[發明專利]一種基于特征模理論的低頻機載多天線系統及其設計方法

在審

• 申請號: 201710516664.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107404011A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 陳益凱;汪承慧;楊仕文;郭力文
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/29
• 分類號: H01Q21/29;H01Q21/30;H01Q21/00;H01Q1/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

1.一種基于特征模理論的低頻機載多天線系統，其特征在于，包括：多個低頻機載天線、機載平臺、激勵結構、匹配網絡、激勵結構介質保護層和功分饋電網絡；

所述機載平臺為天線的載體，包括：機頭、機身、主翼、垂直尾翼和水平尾翼；

所述激勵結構用以激勵起特定的模式電流或組合模式電流，進而滿足特定的方向圖要求；所述激勵結構的布局和類型根據機載平臺的特征模分析結果確定；

所述匹配網絡連接在激勵結構端口與同軸饋線之間，用以實現寬帶阻抗匹配。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述多個低頻機載天線為不同用途的天線，不同的天線激勵起不同的平臺模式組合；

所述平臺模式組合由平臺低階模式組成，加權系數通過多目標優化算法確定。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述多個低頻機載天線采用開槽結構的感性耦合結構或折疊單極子形式的容性耦合結構；

所述天線的外表面設置有介質保護層，所述天線的安裝方式為嵌入式安裝在機載平臺上。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述匹配網絡為集總元件組成的L型匹配網絡。

5.如權利要求1-4任一項所述的系統，其特征在于，

所述低頻機載天線的數量為三個，分別為：工作在8MHz的NVIS通訊天線，輻射方向圖為向上的筆狀波束；工作在18MHz的LRSW通訊天線，輻射方向圖為水平全向波束；工作在28MHz的空對地通信天線，輻射方向圖為向下的筆狀波束；

所述機載平臺為全金屬結構的飛行器模型機，通過對所述飛行器模型采用全金屬結構特征模理論進行分析，在天線的三個工作頻點及相應帶寬內得出相應的低階模式特性，所述低階模式特性包括：模式顯著性、模式電場和模式電流；

所述激勵結構為三組激勵結構，所述三組激勵結構從低頻到高頻依次選定為感性耦合結構、容性耦合結構、容性耦合結構；所述感性耦合結構選定為槽天線，并在槽的一端進行饋電；所述容性耦合結構選定為折疊單極子，并在單極子與平臺的連接處進行饋電；所述三組結構依據模式電流組合分布，通過優化算法綜合確定；所述優化算法采用基于分解的多目標進化算法(MOEA/D)，設置三個優化目標：

目標一：保證最大輻射方向，對于任意的平面，約束電場最大值出現在θ＝π/2方向上；

目標二：保證全向方向圖的不圓度較小，在θ＝π/2平面內，約束電場最大值與最小值比值接近于1；

目標三：保證能量集中在目標方向上，約束輻射出去的總能量與θ＝π/2±π/12區域內的輻射能量比值盡量小。

6.一種如權利要求1所述基于特征模理論的低頻機載多天線系統的設計方法，該方法包括下列步驟：

步驟A：獲取天線的載體平臺結構及天線性能的指標要求；

步驟B：依據指標要求的頻帶對載體平臺結構進行特征模分析；

步驟C：判斷步驟B分析得到的低階模式是否滿足指標要求，若不滿足則需通過多個模式的加權組合綜合出目標方向圖；

步驟D：依據不同天線激勵起不同的模式或組合模式的原則選取相應的綜合結果；

步驟E：依據步驟D的選擇結果確定激勵結構的位置、類型以及饋電幅相；

步驟F：設計相應的激勵結構、匹配網絡及功分移相網絡；

步驟G：將機載天線以嵌入式方式安裝在機載平臺上；

步驟H：對整個多天線系統進行一體化仿真和實驗驗證。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述低頻機載天線的數量為三個，分別為：工作在8MHz的NVIS通訊天線，輻射方向圖為向上的筆狀波束；工作在18MHz的LRSW通訊天線，輻射方向圖為水平全向波束；工作在28MHz的空對地通信天線，輻射方向圖為向下的筆狀波束；采用基于分解的多目標優化算法進行方向圖綜合，設置目標函數為：

所述目標函數對應的目標分別為：

目標一：保證最大輻射方向，對于任意的平面，約束電場最大值出現在θ＝π/2方向上；

目標二：保證全向方向圖的不圓度較小，在θ＝π/2平面內，約束電場最大值與最小值比值接近于1；

目標三：保證能量集中在目標方向上，約束輻射出去的總能量與θ＝π/2±π/12區域內的輻射能量比值盡量小。