空間電子技術(shù)90SPACE ELECTRONIC TECHNOLOGY2010年第3期飛機測高天線的設計張峰于海龍(西安電子科技大學機電工程學院,西安710071)摘要文章研究了微帶天線的設計,論述了其結(jié)構(gòu)及應用,介紹了設計流程和要求,并利用HFSS設計了一個用于飛機測高的天線,中心頻率在444MHz。仿真結(jié)果表明,所設計的微帶天線有較好的輻射特性,滿足設計要求。關鍵詞微帶天線HFSS10 天線分析阻抗匹配質(zhì)層和粘貼在其上下兩面的金屬接地板和輻射元構(gòu)0引言成。輻射元的形狀可以是方形、矩形、圓形等。矩形微帶天線的形狀如圖1(a)所示,分析這種天線有各近20年來,隨著微帶理論的發(fā)展,微帶天線的種方法,包括較嚴格的解法和比較簡單的方法”。應用日益廣泛,現(xiàn)在已廣泛用于100MHz ~ 50GHzMunson[2]和Dermeryd'3)的傳輸線模型可得出適合的無線電設備中。它體積小、質(zhì)量輕、低剖面,能與大多 數(shù)工程應用的結(jié)果。傳輸線法的基本假設是:載體(如飛行器)共形,并且除了在饋電點處要開出(1)微帶片和接地板構(gòu)成一段微帶傳輸線,傳輸準引線孔外,不破壞載體的機械結(jié)構(gòu),這對于高速飛行TEM波,波的傳輸方向決定于饋電點。線段長度L器特別有利。文章針對飛機測高天線的要求",設=λ_/2 ,λm為準TEM波的波長。場在傳輸方向是計了一個中心頻率為44MHz的矩形微帶天線,利駐波分布 ,而在其垂直方向是常數(shù)。(2)傳輸線的用Ansoft HFSS10進行天線的設計、仿真和優(yōu)化,使兩個開口端(始端和末端)等效為兩個輻射縫,長為天線的駐波比、輸人阻抗、增益及方向圖等均滿足系W,寬為h,縫口徑場即為傳輸線開口端場強?？p平統(tǒng)工作要求。面看作位于微帶片兩端的延伸面上,即是將開口面向上折轉(zhuǎn)90° ,而開口場強隨之折轉(zhuǎn)。在此假設條1微帶貼片天線的分析件下,矩形微帶天線可看成是相距二分之-波長同相激勵并向地板以上半空間輻射的二元縫隙陣列，微帶天線是由一層或多層厚度遠小于波長的介輻射場如圖1(b)所示。-幅射無介質(zhì)板t(a)矩形微帶天線(b-1)(b-2)輻射場圈1矩形徵帶天線結(jié)構(gòu)中國煤化工收稿日期:2009 -02-18;修回日期:2009 -05 -04.TYHCNMHG2010年第3期張峰等:飛機測高天線的設計)1這里設計的飛機測高微帶天線采用介電常數(shù)2貼片天線結(jié)構(gòu)和設計要求8,=4.2的樹脂,其厚度h=2.5mm,f, = 44MHz。設計中所使用的計算公式都是經(jīng)驗公式,利用HFSS微帶貼片天線如圖1(a)所示,其與設計有關的經(jīng)過多次優(yōu)化。當調(diào)整貼片寬度W =208. 4mm,L =參量包括:輻射元長度L,輻射元寬度W,介質(zhì)板厚159.2mm時,性能最佳,符合設計要求。飛機測高度h,介質(zhì)板的長度LC和寬度WG等4。對矩形貼天線的模型如圖2所示。片微帶天線的設計要求,總的來說就是要滿足使用從天線的仿真結(jié)果中可得,輸入反射系數(shù)在部門提出的技術(shù)指標。寬度W影響輻射電阻、輸人444MHz時為- 15. 85dB,滿足反射系數(shù)小于- 17dB阻抗以及方向函數(shù),從而影響頻帶寬度和輻射效率。的要求,如圖3所示。輸入阻抗實部為36. 6,虛部頻帶寬度(MHz) =5. 04fh,f以CHz為單位,h為2.18 ,如圖4所示，與50 n饋電系統(tǒng)并不嚴格匹以mm為單位。配,但在實際應用中已經(jīng)滿足了要求。設計中要求W尺寸大于下式給出的值時將產(chǎn)生高次模,從VSWR小于2.5,由圖5可知,在諧振點處駐波比為而引起場的畸變[5.6]:1.38 ,完全符合要求。從天線的三維輻射方向圖中W?w.== (81H)-1n w