龍勃透鏡在軍事領域中的應用
福順天際通信自2015年成功把龍勃透鏡產品投入市場以來,已在民用龍勃透鏡移動通信領域取得重大進展。憑借著龍勃透鏡在民用行業領域積累的先進技術與經驗,目前已將龍勃透鏡技術產品延伸至軍工領域。
龍勃透鏡技術
龍勃透鏡是德國物理學家R.K.Luneburg在1944年基于幾何光學法提出的概念,是一種折射率不均勻的介質透鏡。這種透鏡的介質折射率分布具有球對稱性,即折射率n(r)僅與離球心的距離有關。
如圖所示,其中點F為饋電點,亦是透鏡面上的焦點。透鏡內部的折射率為徑向尺寸 r 的函數。龍伯透鏡中射線軌跡如圖中所示FNPQ,要使透鏡輻射口面具有高效率,必須使AB上為等相位面波前。從F點發出的每一射線FNPQ等電長度。或者反過來說,平行波束的射線經過介質折射后都聚焦于同一點F,這就是透鏡內介質折射率確定的依據。

人工介質材料或電磁材料

中大型龍勃透鏡
龍勃透鏡運用于通信,雷達,導航等多種無線應用領域,具有重量輕、反射效率高、角度響應寬等優勢,同時可具備多種尺寸來應用特定場景,龍勃透鏡反射器主要應用于空 中、地面、水上等多領域提供雷達識別系統選用龍勃透鏡反射器,優勢是可以實現全向雷達反射,在性能和尺寸上都優于傳統的角反射器。
應用前景
龍勃透鏡的強方向性特性,使接收到的平面電磁波在透鏡的徑向表面上聚焦在很小的區域上,形成高能量點。在該點放置金屬反射器,接收到的電磁波就會沿著來路全部反射回去。利用這一特點,設計各種不同形狀和不同材質的反射體,形成龍勃透鏡散射器。將不同特征的龍勃透鏡散射器安裝到物體的表面,改變雷達目標反射特征,觀測者就無法通過雷達正確判斷目標的性質,這就是電磁對抗。以下是龍勃透鏡散射器的典型應用場景。
(1)隱形戰機:安裝龍勃透鏡反射器,隱形戰機在訓練時,實現對隱身機自身的雷達散射特征的保密,同時便于指揮中心評判訓練效果;在非戰斗轉場飛行時,安裝龍勃透鏡散射,便于民航空管雷達發現,避免發生事故。美國猛禽、閃電、中國J20等先進隱形戰機已加裝,如圖1所示。我們的產品可以替代進口,打破國外技術制約。

圖1 先進隱形戰機加裝龍勃透鏡產品示意圖
(2)訓練靶機:圖2所示為各個軍種的訓練打靶目標應用。根據訓練科目實際情況,結合海陸空的實際需要和特點, 通過龍勃透鏡反射器的高倍放大的雷達散射面積,實現低成本的靶機,尤其實現大型/超大型靶機的應用,節約日常訓練成本。

圖2 訓練靶機
(3)假目標:使用假目標隱藏真實戰略戰術意圖,是戰爭中的重要謀略之一。圖3是用龍勃透鏡的散射特征模擬需要偽裝的目標特征,欺騙和誘導敵方雷達,以保護真實目標,降低戰場損失。比如:模擬成坦克、導彈發射車、潛艇、飛機、艦船等特定目標的雷達信號,如圖3所示。真假目標混合,結合龍勃透鏡可以實現偽裝,破解多模雷達、紅外雷達等偵察。

圖3 假目標
(4)目標雷達信號屏蔽:圖4是大型龍勃透鏡散射器應用設想,用中大型龍勃透鏡的散射特征掩蓋需要保護的目標特征,實現欺騙和誘導敵方雷達,保存真實目標,降低戰場損失。比如:在艦船、戰車、飛機等各種移動的目標安裝龍勃透鏡反射器,屏蔽雷達信號,使得真假目標混合,干擾雷達偵察,提升戰場生存機率。

圖4 目標隱真
(5)誘導:小型導彈配備龍勃透鏡后,可以模擬大型導彈雷達特性,能夠干擾或是誘導敵方的反導裝置啟動,有效消耗敵方攔截導彈的數量,待敵方消耗完火力后進行精準打擊 (圖5a)。
小型無人機配備透鏡天線通過散射面模擬真實的戰機信號,誘導敵方以為是我方戰斗機,無人機配備透鏡可以降低人員傷亡和武器裝備損毀成本,保護我方真實戰斗機的精準打擊(圖5b)。

(a) 導彈誘導 圖5 誘導 (b)無人機誘導
(6)衛星通信及衛星跟蹤:國內目前沒有企業做龍勃透鏡多波束衛星通信,結合龍勃透鏡重量輕、多波束(多個衛星同時通信)、通信穩定、成本更低的特點,同時和多個衛星通信,避免不同衛星信號的來回切換,增強通信的穩定性,如圖6所示??梢源蚱茋鈱λ欧姍C的技術壁壘,和相控陣衛星天線對比,成本更低、掃描角度更寬,可以替代進口。

圖6 衛星通信及衛星跟蹤
(7)浮標等導航領域:傳統浮標沒有雷達反射功能或是發射小,不能及時被船只發現,靠視覺發現不能適應惡劣天氣。選用龍勃透鏡反射器制成的浮標,外形和傳統浮標一樣,但是具備雷達反射功能,超視距被雷達發現,適應夜間或陰雨等惡劣天氣使用,降低災難發生。如圖7所示。

圖7 浮標信標等導航領域
基于龍勃透鏡的應用非常廣泛,后續將會持續探索適用于各領域的龍勃透鏡及其產品研制新方法、開發基于新型電磁材料的龍勃透鏡、基于龍勃透鏡的無源雷達散射器開發,形成系列化無源雷達對抗產品。