你有沒有想過隱形飛機(jī)是如何獲得隱形能力和雷達(dá)隱形的？答案就在它的雷達(dá)截面中。飛機(jī)的機(jī)身及其機(jī)翼經(jīng)過精確設(shè)計(jì)，具有最小的 RCS，從而使雷達(dá)天線陣列產(chǎn)生的電磁信號(hào)散射最小。通過最大限度地減少對(duì)雷達(dá)站的后向散射，飛機(jī)基本上對(duì)遠(yuǎn)程或短程雷達(dá)系統(tǒng)來說是隱形的。

結(jié)果是隱形飛機(jī)中使用了一些非常有趣且奇怪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就像上面所示的美國 F-117 夜鷹一樣。僅從機(jī)身結(jié)構(gòu)來看，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一定表現(xiàn)出空氣動(dòng)力學(xué)特征，因此值得研究 RCS 降低技術(shù)如何影響隱形飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性。我們將在本文中提供廣泛的概述，將 RCS 降低與空氣動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行比較。

RCS 減少和空氣動(dòng)力學(xué)

什么是雷達(dá)截面？

所有與雷達(dá)脈沖相互作用的物體都具有稱為雷達(dá)截面（RCS）的屬性。一般來說，當(dāng)物體的RCS值越小時(shí)，該物體就越難被檢測(cè)到。

物體的 RCS 值以面積來測(cè)量。從物理上講，它表示物體將傳入雷達(dá)信號(hào)散射到的區(qū)域，并且是極角和方位角的函數(shù)。RCS 區(qū)域定義為雷達(dá)可以檢測(cè)到回波的有效區(qū)域的投影。如果物體散射雷達(dá)脈沖的區(qū)域與雷達(dá)系統(tǒng)可以檢測(cè)到回波的區(qū)域不重疊，則不會(huì)檢測(cè)到回波。從概念上講，這意味著該物體可以將所有雷達(dá)信號(hào)的能量反射到不同的方向，并且雷達(dá)系統(tǒng)將無法檢測(cè)到該物體。

這是隱身飛機(jī)機(jī)體的本質(zhì)功能。飛機(jī)的形狀改變了傳入脈沖的方向，使其向飛機(jī)周圍的各個(gè)方向散射，而不是直接散射回雷達(dá)系統(tǒng)。如果飛機(jī)機(jī)身在遠(yuǎn)離雷達(dá)測(cè)量回波的區(qū)域反射足夠的功率，則回波將很小，并且可能太低而導(dǎo)致系統(tǒng)無法檢測(cè)到。這是雙基地 雷達(dá)的原因之一，其中雷達(dá)探測(cè)器與接收器不在同一位置，并且它可以沿不同方向探測(cè)雷達(dá)脈沖回波。

單基地 雷達(dá)方程中的 RCS

RCS 僅針對(duì)真實(shí)飛機(jī)中未使用的特定形狀（例如圓柱體和球體）進(jìn)行了明確定義。然而，如果 RCS 值已知，則可以計(jì)算雷達(dá)收集的功率。可以使用單基地 雷達(dá)方程估計(jì)沿特定方向的接收功率：

雷達(dá)系統(tǒng)接收到的功率（以雷達(dá)參數(shù)和目標(biāo)雷達(dá)橫截面表示）。

在長距離限制下，目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離遠(yuǎn)大于目標(biāo)的尺寸，RCS 接近下面列出的值。出現(xiàn)以下近似值是因?yàn)椋陂L距離的限制下，反射入射雷達(dá)脈沖的目標(biāo)物體就像點(diǎn)源一樣。

RCS在遠(yuǎn)距離限制。

從這對(duì)方程我們可以看出，如果RCS值較低，那么接收功率也會(huì)較低。如果接收功率低于接收器的靈敏度閾值，則在系統(tǒng)本底噪聲之上將無法檢測(cè)到回波。對(duì)于探測(cè)器要克服低 RCS 值的問題，最簡(jiǎn)單的解決方案是雷達(dá)系統(tǒng)具有更高的天線增益（或相控陣?yán)走_(dá)的陣列增益）、更高的接收器靈敏度或更大的用于檢測(cè)回波的有效面積。

其他 RCS 減少選項(xiàng)

通常用于定義飛機(jī)性能的空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)包括升力、阻力、最高速度和重量。飛機(jī)的形狀對(duì) RCS 的影響最大，低 RCS 結(jié)構(gòu)可能非常復(fù)雜，空氣動(dòng)力學(xué)效果不佳。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化飛機(jī)時(shí)必須嘗試平衡低 RCS 要求與空氣動(dòng)力學(xué)性能需求。

當(dāng)RCS無法通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步降低時(shí)，可以采用額外的方法來降低RCS，而不會(huì)極大地影響空氣動(dòng)力性能。這些包括：

• 在飛機(jī)的暴露表面使用雷達(dá)吸波材料

• 重新設(shè)計(jì)子組件以具有更小的 RCS

• 實(shí)施被動(dòng)或主動(dòng)取消

• 使用針對(duì)雷達(dá)載波頻率的抗反射涂層

結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)飛機(jī)的 RCS 影響最大。完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化并平衡空氣動(dòng)力學(xué)要求后，可以通過上述方法進(jìn)一步降低 RCS。評(píng)估這些策略需要電磁仿真和CFD 仿真。

雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用Cadence的全套系統(tǒng)分析工具來平衡低 RCS 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與空氣動(dòng)力學(xué)要求。只有 Cadence 提供一套全面的電路、IC 和 PCB 設(shè)計(jì)工具，適用于任何應(yīng)用和任何復(fù)雜程度。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)仿真，用戶可以使用一流的電磁仿真和 CFD 仿真來評(píng)估系統(tǒng)功能。

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