雷達艙

由介質雷達罩、雷達天線和高頻部件構成的雷達艙系統是飛行器頭部區域的一個強散射源，當電磁波進入雷達罩後，經過天線和高頻部件的多次反射，會在目標頭部方向產生很強的回波。一方面,雷達艙作為典型的凹形結構是目標的主要散射機理之一；另一方面,天線是有源目標，自身工作時需要輻射和接收電磁波，其散射機理比普通散射體更為複雜，從而導致雷達艙成為飛行器頭部最重要的散射源。

目前，在減小飛行器目標的雷達散射截面(RCS)方面已經取得了一定的進展。外形隱身技術已經達到了一定的高度和限度，由於氣動性能的限制，不會再有大的改進;進氣道也作為凹形結構成為飛行器頭部的強散射回波源，但通過S形處理、遮擋處理及進氣道塗覆吸波材料等方式進行較大程度的改進;座艙的RCS減縮則已通過擋風玻璃金屬化實現，使之能穿透可見光而反射雷達波。因此，雷達艙系統的隱身性能成為飛行器頭向RCS減縮中至關重要的一個方面，甚至可能成為飛行器隱身的瓶頸。

基本介紹

• 中文名：雷達艙
• 外文名：Radar cabin
• 組成：雷達罩、雷達天線和高頻部件
• 特點：飛行器頭部區域的一個強散射源
• 散射分類：雷達罩散射、天線散射
• 隱身技術：電漿、FSS和無源隱身技術

簡介

由介質雷達罩、雷達天線和高頻部件構成的雷達艙系統是飛行器頭部區域的一個強散射源，當電磁波進入雷達罩後，經過天線和高頻部件的多次反射，會在目標頭部方向產生很強的回波。一方面,雷達艙作為典型的凹形結構是目標的主要散射機理之一；另一方面,天線是有源目標，自身工作時需要輻射和接收電磁波，其散射機理比普通散射體更為複雜，從而導致雷達艙成為飛行器頭部最重要的散射源。

目前，在減小飛行器目標的雷達散射截面(RCS)方面已經取得了一定的進展。外形隱身技術已經達到了一定的高度和限度，由於氣動性能的限制，不會再有大的改進;進氣道也作為凹形結構成為飛行器頭部的強散射回波源，但通過S形處理、遮擋處理及進氣道塗覆吸波材料等方式進行較大程度的改進;座艙的RCS減縮則已通過擋風玻璃金屬化實現，使之能穿透可見光而反射雷達波。因此，雷達艙系統的隱身性能成為飛行器頭向RCS減縮中至關重要的一個方面，甚至可能成為飛行器隱身的瓶頸。

散射特性

雷達罩散射

雷達天線罩常用單層或多層低損耗介質材料作成流線型外殼，其散射機理主要是在分層介質表面上電磁波的多次透射和反射。

由於雷達罩介質表面的反射遠小於金屬面的反射，雷達罩自身的RCS一般要比天線的RCS低得多，但這與具體條件相關。介質罩對雷達艙散射的影響如下:1）雷達艙單站散射在近軸區域決定於天線的散射，而在遠旁瓣區則由罩的散射制約；2）雷達罩對天線的RCS有顯著影響，並使雷達艙主散射波被展寬和降低。

天線散射

大部分天線由理想導電金屬部件構成，而金屬表面對電磁波的反射係數非常大，能夠產生很強的回波，這一部分散射場稱為結構項散射。但天線與普通散射體的不同之處在於它還作為電磁輻射和接收裝置，當天線終端匹配不良時，進入天線的雷達波能量還會通過天線再次輻射而形成二次散射場，這一部分散射被稱為模式項散射。

天線的結構項RCS與天線的形式和結構有關，一般可以採用電磁散射理論方法求解。拋物面天線的結構散射場來源於反射的鏡面反射場和繞射場以及饋源的散射場，可分別用幾何光學法(GO )、一致性繞射理論(UTD)和等效磁流法求解。

研究熱點

在飛行器雷達艙隱身技術的研究領域，有三個熱點研究方向:電漿技術、頻率選擇表面(Frequency Selective Surface, FSS)技術以及無源隱身技術。下面是對三項熱點技術的介紹和分析：

電漿隱身技術

電漿隱身技術一直以來都受到很多國家的重視，其工作原理是覆蓋飛行器的等離子可以吸收敵方雷達的電磁波，從而減少了飛行器的雷達回波，實現對敵方雷達隱身的效果。電漿是由部分電子被剝奪後的原子及原子被電離後產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，常被視為自然界中除去固、液、氣外，物質存在的第四態。

通過電漿的電磁波由於散射而發生的頻譜展寬、頻移、相移，甚至通過激發不穩定性而發生模式轉化，使得入射電磁波的特徵發生較大的變化，更使得敵方雷達即使接收到了回波，也不可能再計算出被探測飛行器的位置、速度。

用於實現隱身目的的電漿可以通過多種方法生成：

1、脈衝放電法，是在較低的溫度環境下，由電源提供大量高頻或者高壓形式的能量，從而產生間隙放電、沿面放電等現象，電離介質氣體形成電漿。

2、電子束法，是指利用陰極電子束將氣體電離形成電漿。

3、鹼金屬燃料法，是燃燒混有艷、鉀、鈉等易電離物質的燃料得到電漿，效果類似於火箭發射時的燃氣射流。

4、雷射微波法，可以使用雷射和微波來激發有易電離物質組成的介質氣體，生成電漿。

在將電漿技術套用於雷達艙隱身時，需要考慮電漿工作方式的問題。將等離子氣體從飛行器頭部開始覆蓋在飛行器的外表面上，也就是通常所說的外部開放式電漿隱身技術。這種工作方式可以適應各種外形的飛行器，而且飛行器外表的電漿還可以大幅地減少飛行阻力，經試驗證明，減阻效果可達。這種工作方式也存在著很多難以克服的缺陷:電漿生成設備的能耗過大，需要較高功率的大型電源;在飛行器的外部，電漿的形狀、分布都不穩定;電漿禁止敵方雷達電磁波的同時，也將自身的電磁波禁止了，導航、通訊、火控系統都會受到影響;較低的反紅外探測性能，電漿作為一種較強的紅外發生源，還伴有強烈的可見光。

由於開放式技術的各種缺陷，對於雷達艙隱身來說，另一種工作方式一一封閉循環式比較適用。封閉循環式技術的工作原理是用透波材料製作一個密閉的空間，將電漿封閉其中，通過控制電漿發生裝置的開閉就可以像開關日光燈一樣控制雷達艙的隱身狀態，在雷達需要工作時，暫停對雷達艙的隱身。封閉循環式技術所需的發生器體積、重量、發射功率都大大降低，電漿也可以免受外界環境的影響，相應地也會犧牲對飛行的減阻效果。

頻率選擇表面技術

頻率選擇表面技術早己在商業領域得到了廣泛的套用，而在雷達艙隱身方面，美國的F-22戰機就是用了這項技術來實現雷達艙隱身的。頻率選擇表面是由大量的無源諧振單元組成的單屏或多屏周期性陣列結構。頻率選擇表面一般都有用於支撐的襯底層，在其表面上還有覆蓋層。頻率選擇表面根據陣列不同而分為兩種:孔徑型、貼片型，這兩種類型的FFS會對電磁波的入射呈現出不同的情況:孔徑型FSS是對諧振頻率全部透射的帶通濾波器;而貼片型FSS則是對諧振頻率全部反射的帶阻濾波器，如圖所示。正是因為頻率選擇表面具有這樣的特性，頻率選擇表面技術在雷達艙隱身方面具有較大的技術優勢。

FSS的頻率選擇特性

無源隱身技術

無源隱身技術主要是通過減少目標的可探測信息特徵，讓敵方探測系統無法發現目標，或是儘可能地縮小其能夠發現目標的距離。在飛行器的雷達隱身研究中，無源隱身主要是通過外形設計和吸波材料這兩種技術手段來實現的。

外形設計是飛行器隱身的重中之重，電磁波的散射類型直接決定了飛行器的外形參數，所以通過外形設計方面的最佳化可以有效地降低飛行器的RCS。減弱雷達回波的強度，也是外形設計實現飛行器雷達隱身的關鍵所在。