飞机测高天线的设计

空间电子技术90SPACE ELECTRONIC TECHNOLOGY2010年第3期飞机测高天线的设计张峰于海龙(西安电子科技大学机电工程学院,西安710071)摘要文章研究了微带天线的设计,论述了其结构及应用,介绍了设计流程和要求,并利用HFSS设计了一个用于飞机测高的天线,中心频率在444MHz。仿真结果表明,所设计的微带天线有较好的辐射特性,满足设计要求。关键词微带天线HFSS10 天线分析阻抗匹配质层和粘贴在其上下两面的金属接地板和辐射元构0引言成。辐射元的形状可以是方形、矩形、圆形等。矩形微带天线的形状如图1(a)所示,分析这种天线有各近20年来,随着微带理论的发展,微带天线的种方法,包括较严格的解法和比较简单的方法”。应用日益广泛,现在已广泛用于100MHz ~ 50GHzMunson[2]和Dermeryd'3)的传输线模型可得出适合的无线电设备中。它体积小、质量轻、低剖面,能与大多 数工程应用的结果。传输线法的基本假设是:载体(如飞行器)共形,并且除了在馈电点处要开出(1)微带片和接地板构成一段微带传输线,传输准引线孔外,不破坏载体的机械结构,这对于高速飞行TEM波,波的传输方向决定于馈电点。线段长度L器特别有利。文章针对飞机测高天线的要求",设=λ_/2 ,λm为准TEM波的波长。场在传输方向是计了一个中心频率为44MHz的矩形微带天线,利驻波分布 ,而在其垂直方向是常数。(2)传输线的用Ansoft HFSS10进行天线的设计、仿真和优化,使两个开口端(始端和末端)等效为两个辐射缝,长为天线的驻波比、输人阻抗、增益及方向图等均满足系W,宽为h,缝口径场即为传输线开口端场强。缝平统工作要求。面看作位于微带片两端的延伸面上,即是将开口面向上折转90° ,而开口场强随之折转。在此假设条1微带贴片天线的分析件下,矩形微带天线可看成是相距二分之-波长同相激励并向地板以上半空间辐射的二元缝隙阵列，微带天线是由一层或多层厚度远小于波长的介辐射场如图1(b)所示。-幅射无介质板t(a)矩形微带天线(b-1)(b-2)辐射场圈1矩形徵带天线结构中国煤化工收稿日期:2009 -02-18;修回日期:2009 -05 -04.TYHCNMHG2010年第3期张峰等:飞机测高天线的设计)1这里设计的飞机测高微带天线采用介电常数2贴片天线结构和设计要求8,=4.2的树脂,其厚度h=2.5mm,f, = 44MHz。设计中所使用的计算公式都是经验公式,利用HFSS微带贴片天线如图1(a)所示,其与设计有关的经过多次优化。当调整贴片宽度W =208. 4mm,L =参量包括:辐射元长度L,辐射元宽度W,介质板厚159.2mm时,性能最佳,符合设计要求。飞机测高度h,介质板的长度LC和宽度WG等4。对矩形贴天线的模型如图2所示。片微带天线的设计要求,总的来说就是要满足使用从天线的仿真结果中可得,输入反射系数在部门提出的技术指标。宽度W影响辐射电阻、输人444MHz时为- 15. 85dB,满足反射系数小于- 17dB阻抗以及方向函数,从而影响频带宽度和辐射效率。的要求,如图3所示。输入阻抗实部为36. 6,虛部频带宽度(MHz) =5. 04fh,f以CHz为单位,h为2.18 ,如图4所示，与50 n馈电系统并不严格匹以mm为单位。配,但在实际应用中已经满足了要求。设计中要求W尺寸大于下式给出的值时将产生高次模,从VSWR小于2.5,由图5可知,在谐振点处驻波比为而引起场的畸变[5.6]:1.38 ,完全符合要求。从天线的三维辐射方向图中W?w.== (81H)-1n w