雷达隐身技术的发展及应用

雷达隐身技术的发展及应用

马云方2012034020018

(电子科技大学微电子与固体电子学院应用化学系，成都四川 610054 )

摘要：阐述了雷达隐身技术的理论及基本原理，对采用外形隐身、材料

隐身、对消技术、干扰技术等雷达隐身技术的机理和方法进行了分析，介绍国内

外新型隐身技术发展趋势及应用进展情况。

关键词：隐身技术隐身材料

引言

现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展,极大地推动了战争防御系统的搜索、跟踪目标的能力，传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电磁五位一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段,并受到世界各军事大国的高度重视。

隐身技术是通过采用独特的外形设计和吸波、透波材料，以降低飞机对雷达波的反射；降低飞机发动机喷气的温度或采取隔热、散热措施，减弱红外辐射。由于在未来战争中,雷达仍将是探测目标的最可靠手段,因此隐身技术研究以目标的雷达特征信号控制为重点,同时展开红外、声、视频等其它特征信号控制的研究工作,最后向多功能、高性能的隐身方向发展。本文首先分析了隐身技术的理论及基本原理，然后对隐身技术进行具体分析，最后介绍隐身技术方向发展趋势。

1 雷达隐身理论基础

雷达隐身的本质就是使敌方雷达无法准确地探测到目标的回波信号。目标的雷达散射截面积 ( ＲCS) 表征目标返回到雷达的回波信号幅度。所以，要实现雷达隐身，核心就是降低目标ＲCS。

1. 1 基于雷达方程的ＲCS 分析

雷达最大作用距离方程:

其中: Ｒmax 为雷达的最大作用距离; Pt 为发射功率; Smin 为接收机可辨识的最小功率; G 为天线增益; λ为雷达工作波长; σ为雷达散射截面。由公式可知，雷达的探测距离Ｒmax 的四次方与目标的散射截面积σ成正比。若要减少雷达的探测距离，必须降低目标自身ＲCS。ＲCS 与照射功率、飞行器离雷达距离远近无关，只与目标表面导电特性、结构、材料、形体和姿态角等有关。所以，雷达隐身可以通过改变目标的外形、材料结构和电磁特征来实现。

1．2 基于电磁散射的ＲCS 分析

ＲCS 是单位立体角内目标朝发射源方向反射的功率和从给定方向入射于该目标的平

面波功率密度之比。ＲCS 值可通过在不同入射场条件下进行大量测试获得，而瞬态的雷达入射场又可以通过平台上传感器检测得到。根据ＲCS 定义［1］:

其中: Ｒ是雷达到目标的距离，Er 是回到雷达的回波信号电场强度，Ei 是照射到目标处的入射波电场强度。因此，降低目标ＲCS 实质就是降低目标的回波功率或散射波电场强度。实现方法通常有两种: 一是采用外形设计、吸波或透波材料等，降低反射功率; 二是产生与散射场相干但相位相反的场，实现有( 无) 源对消。

2雷达隐身技术

雷达隐身是目前隐身飞行器采取的主要措施。它通过外形设计和采用吸波材料或吸波结构材料来大大降低飞行器的雷达散射截面积。

2.1外形隐身

飞行器的外形对飞行器的雷达散射截面积影响最大，所以隐身飞机的外形设计是隐身的主要措施，并被证实确实有显著的效果。任何一架隐身飞行器都是一个复杂的形体。虽然可将其分解成十多个主要的和几十个甚至上百个较小的形体. 先分别计算出它们每个形体的雷达散射截面积，再进一步得出整个飞行器的雷达散射截面积，但每个典型形体的雷达散射截面积都随着雷达波的入射方向、波长和极化方向变化而变化，且各个小形体之间还存在雷达波的相互干扰。所以整个飞行器的雷达散射截面积的计算过程十分复杂。计算机技术的飞速发展，使得这种复杂的计算能够在较短时间内完成。现在美国、俄罗斯等一些国家已能够模拟和评价各种各样的隐身外形，从而研究出和不断完善减缩雷达散射截面积的各种方法，并建立一定的设计规范。

2.2材料隐身

雷达吸波材料的应用是实现隐身的主要技术性措施之一，也是隐身技术中研究的主要内容。由于气动方面的限制，飞行器的许多部件无法采用外形隐身，只能在这些部件上采用雷达吸波材料来减缩雷达散射截面积。雷达吸波材料主要有两种：涂敷型雷达吸波材料和雷达吸波结构材料。其应用形式有：索尔慈波里屏蔽层、蜂窝和开放式网状结构、梯度多层吸波、达伦巴奇层、电路模拟吸波、乔曼吸波和导电高分子吸波等。

2.2.1涂敷型雷达吸波材料

涂敷型雷达吸波材料可分为磁性吸波材料和介电吸波材料两类。磁性吸波材料是通过控制添加的磁性材料的性质和涂敷材料的厚度来获得材料高导磁率的特性，通过对添加剂和吸收剂进行适当的选择、集中和分布来调节吸波材料，使其能在整个涂敷厚度内达到所需要的阻抗和损耗系数，从而获得最佳的吸波效能，其有效设计厚度仅 0.5~1.25mm。介电吸波材料是将材料设计成表面阻抗接近自由空间阻抗、介电系数随离表面的深度增加而增大，这样有助于吸收电磁波，并且反射很弱。该类材料按基料的不同可分为塑料类、橡胶类、树脂类和其它类，一般有涂料型和贴片型两种。涂料型就是把电磁波吸收剂同粘合剂混合后按涂料的方法使用；贴片型就是把吸收剂和基料混合后做成薄片，使用时把贴片粘贴于金属表面。塑料类是以泡沫塑料为载体的隐身材料，这类材料几乎都是贴片型。橡胶类材料都是贴片型的，其基料为各种各样的橡胶，如丁腈橡胶、天然橡胶、硅橡胶和氯丁橡胶；吸收剂为铁氧体、导电纤维、导电碳黑和金属超细粉末等。这类材料的最大优点是制成贴片，可以准确地控制厚度，不足之处是不能用于复杂形体的隐身。

树脂类材料都是涂料型的，它通过在树脂基料中加入高吸收率的电磁波吸收剂来构成，吸收剂有金属超细粉末、导电碳黑和铁氧体粉末等。通常为了使吸收剂发挥高效率，还可以适当地加入导电纤维。导电纤维的长度由入射雷达波的波长决定，一般取波长的一半。涂层的厚度取入射雷达波长的 " 5 !。最能实现宽频带隐身的是磁性材料，现在有部分隐身材料中含有磁性物质。如果采用多层涂料结构，能得到更宽频带的隐身效果。另外，陶瓷片吸波材料特别能耐高温，适用于高速飞行器鼻尖和进气道等部位的隐身。

2.2.2雷达吸波结构材料

雷达吸波结构材料是由吸波材料和能透过雷达波的刚性材料相组合而成。它是将非金属蜂窝结构表面用碳或其它耗电磁能材料加以处理，然后再把金属蒙皮粘结在其表面而制成的刚性板料。它既能吸收高频雷达波，又能吸收低频雷达波。非金属透波蒙皮通常用玻璃纤维和芳纶纤维的树脂基复合材料制成，表面喷涂吸波材料，蜂窝芯网通常用含有碳粉类耗电磁能添加剂的树脂浸渍，从而得到特定的阻抗。它与涂敷型雷达吸波材料相比，除了有吸波和承载功能外，还有其它显著的特点，如有助于拓宽吸波频带，不增加飞行器的重量等，所以它有逐步取代涂敷型雷达吸波材料的趋势。雷达复合结构材料已经历了由玻璃纤维增强到碳纤维及其混杂纤维、由次承力件到主承力件、由热固性树脂到热塑性树脂的发展过程。随着先进复合材料在飞行器上应用的不断扩大，采用吸波结构材料已成为新一代军用飞行器材料研究的重要方向。可以这样说，吸波材料的发展在很大程度上影响着隐身材料乃至整个隐身技术未来的发展趋势。[2]

2.2.3几种先进的隐身材料

目前，隐身材料正在向宽频带、薄厚度、轻重量、强吸收等高性能方向发展，同时各国还在不断开发新机理吸波材料。现在世界军事大国正在研究开发以下几种先进的隐身材料：导电高分子隐身材料、手征隐身材料、纳米隐身材料、放射性同位素隐身材料、电路模拟隐身材料、视黄基席夫碱盐隐身材料、稀土隐身材料等

2.3无源对消与有源对消

无源对消技术又称自适应阻抗加载技术。它通过精密机加工在目标表面形成洞、腔体或缝隙，在不影响气动外形的前提下，改变蒙皮表面的电流分布，被动地产生与雷达回波频率、振幅相等但相位相反的附加波，与雷达回波相互抵消；或者在缝隙中接上分布或集中参数的电阻、电容元件，以控制其二次辐射，使其表面的负载阻抗与自由空间波的阻抗相匹配，使雷达波无反射地经过目标继续在空间传播，从而使雷达散射截面积减小。由于飞行器外形复杂和雷达频率范围很宽等因素，用这种方法减缩飞行器的雷达散射截面积是十分复杂和困难的。

有源对消技术是指在飞行器上装备有源对消电子设备，以产生适合对消的电磁波，通过相消干涉减弱或消除反射波。这种方法比无源对消具有通用性，能极为有效地减缩飞行器的雷达散射截面积，是一种具有发展前景的隐身技术。但它要求飞行器上具有能够测出入射雷达波频率、入射角、波形和强度的高性能传感器等对消电子设备，并能实时地产生对消所需要的电磁波信号，因此技术难度比较高，到目前为止尚未有实际应用。

2.4无源干扰和有源干扰

无源干扰技术从原理上看主要有两种途径：

2.4.1欺骗式

在目标周围制造假的目标信号，增大对方的识别难度和时间以及使其出现识别错误，最终丢失目标。目前，欺骗式无源干扰主要是以箔条为主要研究对象，它在射频对抗特