一種車頂天線布局的電磁兼容的實(shí)現(xiàn)

1.引言

隨著電子信息對抗系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)、指揮決策系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與升級換代，在有限的頻譜范圍內(nèi)，工作頻率的高度密集甚至是重疊、單位體積內(nèi)電磁功率密度的迅速增加、各種電子設(shè)備的電磁干擾和敏感度的不斷提高。特別是作為對電磁環(huán)境有重大影響的載體上的天線，其類型與數(shù)量存在著增加的趨勢。平臺上的天線少則幾部，多則十幾部幾十部，有的甚至達(dá)到天線林立的程度。這些狀況造成載體內(nèi)部及其周圍空間的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，從而導(dǎo)致電磁兼容的問題日益突出。作為直接影響和制約系統(tǒng)電磁兼容性的天線，其電磁兼容問題，包括理論分析預(yù)測、設(shè)計(jì)技術(shù)和試驗(yàn)調(diào)試等自然成為關(guān)注的問題。

本文采用一種基于遺傳算法的天線優(yōu)化布局方法，可以綜合考慮不同因素對天線布局進(jìn)行優(yōu)化，可以在電磁兼容設(shè)計(jì)初期得出粗略的最佳布局方案，降低了天線布局設(shè)計(jì)的難度。

2.影響天線性能的主要因素

天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線就沒有無線通信，通信車輛上裝的天線設(shè)備要完成的主要功能是完成對信息的收發(fā)。影響天線

性能的主要因素有天線間的耦合度、天線的輻射方向圖、天線的近場輻射危害等。研究影響天線電磁兼容性能的主要因素，有助于我們在優(yōu)化天線布置的時候確定目標(biāo)函數(shù)。

下面分析這三個因素對天線性能的影響：

（1）耦合度：兩部同發(fā)天線間耦合度過大時，引起功率倒灌，造成發(fā)射天線阻抗匹配困難，甚至產(chǎn)生互調(diào)干擾；

（2）方向圖：天線輻射方向圖畸變嚴(yán)重時，將是天線在某些方向上的增益明顯減少，導(dǎo)致該方向信息傳輸受阻；

（3）近場輻射：大功率天線配置不當(dāng)時會造成設(shè)備、人員等輻射損傷，嚴(yán)重會引起事故。

綜上可知，在進(jìn)行天線布局時耦合度越小越好，方向圖畸變越小越好，近場輻射越小越好。由于通信車輛中裝載的天線功率不會很高，由此引發(fā)的近場危害相對較少，并且可以通過加強(qiáng)車體屏蔽或?yàn)V波等方式減少，所以在這里不進(jìn)行重點(diǎn)討論。天線的方向圖又分為全向和非全向兩種，對于非全向天線，在進(jìn)行天線布置時應(yīng)盡量避開不同天線的最大輻射方向，使其不發(fā)生重疊便可降低方向圖的畸變，而對于全向天線只能通過優(yōu)化布局算法來實(shí)現(xiàn)。耦合度作為天線電磁兼

容性能的重要因素，因其與天線位置的關(guān)系最為密切，是研究的重點(diǎn)，又因?yàn)轳詈隙容^小時會使得方向圖畸變相應(yīng)的減小，因此本文選用的優(yōu)化目標(biāo)是天線間的耦合度。

3.優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的確定

傳統(tǒng)的天線布局優(yōu)化主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，或者在試樣研制階段采用縮尺比模型測試的方法。隨著天線數(shù)量的增加，單單依靠研究人員的經(jīng)驗(yàn)已不能滿足復(fù)雜電磁環(huán)境的要求，而縮尺比模型成本很高，對于車輛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)并不適用，因此車頂天線布局優(yōu)化必須采用高效的優(yōu)化算法形成相應(yīng)的布局優(yōu)化軟件，才能提高設(shè)計(jì)通信車輛的效率，使天線布局達(dá)到最佳。

耦合度是反映天線電磁兼容性的重要參數(shù)，用來衡量天線間的干擾程度。對于一對發(fā)射/接收天線，耦合度定義為接收天線凈輸出功率與發(fā)射天線凈輸入功率之比，如圖1所示，