航空通信系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，我們通常需要在同一架飛機(jī)上安裝多條天線(xiàn)，這樣可能會(huì)在天線(xiàn)間造成串?dāng)_，或稱(chēng)同址干擾，影響飛機(jī)運(yùn)行。在本教程模型中，我們利用COMSOL Multiphysics 5.1 版本模擬了飛機(jī)機(jī)身上兩個(gè)完全相同的天線(xiàn)之間的干擾，其中一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)射，另一個(gè)負(fù)責(zé)接收，以此來(lái)分析串?dāng)_的影響。

流線(xiàn)型的航空器

在航空業(yè)，天線(xiàn)發(fā)揮著非常重要的作用。飛行員需要借助天線(xiàn)來(lái)保證飛機(jī)始終保持著安全的校準(zhǔn)及飛行位置，這一點(diǎn)在能見(jiàn)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(xiàn)必須非常可靠。

機(jī)身上安裝有天線(xiàn)的飛機(jī)近景圖。

在單個(gè)飛機(jī)機(jī)身上安裝多個(gè)天線(xiàn)會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，比如天線(xiàn)串?dāng)_或稱(chēng)同址干擾。顧名思義，當(dāng)一條天線(xiàn)的電磁信號(hào)與另一條天線(xiàn)的信號(hào)交叉時(shí)，就會(huì)造成干擾并產(chǎn)生串?dāng)_。當(dāng)發(fā)射天線(xiàn)向地面天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)，而接收設(shè)備也正在從地面天線(xiàn)處接收信號(hào)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干擾，影響整個(gè)飛機(jī)的運(yùn)行。

通過(guò)模擬飛機(jī)機(jī)身上的天線(xiàn)串?dāng)_，能更好地確定發(fā)射及接收天線(xiàn)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(fā)布的一個(gè)全新教學(xué)模型。

模擬飛機(jī)機(jī)身上的串?dāng)_

飛機(jī)模型由金屬機(jī)身和兩個(gè)天線(xiàn)構(gòu)成，其中一個(gè)位于機(jī)身頂部，另一個(gè)位于底部。金屬表面作為完美電導(dǎo)體(PEC) 模擬。飛機(jī)被一個(gè)球形的空氣域包圍，空氣域又被一個(gè)完美匹配層(PML) 包圍，用于模擬無(wú)限的自由空間。PML 層確保空氣域的邊界不發(fā)生反射。

飛機(jī)示意圖，放大了接收及發(fā)射天線(xiàn)的比例，以便突出顯示。

天線(xiàn)由介電塊中的金屬條構(gòu)成。它們實(shí)際上采用了微型化的彎折線(xiàn)設(shè)計(jì)，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(xiàn)設(shè)計(jì)來(lái)匹配最初的低阻抗。

模擬天線(xiàn)時(shí)，我們還在彎折線(xiàn)和機(jī)身間的狹隙設(shè)置了一個(gè)集總端口來(lái)計(jì)算S 參數(shù)。以便表示在不同安裝配置下天線(xiàn)間的匹配阻抗及干擾水平。

仿真顯示出了機(jī)身的陰影區(qū)及照亮區(qū)。陰影區(qū)指飛機(jī)上會(huì)影響發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射能量的結(jié)構(gòu)，比如機(jī)翼、翼翅和起落架艙門(mén)。另一方面，照亮區(qū)則不會(huì)受到任何裝置的阻擋。這意味著，接收天線(xiàn)更適合安裝在陰影區(qū)，因?yàn)榘l(fā)射天線(xiàn)對(duì)這些區(qū)域的干擾較少，照亮區(qū)則沒(méi)這么理想。下圖顯示了三個(gè)不同配置下發(fā)射天線(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，及其對(duì)接收天線(xiàn)的影響。

在飛機(jī)底部的三個(gè)不同測(cè)試地點(diǎn)中，發(fā)射天線(xiàn)都會(huì)干擾接收天線(xiàn)。

照亮區(qū)和陰影區(qū)的范圍幫助確定了飛機(jī)機(jī)身天線(xiàn)的最佳安裝位置。

飛機(jī)機(jī)身上的照亮區(qū)和陰影區(qū)，可以幫助確定兩個(gè)天線(xiàn)間的串?dāng)_水平。

從機(jī)身尾部到頭部，在三個(gè)不同的位置對(duì)接收天線(xiàn)進(jìn)行了測(cè)試，下方的另一組繪圖繪制了電場(chǎng)模的dB 值。從這些圖中不難推斷，天線(xiàn)安裝在機(jī)尾時(shí)的陰影區(qū)最大。對(duì)比這三個(gè)配置下計(jì)算得到的S 參數(shù)，同樣也證實(shí)了這一點(diǎn)。

在機(jī)身底部的三個(gè)位置測(cè)試接收天線(xiàn)時(shí)分別產(chǎn)生的陰影區(qū)。

通過(guò)借助COMSOL Multiphysics 5.1 版本及RF 模塊來(lái)模擬天線(xiàn)串?dāng)_，您可以?xún)?yōu)化天線(xiàn)在飛機(jī)機(jī)身上的安裝位置，并能改進(jìn)整體設(shè)計(jì)來(lái)更好地保證旅程安全。

來(lái)源：COMSOL