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随着现代科技的迅速发展,跳频、扩频(FHSS)技术被广泛地应用于军用、民用通信中,而且跳频速度越来越快,跳频的宽度也越来越宽,因此就要求天线必须是非调谐的具有较宽的工作带宽的宽带天线,以保证跳频宽度和速度。另一方面,越来越多的满足不同需要的电子设备集中在同一载体上,例如卫星、飞机、舰艇和通信车辆等都是电子设备高度密集的载体,各个电子系统需要不同的天线来接收或发射电子信号,这样一个载体上可能会有几副甚至十几副工作在不同波段的天线,载体会对天线的辐射性能产生影响,不同的天线之间也会产生很强的耦合干扰,使天线难以按设计指标正常工作。本文密切结合“十五”国防科技预研重点项目“软件无线电天线”和“宽带小型化天线”以及航天部预研项目“某型号卫星天线系统电磁干扰分析”,着重围绕宽带小型化天线的分析计算、星载天线系统的电磁干扰分析等方面开展工作,作者的主要工作和成果可概括为:
1.研究了一种快速计算螺旋天线电特性的新方法。该方法采用直线段对螺旋天线进行划分,应用合成基函数及合成检验函数的矩量法对天线进行模拟分析,对阻抗矩阵进行了降阶处理,在求解矩阵方程上花费的时间以及占用的计算机内存,要比传统直线段划分的矩量法少得多。并采用该方法结合遗传算法,成功地优化设计了工作在100~1000Mt{z频段上的超宽带加载法向模螺旋天线,与同频段工作的宽带加载单鞭天线的分析结果比较,表明了加载法向模螺旋天线的宽带化、小型化特性。
2.研究了一种快速精确计算安装在金属圆柱筒上套筒天线的新方法。建立了一种新的分析模型,并采用粗圆柱线天线快速精确计算模型和正弦插值基函数,将套筒天线和外套筒与内导体底端之间的金属圆盘作为一个整体进行矩量法分析计算,研究了天线的电压驻波比和辐射特性。
3.研究了遗传算法结合电磁分析源代码NEC2的优化算法来优化设计线栅型宽带笼形中馈天线。分析了笼形天线的上下辐射体高度、笼半径、底锥高度及馈线长度对天线电性能的影响,并将天线的结构参数以及匹配网络参数作为优化变量进行一体化优化设计。
4.结合“十五”国防预研项目VHF/UHF波段天线的设计要求,采用上述优化设计笼形天线的方法,成功地设计并制作了两副分别工作在100~400MHz和225~512MHz频段上的笼形中馈天线,消除了天线的载体地面对天线辐射特性的影响,增强了天线的实用性。
5.结合具体工程项目——车载、背负式超短波波段天线的设计要求,提出了一种新型结构的套筒天线,采用上述分析安装在金属圆柱筒上的套筒天线的方法,成功地设计并制作了两副分别工作在105~420MHz和225~600MHz频段上的新型套筒天线,这种结构的套筒天线易于工程中支撑与架高,同时可以减弱传统的天线载体地面对天线辐射特性的影响。
6.结合航天部五院预研项目,采用分析电大尺寸目标散射特性的高频近似方法——一致性几何绕射理论,对某型号卫星星载天线系统的电磁干扰进行了分析,具体研究了星载天线装星后的辐射方向图,分析了同频工作的收发天线间的干扰功率及隔离度,并提供了较为完备的分析软件,为某型号卫星上的天线布局配置和频率配置提供了科学依据。