阅读说明：本技术 一种基于水陆两栖飞机的天线布局方法 (Antenna layout method based on amphibious aircraft ) 是由 梁红云 蔡志勇 石磊 张宏志 包贵浩 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种基于水陆两栖飞机的天线布局方法,获得水陆两栖飞机的机载通信天线和导航天线的特征参数；对水陆两栖飞机超短波频段天线间隔离度、L波段天线间隔离度进行仿真,获得隔离度仿真结果；对水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线装机后的方向图进行仿真,获得方向图仿真结果；根据所述特征参数、所述隔离度仿真结果和所述方向图仿真结果对水陆两栖飞机进行天线布局。(The application provides an antenna layout method based on an amphibious aircraft, which is used for obtaining characteristic parameters of an airborne communication antenna and a navigation antenna of the amphibious aircraft; simulating the isolation between the ultra-short wave frequency band antennas and the isolation between the L-band antennas of the amphibious aircraft to obtain an isolation simulation result; simulating the directional diagram of the amphibious aircraft after the onboard communication antenna and the navigation antenna are installed to obtain a directional diagram simulation result; and carrying out antenna layout on the amphibious aircraft according to the characteristic parameters, the isolation degree simulation result and the directional diagram simulation result.)

一种基于水陆两栖飞机的天线布局方法

技术领域

本发明属于特种飞行器系统设计领域，提供用于大型水陆两栖飞机的天线布局方法和解决方案。

背景技术

大型水陆两栖飞机由于其要完成海上远程通信、导航和监视、数据传输、反潜等任务需求，依赖于大量的接收发射设备探测等，使得通信导航天线繁多、天线布局非常复杂。不同于以往飞机的外形结构、船型特殊结构的大型水陆两栖飞机，提供给接收发射设备天线的安装空间受很大限制，以往陆上起降飞机安装在机腹下的天线，由于有强水浪冲击力的影响，都不能安装在水陆两栖飞机的机腹下，因此带来一定的天线布置困难。

发明内容

本发明的目的，为解决大型水陆两栖飞机特殊结构下天线间具备兼容性、能充分发挥应有技术功能的问题，提出一种大型水陆两栖飞机的天线布局的方法和解决方案。

一种大型水陆两栖飞机的天线布局，是通过大型水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线的特性分析、天线间隔离度分析和天线装机后的方向图分析，得到优化的大型水陆两栖飞机天线布局方案。

本申请提供一种基于水陆两栖飞机的天线布局方法，

获得水陆两栖飞机的机载通信天线和导航天线的特征参数；

对水陆两栖飞机超短波频段天线间隔离度、L波段天线间隔离度进行仿真，获得隔离度仿真结果；

对水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线装机后的方向图进行仿真，获得方向图仿真结果；

根据所述特征参数、所述隔离度仿真结果和所述方向图仿真结果对水陆两栖飞机进行天线布局。

优选地，所述特征参数包括通信距离、发射功率、接收灵敏度和辐射方向性。

优选地，所述机载通信天线和导航天线包括：

气象雷达天线、短波天线、超短波天线、测距天线、卫星导航天线、伏尔/航向/下滑天线、无线电罗盘天线、指点信标天线、空管应答天线、空中防撞系统天线、无线电高度表天线、救生电台天线、机载定向仪天线和应急定位发射机天线。

优选地，所述对水陆两栖飞机超短波频段天线间隔离度、L波段天线间隔离度进行仿真的要求，至少包括：

超短波天线与甚高频天线的同频段或倍频隔离度不小于40dB；

测距天线与L波段天线的同频段或倍频隔离度不小于40dB；

超短波天线的倍频与GPS天线频率的隔离度不小于GPS接收机灵敏度dB值。

优选地，对水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线装机后的方向图进行仿真的要求，至少包括：

短波天线朝上最大辐射方向垂直偏角不大于60度且不小于30度；

测距天线朝下辐射方向是全向的，最弱方位不低于20dB；

无线电罗盘天线辐射方向图要求在±20度仰角内是全向的；

空管应答天线辐射方向是全向的，最弱方位不低于20dB。

优选地，所述对水陆两栖飞机进行天线布局，具体包括：

短波天线布置在飞机的背鳍上；

超短波天线布置在前机身和中央翼最高点上；

测距天线布置在机翼远端上；

无线电罗盘天线布置在前机身上；

指点信标天线布置在平尾下；

空管应答下天线布置在机头罩内，空管应答上天线布置在垂尾上；

空中防撞系统上天线布置在前机身上，空中防撞系统下天线布置在机尾罩内；

无线电高度表接收天线接收和发射天线安装在机翼后缘；

机载定向仪和救生电台天线均布置在机翼远端上。

优选地，所述对水陆两栖飞机超短波频段天线间隔离度、L波段天线间隔离度进行仿真，具体包括：

利用仿真软件FEKO或者EMA3D对水陆两栖飞机超短波频段天线间隔离度、L波段天线间隔离度进行仿真。

优选地，对水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线装机后的方向图进行仿真，具体包括：

利用仿真软件FEKO或者EMA3D对水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线装机后的方向图进行仿真。

本发明的优点是：大型水陆两栖飞机设计阶段，结合大型水陆两栖飞机外形特征，通过天线特征分析、天线隔离度仿真分析、天线装机后方向图仿真分析，从而确定大型水陆两栖飞机特殊结构下天线的最佳布局位置，使得不同常规飞机的天线布置也能充分发挥其应有技术功能，天线间具备兼容性，从而保证了大型水陆两栖飞机通信导航的整体性能。合适的天线布置才能使得大型水陆两栖飞机通信导航设备在飞机有限的外部几何空间内，具备兼容性，能充分发挥应有的技术功能，为飞机试飞减少调整反复，降低成本，提高效益。

附图说明

图1是本发明解决的天线布局方案实施例示意图；

其中：1气象雷达天线、2空管应答天线(下)、3空中防撞系统天线(上)、4超短波天线(1)、5无线电罗盘天线、6卫星导航天线(1)、7卫星导航天线(2)、8超短波天线(2)、9应急定位发射机天线、10测距系统天线(1)、11机载救生电台天线、12无线电高度表天线(发射天线1)、13无线电高度表天线(接收天线1)、14无线电高度表天线(发射天线2)、15无线电高度表天线(接收天线2)、16机载定向仪天线、17测距系统天线(2)、18短波天线、19伏尔/航向/下滑天线(1)、20伏尔/航向/下滑天线(2)、21空中防撞系统天线(下)22指点信标天线、23空中防撞系统天线(下)。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明进行详细说明。

大型水陆两栖飞机天线布局最终确定天线在飞机上的最佳安装位置，满足：

1)保证与天线相连接的发射和接收技术功能

2)与天线相连接的发射和接收对之间不互相干扰

3)天线装机后方向图畸变最小

为满足上述条件的天线装机位置，需要根据天线特性在大型水陆两栖飞机的位置进行优化选取，具体步骤如下：

步骤一：大型水陆两栖飞机机载通信天线和导航天线的特征分析。(1)气象雷达天线探测飞机前方气象状况，大功率发射，接收辐射方向朝前方。(2)短波天线采用飞机共形天线，天线布置在飞机须朝上发射到空中电离层、并能通过电离层反射电磁能量的位置。(3)任何飞机姿态时，超短波电台能提供与地面台之间清晰的通信，配置两副天线，须满足通信距离150千米。(4)测距系统能连续追踪地面台信号而不丢失天线布置须可以朝下发射接收电磁能量的位置。(5)卫星导航天线(GPS天线)接收灵敏度高，在飞机上半空无遮挡，至少要接收到3颗星的信号。(6)在飞机所有的正常俯仰姿态下不会影响航向下滑信号的接收，伏尔频段辐射方向图要求在±20度仰角内是全向的，伏尔/航向/下滑天线为三合一天线(伏尔、航向、下滑功能合一)。(7)飞机在所有的正常俯仰姿态下，无线电罗盘系统、指点信标系统低灵敏度情况下朝下超前能接收到信号。(8)空管应答系统要保证飞机进场、离场、空中上下应答。(9)根据大型水陆两栖飞机情况，空中防撞系统天线一个定向天线、一个全向天线，要保证飞机上下发射电磁能量。(10)无线电高度表测1500米以下真实高度，使用发射和接收各1副天线，方向图期望是笔状指向地面，接收天线接收由发射天线发出又经地面反射回来的调频连续波射频回波。(11)机载定向仪天线和救生电台只有搜救飞行员时才工作，天线要求朝下全方位发射电磁能量。(12)应急定位发射机天线用于飞机故障坠落后主动发射求救信息，天线布置在飞机不易受损位置。

步骤二：大型水陆两栖飞机天线间隔离度仿真分析。利用商业电磁仿真软件FEKO、EMA3D、E-MIN等建立大型水陆两栖飞机和天线的电磁仿真模型，将天线模型布局设置在初步位置上，根据软件仿真状态、调整收发天线的位置，直到满足要求。(1)超短波天线与其他甚高频天线的同频段或倍频隔离度不小于40dB。(2)测距天线与其他L波段天线的同频段或倍频隔离度不小于40dB。(3)超短波天线的倍频与GPS天线频率的隔离度不小于GPS接收机灵敏度dB值。(4)伏尔/航向/下滑天线为三合一天线与超短波基波频率及二、三次谐波隔离度不小于综合导航接收机灵敏度dB值。(5)空管应答天线和空中防撞系统天线的隔离度不小于40dB。(6)无线电收发天线之间的隔离度必须满足不小于85dB。(7)机载定向仪天线和救生电台天线且与其他甚高频天线最小间隔为任一天线最低频率时波长的3/8。

步骤三：天线装载大型水陆两栖飞机上的方向图分析。根据步骤二，利用商业电磁仿真软件建立大型水陆两栖飞机外形、天线、天线位置的电磁仿真模型，计算各发射天线、接收天线的方向图特征，确定由于大型水陆两栖飞机平台影响后天线的辐射和接收特性。(1)气象雷达天线方向图在垂直±30度、水平±60度满足前视、上视、下视要求。(2)短波天线朝上最大辐射方向垂直偏角不大于60度且不小于30度。(3)超短波天线方向图辐射水平方向是全向性，最弱方位不低于20dB，最强辐射区域在飞机机身轴线为基准、相对水平面的±45度内。(4)测距天线朝下辐射方向基本是全向的，最弱方位不低于20dB。(5)GPS天线辐射方向图在飞机上半空间是无遮挡的，至少要接收到4颗星的信号的方向图。(6)伏尔/航向/下滑天线，伏尔频段辐射方向图要求在±20度仰角内是全向的，方向图没有深的零值和急剧的增益变化；对于航向、下滑频段所在水平面-15度以上区域内接收到信号。(7)无线电罗盘天线辐射方向图要求在±20度仰角内是全向的。(8)指点信标天线方向图朝下超前。(9)空管应答天线辐射方向基本是全向的，最弱方位不低于20dB。(10)空中防撞系统天线辐射方向基本是全向的，最弱方位不低于20dB。(11)无线电高度表天线E面辐射方向图(3dB)宽度和零值深度满足发射接收机的要求。(12)评估达到保证与天线相连接的发射和接收技术功能。

步骤四：确定大型水陆两栖飞机天线布局方案。根据步骤二和步骤三的分析结果，得到大型水陆两栖飞机天线布局解决方案。(1)气象雷达天线安装在机头罩内。(2)短波天线天线布置在飞机的背鳍上。(3)超短波天线布置在前机身和中央翼最高点上。(4)测距天线布置在机翼远端上。(5)卫星导航天线(GPS天线)布置在机身上。(6)伏尔/航向/下滑两个天线安装在垂尾上部左右各1副。(7)无线电罗盘天线布置在前机身上。(8)指点信标天线布置在平尾下。(9)空管应答下天线布置在机头罩内、空管应答上天线布置在垂尾上。(10)空中防撞系统上天线布置在前机身上、下天线布置在机尾罩内。(11)无线电高度表接收天线接收和发射天线安装在机翼后缘。(12)机载定向仪和救生电台天线布置在机翼远端上。(13)应急定位发射机天线在机背中部背鳍前部。