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飛機上的天線串擾模擬

2016-01-21 來源:微波射頻網 字號:

航空通信系統變得日益復雜,我們通常需要在同一架飛機上安裝多條天線,這樣可能會在天線間造成串擾,或稱同址干擾,影響飛機運行。在本教程模型中,我們利用COMSOL Multiphysics 5.1 版本模擬了飛機機身上兩個完全相同的天線之間的干擾,其中一個負責發射,另一個負責接收,以此來分析串擾的影響。

流線型的航空器

在航空業,天線發揮著非常重要的作用。飛行員需要借助天線來保證飛機始終保持著安全的校準及飛行位置,這一點在能見度較低的情況下尤其重要,比如晚上,或者惡劣天氣條件。因此,為了保證飛行安全,這些天線必須非常可靠。

機身上安裝有天線的飛機近景圖。

在單個飛機機身上安裝多個天線會帶來一些問題,比如天線串擾或稱同址干擾。顧名思義,當一條天線的電磁信號與另一條天線的信號交叉時,就會造成干擾并產生串擾。當發射天線向地面天線發射信號,而接收設備也正在從地面天線處接收信號時,就會產生干擾,影響整個飛機的運行。

通過模擬飛機機身上的天線串擾,能更好地確定發射及接收天線的安裝位置,從而保證安全及高效的通訊。為此,我們將在本篇博客中介紹隨COMSOL Multiphysics 5.1 版本一起發布的一個全新教學模型。

模擬飛機機身上的串擾

飛機模型由金屬機身和兩個天線構成,其中一個位于機身頂部,另一個位于底部。金屬表面作為完美電導體(PEC) 模擬。飛機被一個球形的空氣域包圍,空氣域又被一個完美匹配層(PML) 包圍,用于模擬無限的自由空間。PML 層確保空氣域的邊界不發生反射。

飛機示意圖,放大了接收及發射天線的比例,以便突出顯示。

天線由介電塊中的金屬條構成。它們實際上采用了微型化的彎折線設計,將輸入阻抗降到低于參考阻抗50Ohm。采用大型地平面中的折疊單極天線設計來匹配最初的低阻抗。

模擬天線時,我們還在彎折線和機身間的狹隙設置了一個集總端口來計算S 參數。以便表示在不同安裝配置下天線間的匹配阻抗及干擾水平。

仿真顯示出了機身的陰影區及照亮區。陰影區指飛機上會影響發射天線發射能量的結構,比如機翼、翼翅和起落架艙門。另一方面,照亮區則不會受到任何裝置的阻擋。這意味著,接收天線更適合安裝在陰影區,因為發射天線對這些區域的干擾較少,照亮區則沒這么理想。下圖顯示了三個不同配置下發射天線的電場強度,及其對接收天線的影響。

在飛機底部的三個不同測試地點中,發射天線都會干擾接收天線。

照亮區和陰影區的范圍幫助確定了飛機機身天線的最佳安裝位置。

飛機機身上的照亮區和陰影區,可以幫助確定兩個天線間的串擾水平。

從機身尾部到頭部,在三個不同的位置對接收天線進行了測試,下方的另一組繪圖繪制了電場模的dB 值。從這些圖中不難推斷,天線安裝在機尾時的陰影區最大。對比這三個配置下計算得到的S 參數,同樣也證實了這一點。

在機身底部的三個位置測試接收天線時分別產生的陰影區。

通過借助COMSOL Multiphysics 5.1 版本及RF 模塊來模擬天線串擾,您可以優化天線在飛機機身上的安裝位置,并能改進整體設計來更好地保證旅程安全。

來源:COMSOL

主題閱讀:天線設計  COMSOL
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