径主要包括射频天线和孔径电子设备；在先进战斗机上，这些天线和孔径电子设备往往因为多任务、多功能的要求而具有很宽的工作频带，并具备传播不同波形电磁波的能力：还能在不同的任务状态下（包括失真、相位改变等）按要求灵活地重新分配功能，以便能充分利用天线资源。

孔径电子设备主要用于对天线接收到的信号进行预处理，包括接收信号馈送、信号预选滤波、频率多路传输、波束形成控制、波束形成处理和信号放大等功能，孔径电子设备一般与射频传感器的射频前端连接。1

天线孔径的布局相对于舰船和地面防空系统，战斗机的空间有限，但其射频传感器天线多、频率覆盖范围宽，而且又要进行高灵敏度接收和大功率发射，且在先进战斗机上还有对天线孔径的隐身要求，因此，为保障所有设备都能正常工作，天线如何选位和布局就显得十分重要。

一般地，在飞机设计之初应正确预估各个天线的配置方案，从天线增益分布、天线近区能量分布以及收发天线的隔离度和天线间互耦等方面进行综合权衡，在各系统和各专业间进行联合设计，射频传感器的天线频段很宽，可从VHF/UHF一直到毫米波，因此在天线布局设计中应根据各子系统及其设备的工作频率、飞机的几何结构（如果是隐身飞机还要考虑隐身指标要求）来确定相应的设计方法，一般有低频区法、谐振区法和高频法。

但是，在以F-22和F-35飞机为代表的先进战斗机上，因为有隐身要求，因此对天线孔径的布局有特殊设计。其最重要的工作就是尽量采用射频孔径综合化设计技术来减少孔径数量，以达到降低机载射频孔径系统雷达截面积（ RCS）散射的目的：以F-35飞机的机载通信/电子战（CNI/EW）的天线孔径设计为例，由于其需要具有全向视场空间的空域覆盖，以满足对环境的全向感知，因此通过针对飞机的特殊气动外形来建立复杂的电磁模型系统，对综合天线孔径的布局从天线方向图、天线效率、接收和/或发射增益、旁瓣电平、输入阻抗、中心频率、天线带宽以及极化特性等方面进行了全面预测、评估和布局优化，给出既满足电气性能又满足隐身指标的较为理想的综合天线孔径布局和安装方案。1

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学