早在20世紀(jì)30年代雷達(dá)誕生伊始，人們就開始對圓環(huán)陣、圓錐陣等特形天線進(jìn)行研究，這在當(dāng)時(shí)也被視為是共形天線的基礎(chǔ)和突破口。1960年，美國海軍航空司令部開始著手研究用于飛機(jī)和導(dǎo)彈蒙皮上的共形相控陣天線。到1973年，美國研制出球形相控陣天線和圓環(huán)相控陣天線，標(biāo)志著人們在共形天線研究領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

20世紀(jì)80年代，伴隨著微電子和信息技術(shù)的快速發(fā)展，雷達(dá)天線領(lǐng)域一大批新技術(shù)、新工藝相繼出現(xiàn)，為共形天線的研制運(yùn)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。美國空軍于1985年首次提出“智能蒙皮”技術(shù)構(gòu)想后，相繼投入大量人力和物力進(jìn)行基于共形天線的智能蒙皮研究，推動(dòng)了將雷達(dá)天線集成在飛機(jī)蒙皮系統(tǒng)內(nèi)部的技術(shù)發(fā)展。目前，共形天線技術(shù)已經(jīng)在機(jī)載探測雷達(dá)、通信系統(tǒng)等部分武器平臺上開始使用。

共形設(shè)計(jì)漸成大勢所趨

共形天線之所以備受青睞，離不開其自身的獨(dú)特優(yōu)勢。共形天線與載體的完美融合，使武器平臺保持了較好的隱身特性和氣動(dòng)布局。當(dāng)共形天線與導(dǎo)彈結(jié)合時(shí)，能在不改變導(dǎo)彈尺寸的情況下，進(jìn)一步提升導(dǎo)彈對目標(biāo)的適應(yīng)能力和打擊精度。發(fā)展完善的共形天線，事實(shí)上為武器平臺披上了一身“雷達(dá)外衣”，即便是普通戰(zhàn)斗機(jī)也能通過滿身的天線實(shí)施偵察監(jiān)視和電子戰(zhàn)任務(wù)，從而節(jié)省了偵察機(jī)和電子戰(zhàn)飛機(jī)的研發(fā)投入。

就拿近年來得到高度關(guān)注的智能蒙皮來說，以往放置在機(jī)頭的戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)占據(jù)了龐大的機(jī)上空間，做成智能蒙皮后雷達(dá)可以放在機(jī)身的任何部位，使飛機(jī)性能得到大幅提升。智能蒙皮的出現(xiàn)還能在更大空域和更遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的掃描和探測。采用共形天線，對武器平臺的載重、大小等幾乎沒有什么特殊要求，就連水面艦艇都能實(shí)現(xiàn)天線與桅桿、艦橋的一體化設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍極為廣泛。

從2004年開始，美國空軍和雷神公司就開始對X波段薄型相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行研究，其采用的天線技術(shù)正是共形天線。美國國家航空航天局和美國空軍支持的“系統(tǒng)研發(fā)型飛行器”項(xiàng)目也在智能蒙皮技術(shù)上取得重大突破。通過超材料設(shè)計(jì)，這一項(xiàng)目將F-18“大黃蜂”的垂尾變身成為機(jī)載通信天線和合成孔徑雷達(dá)，可實(shí)現(xiàn)“全方位、多任務(wù)”快速雷達(dá)波束掃描。目前，這一技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于美軍F-22“猛禽”、F-35“閃電”戰(zhàn)斗機(jī)以及“全球鷹”無人機(jī)上。

目前，美國空軍仍在支持多個(gè)共形天線項(xiàng)目研發(fā)。其中“結(jié)構(gòu)一體化X波段陣列”項(xiàng)目，就曾在波音707飛機(jī)機(jī)翼上安裝過64單元共形天線。在“傳感器飛機(jī)共形低波段天線結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目中，研究人員通過在飛機(jī)機(jī)翼前緣安裝有源相控陣共形雷達(dá)系統(tǒng)，充分研究了機(jī)翼彎曲對共形天線陣列性能的影響。美國空軍的“傳感器飛機(jī)”項(xiàng)目專門制造了一款超高頻共形有源相控陣?yán)走_(dá)天線，美國海軍的協(xié)同交戰(zhàn)系統(tǒng)艦載通信終端也采用了圓柱形共形相控陣天線。

此外，美國國防部高級研究計(jì)劃局還專門制定了《推動(dòng)智能蒙皮天線技術(shù)快速發(fā)展》計(jì)劃。歐洲研究人員也在為無人機(jī)量身打造一款曲面掃描天線，相當(dāng)于直接把天線貼在了無人機(jī)表面。

未來軍民兩用前景廣闊

伴隨著共形天線技術(shù)的快速發(fā)展，未來一個(gè)時(shí)期共形天線將在軍事和民用領(lǐng)域擁有更加廣闊的發(fā)展空間。諸如飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、軍艦、潛艇、坦克等武器平臺，都將向著優(yōu)化天線設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)天線與武器平臺結(jié)構(gòu)共形方向加速發(fā)展。預(yù)計(jì)共形天線將在無人機(jī)或?qū)椛蠈?shí)現(xiàn)最大化應(yīng)用。尤其是小型無人機(jī)可以充分發(fā)揮共形天線的優(yōu)勢，將整個(gè)無人機(jī)平臺外表層都作為雷達(dá)天線，實(shí)施更為廣泛的偵察通信、雷達(dá)成像等任務(wù)。

在民用領(lǐng)域，共形天線的出現(xiàn)更意味著一場“頭腦風(fēng)暴”。就像人類感知冷暖需要有皮膚一樣，車輛要想做到“智能”，同樣也需要自己的“皮膚”。共形天線將為未來智能汽車提供遍布全身的雷達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)傳感器集成的最優(yōu)解。目前已經(jīng)出現(xiàn)將5G多頻共形天線“穿”在身上的未來汽車概念，將推動(dòng)車輛網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)快速發(fā)展。

以智能蒙皮為代表的共形天線技術(shù)也屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一支，隨著物聯(lián)網(wǎng)在軍民兩用領(lǐng)域的推進(jìn)，共形天線有望實(shí)現(xiàn)不同平臺間的互聯(lián)互通。法國軍備總局此前就計(jì)劃將智能蒙皮用于高空和長續(xù)航無人機(jī)項(xiàng)目，還計(jì)劃為A-400M預(yù)警機(jī)加裝遠(yuǎn)距離監(jiān)視天線。人們甚至還打算把共形天線穿到身上。美國研究人員已經(jīng)基于紡織制造技術(shù)研制出一款織物天線，通過在柔性布料基體中嵌入直徑為0.1毫米的特殊導(dǎo)電材料，成功實(shí)現(xiàn)了織物天線功能。

未來，柔性共形天線是天線技術(shù)發(fā)展的熱門方向。以大型預(yù)警機(jī)為例，采用柔性共形天線后不再需要額外背負(fù)“圓盤”或“平衡木”之類的機(jī)外天線，只需機(jī)身就能實(shí)現(xiàn)探測預(yù)警。同時(shí)，柔性共形天線占用機(jī)內(nèi)空間少，也有助于減少武器平臺體積重量，提升機(jī)動(dòng)性和戰(zhàn)場生存能力。