机载通信天线辐射特性分析

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1、２００８年８月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ａｕｇ．２００８第３５卷第４期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．４机载通信天线辐射特性分析高军，曹祥玉，刘涛（空军工程大学电讯工程学院，陕西西安７１００７７）摘要：采用一致性几何绕射理论分析了某型航空飞行器机体对其上安装的通讯线天线辐射方向图的影响，给出了航空飞行器散射模型建立的原则和方法，对安装在飞机表面的通信线天线阴影区散射场计算公式进行了详细的分析推导，设计了机载通信线天线辐射方向图计算软件，可快速准确计算机载天线辐射方向图．以通信常用单极子天线为例，计算了机体表面不同安装位置线天线受载机

2、影响辐射方向图，该结果对机载天线安装位置优化有指导意义．关键词：单极子天线；一致性几何绕射理论；辐射方向图；航空飞行器中图分类号：ＴＮ８２１．８文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００８）０４０７５４０５犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犺犲狉犪犱犻犪狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狅犳狋犺犲犪犻狉犫狅狉狀犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀犪狀狋犲狀狀犪犌犃犗犑狌狀，犆犃犗犡犻犪狀犵狔狌，犔犐犝犜犪狅（ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇ．Ｉｎｓｔ．，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇ．Ｕｎｉｖ．，Ｘｉａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅＵｎｉｆｏｒｍＧｅｏｍｅｔ

3、ｒｉｃａｌＴｈｅｏｒｙｏｆＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＵＴＤ）ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅａｎａｉｒｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｍｏｄｅｌｏｆａｎａｉｒｃｒａｆｔｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｔｅｎｎａｉｎｔｈｅｓｈａｄｏｗｒｅｇｉｏｎｉｓｃａｒｅｆｕｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｐｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐａ

4、ｔｔｅｒｎｏｆａｎａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｔｅｎｎａｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｃａｎｂｅｃｏｍｐｕｔｅｄｒａｐｉｄｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉ

5、ｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａ；ＵＴＤ；ｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ；ａｉｒｃｒａｆｔ对于机载天线，机身、机翼、进气道、起落架等机体上所有凸体都有可能对它产生散射作用，引起天线辐射方向图畸变．研究机载天线辐射方向图变化情况，可以直观、清晰地看出这些散射体对天线的影响．为减少散射体对天线辐射特性的影响，确保天线性能的正常发挥，优化天线在载机上的安装位置已成为工程设计的［１～４］一个重要环节．对于飞机这样的大型散射体，国外在２０世纪７０年代已开始研究、预测天线受机体影响［２］后的辐射方向图，开发

6、了相应的分析预测软件，如ＡＴＡＣＡＰ软件，并已应用于实际工程．国内在这方面仍处于探索研究阶段，而实际工程中，天线在载机上的安装大多依靠工程经验，然后进行试飞试验，这样常常导致人力、物力的极大浪费．笔者采用一致性几何绕射理论，着重对机载通信单极子天线在阴影区的绕射场进行了详细的分析，给出了阴影区绕射场计算公式，设计了机载天线辐射方向图分析预测软件，以工程实际安装的载机天线为例，采用该软件可计算安装在载机不同位置的天线辐射方向图，并以此为依据优化天线在载机上的安装位置，指导工程实践，从而缩短研制周期，节省经费，大大提高效费比．收稿日期：２００７０８１６基金项目：国家自然科学基

7、金资助（６０６７１００１）；陕西省自然科学基础研究资助（２００５Ｆ２１）；西安市火炬攻关资助（ＧＧ０６０２０）作者简介：高军（１９６２），男，副教授，Ｅｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｙｕｃａｏｋｄｙ＠１６３．ｃｏｍ．第４期高军等：机载通信天线辐射特性分析７５５１理论分析一致性几何绕射理论（ＵＴＤ）是２０世纪７０年代Ｐａｔｈａｋ等在Ｋｅｌｌｅｒ导出的ＧＴＤ基本算式（绕射系数）［５，６］的基础上发展的，该算法克服了ＧＴＤ的缺点，较好地解决了电磁波在阴影边界上的不连续问题，使ＵＴＤ在几何光学阴影边界过渡区有效，在阴