姜朝宇 胡 磊 丁 凡

（1.海軍駐葫蘆島地區(qū)代表室 葫蘆島 125004）（2.昆明精密機(jī)械研究所 昆明 650118）

（3.中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064）

1 引言

美國(guó)DDG100通過(guò)將多功能集成桅桿和低輻射特征信號(hào)相控陣天線結(jié)合成一個(gè)具有低雷達(dá)波散射的集成上層建筑，在改善電磁兼容性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)改善雷達(dá)反射面積的目的，提高了艦船隱身性。雷達(dá)天線的陣面化、高集成度及與上層建筑共形，對(duì)雷達(dá)波隱身設(shè)計(jì)提出了更高的要求?？刂泼骊囂炀€與船體共形設(shè)計(jì)后的雷達(dá)波隱身性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)艦船的雷達(dá)波隱身設(shè)計(jì)具有及其重要的意義［1～6］。

陣面天線與船體共形必然涉及到對(duì)船體開(kāi)口，天線反射板需要與船體開(kāi)口連接，連接板與連接板之間的結(jié)構(gòu)、連接板傾斜角度等均會(huì)對(duì)RCS散射特性造成影響，本文為凸顯不同連接形式RCS變化趨勢(shì)，僅針對(duì)陣面開(kāi)口與船體連接形式進(jìn)行分析。

利用Rhinoceros構(gòu)建典型安裝方案的三維模型，應(yīng)用通用有限元網(wǎng)格處理軟件Hypermesh生成網(wǎng)格模型，采用高頻散射機(jī)理和高頻電磁散射漸近計(jì)算方法進(jìn)行仿真計(jì)算［7～10］。該方法主要通過(guò)物理光學(xué)法對(duì)表面感應(yīng)場(chǎng)的近似和積分而得到散射場(chǎng)，應(yīng)用射線追蹤法處理模型中腔體區(qū)域的電磁反射，考慮多次反射，采用等效邊緣流方法（EEC）算法計(jì)算目標(biāo)邊緣繞射貢獻(xiàn)。開(kāi)展典型安裝方案的散射特性仿真分析，采用散射亮點(diǎn)定位，明確影響因素，并提出初步控制建議［11～12］。

2 反射板與船體開(kāi)口連接板傾斜角分析

選取口徑為2000mm×2000mm的反射板，天線整體安裝深度為300mm，分析天線陣面與船體開(kāi)口的連接板不同傾斜角度的散射特性。

圖1 天線與船體共形三維及剖視圖示意

2.1 天線陣面上下連接板的傾斜角度影響分析

分析天線上下連接板傾斜0°、30°、45°三種傾斜角時(shí)散射特性變化趨勢(shì)。由于艦船主要面臨的威脅波段集中在X、Ku波段，水平入射角。本文中主要針對(duì)典型頻點(diǎn)10GHz、15GHz，0°入射角，兩種極化方式進(jìn)行計(jì)算。

表1 天線陣面上下面連接板不同傾斜角對(duì)比

天線陣面上下連接板不同傾斜角度對(duì)天線與船體共形的RCS會(huì)造成影響，其中天線上下連接板傾斜45°時(shí)RCS散射量值最大，其次為天線連接板與船體結(jié)構(gòu)直角連接，傾斜30°時(shí)RCS散射量值最小。

由圖2可以看出傾斜0°散射峰值分布在20°～160°整個(gè)區(qū)間。主要是由天線反射板與連接板構(gòu)成的直二面角結(jié)構(gòu)造成的。傾斜45°的散射量值集中在40°～140°整個(gè)區(qū)間，除天線反射板與連接板構(gòu)成的直二面角結(jié)構(gòu)外，還由天線上下連接板形成間接的直二面角結(jié)構(gòu)，從而造成散射峰值較大（見(jiàn)圖3散射亮點(diǎn)圖）。

圖2 10GHz、VV極化、0°入射角RCS曲線圖

由上述分析可以看出對(duì)于面陣天線與船體共形連接時(shí)，應(yīng)避免連接板與反射板構(gòu)成直二面角結(jié)構(gòu)。天線陣面與船體連接時(shí)，其連接板應(yīng)傾角設(shè)計(jì)，但應(yīng)避免相互之間形成新的直二面角結(jié)構(gòu)。

圖3 10GHz、VV極化、0°入射角、45°方位角散射亮點(diǎn)圖

2.2 天線陣面兩側(cè)連接板的傾斜角度影響分析

上下連接板采用直角連接，變換兩側(cè)連接板傾斜角，研究?jī)蓚?cè)連接板傾斜角對(duì)RCS的影響。

天線兩側(cè)連接板不同傾斜角度對(duì)天線與船體共形RCS會(huì)造成影響，其中傾斜角在45°時(shí)RCS散射量值最大。傾斜角60°的散射量值約大于傾斜角30°，但均遠(yuǎn)小于傾斜角0°。

圖4 10GHz、VV極化、0°入射角RCS曲線圖

表2 天線陣面兩側(cè)不同傾斜角對(duì)比值

其不同傾斜角的散射量值分布與上下連接板傾斜角變化基本一致，但傾斜45°時(shí)散射量值主要集中在80°～100°，同樣是由于兩側(cè)連接板之間形成的間接直二面角結(jié)構(gòu)造成的。

同樣由上述分析可以看出，天線連接板應(yīng)傾斜設(shè)計(jì)，且應(yīng)避免形成間接或者直接二面角。

3 反射板的深度影響分析

分析天線反射板距離船體結(jié)構(gòu)深度分別為200mm、400mm時(shí)散射特性變化趨勢(shì)。對(duì)天線陣面反射板距離船體結(jié)構(gòu)深度變化RCS數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖5 10GHz、VV極化、0°入射角RCS曲線圖

表3 天線陣面反射板距離船體結(jié)構(gòu)深度變化RCS計(jì)算值

明顯可以看出天線陣面反射板距離船體結(jié)構(gòu)深度對(duì)天線與船體共形的RCS會(huì)造成影響，隨著深度的增加RCS呈增大。在不影響天線輻射性能的前提下，應(yīng)盡量避免天線嵌入深度過(guò)大。

4 連接板之間連接形式

連接板與連接板之間連接時(shí)，可直接焊接，也可倒圓角焊接，針對(duì)該形式，分析不同連接形式對(duì)RCS的影響。為凸顯連接板連接形式的影響，連接板均與反射板成傾斜角布置，傾斜角為30°。

圖6 10GHz、VV極化、0°入射角RCS曲線圖

表4 天線陣面連接板之間連接形式對(duì)RCS影響對(duì)比

由此可以看出，天線陣面與船體連接板之間不同的連接形式對(duì)散射特性均會(huì)造成影響，其中相鄰的連接板直接棱邊焊接的散射量值最小，倒圓角焊接的散射量值角度，隨著倒圓角的半徑發(fā)生變化。天線連接板應(yīng)直接棱邊焊接。

5 結(jié)語(yǔ)

本文梳理出面陣天線與上層建筑共形RCS影響因素：天線分區(qū)形式、天線嵌入形式、天線與船體結(jié)構(gòu)連接形式（連接板傾斜角度、反射板深度、連接板之間連接形式）等。結(jié)合典型形式進(jìn)行仿真，得出以下結(jié)論：天線反射板應(yīng)設(shè)置一定傾斜角與船體連接應(yīng)，且反射板之間應(yīng)避免構(gòu)成直二面角；天線在滿(mǎn)足自身輻射性能的前提下，應(yīng)避免嵌入深度過(guò)大。連接板與連接板之間應(yīng)棱邊連接，或選擇半徑較小的圓弧過(guò)渡半徑。