共形陣天線是和載體外形保持一致的天線陣，即將天線陣面與載體外形“共形”，增強(qiáng)了適應(yīng)性，相對(duì)于平面陣天線有很大的優(yōu)勢(shì)。其中，柔性共形陣天線是更先進(jìn)的一種共形陣天線技術(shù)，不僅可以和任意曲面共形，能夠隨著外形變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整適應(yīng)而且對(duì)于飛行器因氣動(dòng)、冷熱等引起的振動(dòng)和外形變化具有更好的適應(yīng)性。

歐美國(guó)家對(duì)共形天線的研究

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家很早就認(rèn)識(shí)到共形陣天線的優(yōu)勢(shì)，但已有的共形陣天線應(yīng)用還僅是將共形陣陣面設(shè)計(jì)成既定形狀，如圓筒形或半球形，被動(dòng)地適應(yīng)載體外形，多應(yīng)用于地面和艦載的雷達(dá)天線。而在飛行器上，由于使用環(huán)境復(fù)雜，共形陣的應(yīng)用面臨的技術(shù)難題更多。

美國(guó)空軍對(duì)“傳感器飛機(jī)”的機(jī)翼進(jìn)行風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)。

美國(guó)空軍曾支持多個(gè)共形陣天線項(xiàng)目，例如，在“結(jié)構(gòu)一體化X波段陣列”（SIXA）項(xiàng)目中，波音707飛機(jī)機(jī)翼上曾安裝過(guò)一個(gè)64單元的共形陣陣天線，長(zhǎng)約6m；在“傳感器飛機(jī)共形低波段天線結(jié)構(gòu)”（S-CLAS）項(xiàng)目中，在飛機(jī)機(jī)翼的前緣安裝了有源相控陣列，用來(lái)進(jìn)行共形陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)試驗(yàn)，通過(guò)自適應(yīng)處理手段可以克服機(jī)身的變形和機(jī)翼的抖動(dòng)所帶來(lái)的影響。

上述兩個(gè)項(xiàng)目只是研究機(jī)翼彎曲對(duì)陣列性能的影響及彎曲補(bǔ)償技術(shù)，而最接近型號(hào)應(yīng)用的是在美國(guó)空軍“傳感器飛機(jī)”（SensorCraft）項(xiàng)目中專門為該機(jī)制造的尺寸3～6m的超高頻共形有源相控陣?yán)走_(dá)天線，并將它集成到機(jī)翼中進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)；另外還已制成0.37m2的X波段共形有源相控陣?yán)走_(dá)天線。

這些項(xiàng)目中的天線陣列都是根據(jù)特定載體進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用飛機(jī)機(jī)翼較規(guī)則的平面，不能貼合任意曲面，不具有廣泛的適用性，距離取代當(dāng)前飛行器中的機(jī)內(nèi)雷達(dá)天線仍有一定差距。

日本對(duì)共形天線的研究

日本在信息技術(shù)和微電子技術(shù)方面一直處于世界領(lǐng)先地位，這些技術(shù)積累為研究共形陣天線技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。日本原防衛(wèi)技術(shù)研究本部（現(xiàn)已整合到防衛(wèi)省裝備廳）的電子裝備研究所在2013年對(duì)外公布了其正在牽頭研發(fā)的柔性共形陣天線，在實(shí)用性方面具有很大的突破，解決了大部分共形陣天線所面臨的問(wèn)題。

日本這個(gè)項(xiàng)目的研制目標(biāo)是面向未來(lái)航空裝備，用于取代機(jī)內(nèi)雷達(dá)天線，其實(shí)現(xiàn)的柔性共形陣天線技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了三點(diǎn)：天線可以任意角度彎曲；天線傳感器可以根據(jù)彎曲狀態(tài)檢測(cè)曲率，自動(dòng)修正電磁波相位；通過(guò)對(duì)天線在彎曲狀態(tài)下與平面狀態(tài)下的增益效果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了自動(dòng)修正電磁波的技術(shù)可行性。

柔性天線可以實(shí)現(xiàn)任意角度的彎曲。

日本研制的這種天線上附有傳感器，可以檢測(cè)天線的彎曲曲率，通過(guò)計(jì)算曲率半徑得出各個(gè)元件的坐標(biāo)，然后自動(dòng)調(diào)整各個(gè)元件的相位，形成指定方向的電磁波束。防衛(wèi)技術(shù)本部在微波暗室中對(duì)彎曲狀態(tài)的柔性共形陣天線的增益效果進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)在指定方向上形成了電磁波束，證明柔性共形陣天線對(duì)電磁波進(jìn)行修正是有效的。

試制的柔性共形陣天線在電波暗室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證自動(dòng)修正電磁波的技術(shù)可行性。

日本的這項(xiàng)柔性共形陣天線技術(shù)研究的目標(biāo)，就是針對(duì)現(xiàn)在的飛機(jī)設(shè)計(jì)中如果需要大口徑天線就必須使機(jī)頭的直徑較大，而柔性天線技術(shù)可以把天線安裝在飛機(jī)外部，和機(jī)身表面外形相匹配，取代機(jī)內(nèi)雷達(dá)天線，避免機(jī)內(nèi)熱管理和電磁兼容等問(wèn)題。柔性共形陣天線能夠適應(yīng)任何曲面形狀，并且其柔性共形陣天線在構(gòu)造上輕薄、重量小，具有很好的搭載適應(yīng)性。這樣相對(duì)于固定形狀的共形天線，柔性共形天線使天線不需要再為適應(yīng)飛機(jī)外形而進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，而且能夠適應(yīng)飛機(jī)氣動(dòng)和熱脹冷縮的外形改變。

柔性天線測(cè)試結(jié)果(注：藍(lán)色為平面狀態(tài)紅色為未進(jìn)行電磁波修正綠色為進(jìn)行電磁波修正)。

這種柔性共形陣天線技術(shù)如果發(fā)展成熟，具有很廣泛的軍事用途，也將改變傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)理念，對(duì)于提高作戰(zhàn)系統(tǒng)的探測(cè)能力大有裨益，尤其在隱身航空裝備發(fā)展迅速的今天，更具有現(xiàn)實(shí)意義。

首先，柔性共形陣天線可以安裝在航空裝備不同曲率的表面，航空裝備可以設(shè)計(jì)成最優(yōu)的氣動(dòng)外形，而無(wú)需為安裝天線陣面而付出額外的氣動(dòng)代價(jià)。適合用于機(jī)翼變形比較大的大展弦比機(jī)翼的飛機(jī)，大型預(yù)警機(jī)可以充分利用機(jī)身表面積和大翼展布置天線，大幅提升探測(cè)能力，而不再需要額外背負(fù)“圓盤”或“平衡木”之類的機(jī)外天線；或者高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)，采用柔性共形陣天線可以實(shí)現(xiàn)大口徑雷達(dá)探測(cè)，滿足其廣域偵察能力需求。

其次，柔性共形陣天線可以不占用機(jī)內(nèi)空間，騰出的空間可以用來(lái)安裝其他設(shè)備、燃料，從而增加飛機(jī)的載荷，使機(jī)體內(nèi)有限的空間得到充分的利用，另外也有助于提高設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少體積和重量，有助于提高載機(jī)的機(jī)動(dòng)性及戰(zhàn)場(chǎng)的生存能力。這對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)或?qū)椫惖目臻g緊湊型航空裝備具有巨大優(yōu)勢(shì)，如果戰(zhàn)斗機(jī)能在機(jī)身表面集成共形陣天線取代機(jī)內(nèi)平面陣?yán)走_(dá)天線，可以將機(jī)頭空間留給其他更重要的機(jī)載設(shè)備，可以多載燃油增加航程，可以搭載更多的機(jī)載武器。雷達(dá)制導(dǎo)的導(dǎo)彈如果在表面安裝共形陣天線，可以降低了導(dǎo)引頭的尺寸和重量，彈體內(nèi)節(jié)省的空間可以安裝更大的戰(zhàn)斗部或攜帶更多的燃料，也可以大幅縮小彈體尺寸增加便攜性，提高機(jī)動(dòng)性。

第三，柔性共形陣天線擴(kuò)大了可進(jìn)行態(tài)勢(shì)探測(cè)的平臺(tái)范圍。任何飛機(jī)都容易被改裝用于情報(bào)搜集，機(jī)翼、機(jī)門或機(jī)身都可以成為天線，任何有人駕駛飛機(jī)或無(wú)人機(jī)都可以執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)，而無(wú)需為適應(yīng)雷達(dá)天線而開(kāi)發(fā)專門的監(jiān)視飛機(jī)。

第四，共形陣天線不僅可以用于雷達(dá)探測(cè)和通信，也可能提供新的電子戰(zhàn)作戰(zhàn)方式，極大地改善電子攻擊效能。利用大型共形陣的高功率孔徑積可以探測(cè)敵方的通信，可以對(duì)付許多X波段的雷達(dá)和大量短波通信。曾有專家設(shè)想用共形陣天線包裹導(dǎo)彈大小的無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)，快速抵達(dá)敵方目標(biāo)附近，在近距離上產(chǎn)生具有毀傷作用的尖峰功率，從而對(duì)敵設(shè)施進(jìn)行電子攻擊。

作者：姜延昀，中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心