本文结合所做的科研项目,着重研究机载平台天线系统布局和特定用途天线。论文主要研究工作包括两个部分内容:一是机载平台天线系统布局设计,采用电磁仿真和实验测试两种方法解决飞机上相关电磁兼容问题;二是特定用途天线的设计,它涵括了用于机载通信系统的宽带低剖面叠层八木天线和用于卫星导航系统的宽波束圆极化微带天线。其研究的具体内容如下:1.机载平台天线系统布局仿真设计。首先,根据天线布局的指标要求和设计难点确定仿真布局方案和仿真软件。其次,运用FEKO电磁仿真软件对机载的7种共20副天线进行校模,也就是得到符合全部机载天线电磁性能指标需求的独立的天线模型,其中包括L频段天线、U/V天线、卫星导航天线、TCAS定向天线、气象雷达天线、ESM天线、共口径天线。第三,建立机载平台精细的电磁仿真三维模型,依照性能和用途预判出其上天线的安装位置,设计两种机载天线预布局方案。第四,针对两种不同的方案,分别仿真7种共20副机载天线装机的辐射方向图和隔离度,并基于仿真结果不断修改、完善每一天线的装机位置,最终得到符合性能要求的优化布局。最后计算飞机舱内的电磁环境以及舱体屏蔽性能,并在此基础上评估机舱屏蔽外界干扰电磁波的能力。2.机载天线系统电磁兼容测量。为验证上述仿真布局结果的正确性,并在仿真的基础上进一步完善该机载天线的布局位置,本文设计了相应问题的测量实施方案,其中包括机载天线电指标、舱体屏蔽效能、短波电台通信距离测量方案,并根据测量需要对用于实际测量的飞机电磁样机模型提出了相应的制造要求。机载天线电指标测量方案主要对天线的俯仰面辐射方向图、水平面辐射方向图和相关天线间的隔离度进行测量。舱体屏蔽效能测量方案主要测量不同频段、不同极化方式、不同方向电磁波照射机舱时,舱体内部不同位置的电场值,并利用公式计算舱体屏蔽效能值。短波电台通信距离测量方案主要探测飞机上该天线发射信号的最大可接收距离。最后对飞机电磁样机模型的机身主体结构、支撑结构、天线安装结构、电缆孔位等问题进行讨论,为实际测量奠定基础。3.宽带低剖面叠层八木天线设计。该天线在反射板上加载了两个长为λ₀/4的曲线槽和四个短直线槽结构,反射板上的感应电流和馈电振子的激励电流等效为一个四单元偶极子阵列,通过调节反射板上六个槽线大小可以改变等效阵列中各偶极子的幅度和相位,可以使反射板和有源振子之间的距离缩小到0.04λ₀,且其前后比高达17dB。与此同时,改进引向单元形式,利用阶梯状微带线解决了由于振子间距离缩小、剖面降低带来的阻抗失配问题,并在引向振子单元上激励起相应的电流,使该八木天线产生第二个谐振频点,将天线带宽展宽到20%。在该带宽内天线前后比大于19dB,总体剖面高度为0.08λ₀。仿真和实测结果表明该天线性能稳定,兼顾低剖面和宽频带特性,可用于对天线尺寸和剖面要求较高的宽带机载通信系统中。4.宽波束圆极化微带天线设计。通过改进传统切角微扰结构,在微带辐射片的四个角上切四个半径不相等的扇形凹槽,设计了宽波束圆极化非对称微带天线,使它获得了1.5%的阻抗带宽和172°的3dB轴比波束宽度。同时,为了拓宽上述圆极化微带天线带宽,并使其保持宽波束特性,基于宽波束圆极化非对称微带天线结构,本文设计了连续旋转阵列天线。该天线以加载非对称扇形凹槽的贴片为天线单元,利用连续旋转馈电网络,设计了一个2?2的连续旋转阵列天线。对1-4功分网络结构进行设计,让其四个输出端输出振幅相等、相位相差90?的信号,以此获得该天线的圆极化。通过调节单元间距和扇形凹槽的半径将天线阻抗带宽和圆极化带宽从1.5%展宽到7.8%,且保持较宽的3dB轴比波束宽度。该宽带宽波束圆极化连续旋转阵列在1.524-1.648GHz内,增益的浮动值不超过1dB。仿真和实测结果吻合良好,该天线不仅可用于宽带宽波束无线通信系统中,还可以用一副天线实现GPS和CNSS的综合应用。