[發(fā)明專利]一種基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710516664.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN107404011A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳益凱;汪承慧;楊仕文;郭力文
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q21/29
• 分類號(hào): H01Q21/29;H01Q21/30;H01Q21/00;H01Q1/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于機(jī)載天線工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代多功能一體化機(jī)載綜合電子系統(tǒng)中，低頻(HF/VHF頻段)機(jī)載多天線系統(tǒng)是其關(guān)鍵子系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于中長距離的空對地通信及NVIS(Nearly Vertical Incident Sky Wave，近垂直入射天波)短波通信，其性能的好壞直接影響著整個(gè)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

由于機(jī)載平臺(tái)上的復(fù)雜電磁環(huán)境以及機(jī)體自身的物理結(jié)構(gòu)都會(huì)對機(jī)載天線的輻射性能造成影響，輻射性能良好的孤立天線在機(jī)載平臺(tái)上往往有不同程度的惡化。同時(shí)低頻機(jī)載天線的諧振長度與機(jī)體尺寸相當(dāng)，低頻天線尺寸往往較大，通常采用外露式安裝，這又破壞了飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，增加了飛機(jī)的雷達(dá)散射截面，也不利于天線的機(jī)械性抗毀性能。另一方面，隨著機(jī)載通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，安裝在機(jī)載平臺(tái)上的天線數(shù)目越來越多，除了上述適于單個(gè)天線的問題外，減小機(jī)載多天線設(shè)備之間的干擾也顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，以設(shè)計(jì)出同時(shí)滿足輻射特性需求、飛行器飛行安全要求、以及電磁兼容性能要求的一體化低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。本申請?zhí)峁┮环N基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：多個(gè)低頻機(jī)載天線、機(jī)載平臺(tái)、激勵(lì)結(jié)構(gòu)、匹配網(wǎng)絡(luò)、激勵(lì)結(jié)構(gòu)介質(zhì)保護(hù)層和功分饋電網(wǎng)絡(luò)；

所述機(jī)載平臺(tái)為天線的載體，包括：機(jī)頭、機(jī)身、主翼、垂直尾翼和水平尾翼；

所述激勵(lì)結(jié)構(gòu)用以激勵(lì)起特定的模式電流或組合模式電流，進(jìn)而滿足特定的方向圖要求；所述激勵(lì)結(jié)構(gòu)的布局和類型根據(jù)機(jī)載平臺(tái)的特征模分析結(jié)果確定；

所述匹配網(wǎng)絡(luò)連接在激勵(lì)結(jié)構(gòu)端口與同軸饋線之間，用以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配。

如上所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)低頻機(jī)載天線為不同用途的天線，不同的天線激勵(lì)起不同的平臺(tái)模式組合；所述平臺(tái)模式組合由平臺(tái)低階模式組成，加權(quán)系數(shù)通過多目標(biāo)優(yōu)化算法確定。

如上所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)低頻機(jī)載天線采用開槽結(jié)構(gòu)的感性耦合結(jié)構(gòu)或折疊單極子形式的容性耦合結(jié)構(gòu)；所述天線的外表面設(shè)置有介質(zhì)保護(hù)層，所述天線的安裝方式為嵌入式安裝在機(jī)載平臺(tái)上。

如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述匹配網(wǎng)絡(luò)為集總元件組成的L型匹配網(wǎng)絡(luò)。

如上所述的系統(tǒng)，其中，所述低頻機(jī)載天線的數(shù)量為三個(gè)，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(jī)載平臺(tái)為全金屬結(jié)構(gòu)的飛行器模型機(jī)，通過對所述飛行器模型采用全金屬結(jié)構(gòu)特征模理論進(jìn)行分析，在天線的三個(gè)工作頻點(diǎn)及相應(yīng)帶寬內(nèi)得出相應(yīng)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(lì)結(jié)構(gòu)為三組激勵(lì)結(jié)構(gòu)，所述三組激勵(lì)結(jié)構(gòu)從低頻到高頻依次選定為感性耦合結(jié)構(gòu)、容性耦合結(jié)構(gòu)、容性耦合結(jié)構(gòu)；所述感性耦合結(jié)構(gòu)選定為槽天線，并在槽的一端進(jìn)行饋電；所述容性耦合結(jié)構(gòu)選定為折疊單極子，并在單極子與平臺(tái)的連接處進(jìn)行饋電；所述三組結(jié)構(gòu)依據(jù)模式電流組合分布，通過優(yōu)化算法綜合確定；所述優(yōu)化算法采用基于分解的多目標(biāo)進(jìn)化算法(MOEA/D)，設(shè)置三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：

目標(biāo)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(xiàn)在θ＝π/2方向上；

目標(biāo)二：保證全向方向圖的不圓度較小，在θ＝π/2平面內(nèi)，約束電場最大值與最小值比值接近于1；

目標(biāo)三：保證能量集中在目標(biāo)方向上，約束輻射出去的總能量與θ＝π/2±π/12區(qū)域內(nèi)的輻射能量比值盡量小。

本申請?zhí)峁┮环N基于特征模理論的低頻機(jī)載多天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該方法包括下列步驟：

步驟A：獲取天線的載體平臺(tái)結(jié)構(gòu)及天線性能的指標(biāo)要求；

步驟B：依據(jù)指標(biāo)要求的頻帶對載體平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(biāo)要求，若不滿足則需通過多個(gè)模式的加權(quán)組合綜合出目標(biāo)方向圖；

步驟D：依據(jù)不同天線激勵(lì)起不同的模式或組合模式的原則選取相應(yīng)的綜合結(jié)果；

步驟E：依據(jù)步驟D的選擇結(jié)果確定激勵(lì)結(jié)構(gòu)的位置、類型以及饋電幅相；

步驟F：設(shè)計(jì)相應(yīng)的激勵(lì)結(jié)構(gòu)、匹配網(wǎng)絡(luò)及功分移相網(wǎng)絡(luò)；