一種車(chē)頂天線(xiàn)布局的電磁兼容的實(shí)現

1.引言

隨著(zhù)電子信息對抗系統、雷達系統、武器控制系統、指揮決策系統、通訊導航系統的發(fā)展與升級換代，在有限的頻譜范圍內，工作頻率的高度密集甚至是重疊、單位體積內電磁功率密度的迅速增加、各種電子設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(xiàn)，其類(lèi)型與數量存在著(zhù)增加的趨勢。平臺上的天線(xiàn)少則幾部，多則十幾部幾十部，有的甚至達到天線(xiàn)林立的程度。這些狀況造成載體內部及其周?chē)臻g的電磁環(huán)境越來(lái)越復雜，從而導致電磁兼容的問(wèn)題日益突出。作為直接影響和制約系統電磁兼容性的天線(xiàn)，其電磁兼容問(wèn)題，包括理論分析預測、設計技術(shù)和試驗調試等自然成為關(guān)注的問(wèn)題。

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

2.影響天線(xiàn)性能的主要因素

天線(xiàn)是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線(xiàn)電設備，沒(méi)有天線(xiàn)就沒(méi)有無(wú)線(xiàn)通信，通信車(chē)輛上裝的天線(xiàn)設備要完成的主要功能是完成對信息的收發(fā)。影響天線(xiàn)

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

下面分析這三個(gè)因素對天線(xiàn)性能的影響：

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

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

（3）近場(chǎng)輻射：大功率天線(xiàn)配置不當時(shí)會(huì )造成設備、人員等輻射損傷，嚴重會(huì )引起事故。

綜上可知，在進(jìn)行天線(xiàn)布局時(shí)耦合度越小越好，方向圖畸變越小越好，近場(chǎng)輻射越小越好。由于通信車(chē)輛中裝載的天線(xiàn)功率不會(huì )很高，由此引發(fā)的近場(chǎng)危害相對較少，并且可以通過(guò)加強車(chē)體屏蔽或濾波等方式減少，所以在這里不進(jìn)行重點(diǎn)討論。天線(xiàn)的方向圖又分為全向和非全向兩種，對于非全向天線(xiàn)，在進(jìn)行天線(xiàn)布置時(shí)應盡量避開(kāi)不同天線(xiàn)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(xiàn)只能通過(guò)優(yōu)化布局算法來(lái)實(shí)現。耦合度作為天線(xiàn)電磁兼

容性能的重要因素，因其與天線(xiàn)位置的關(guān)系最為密切，是研究的重點(diǎn)，又因為耦合度較小時(shí)會(huì )使得方向圖畸變相應的減小，因此本文選用的優(yōu)化目標是天線(xiàn)間的耦合度。

3.優(yōu)化目標函數的確定

傳統的天線(xiàn)布局優(yōu)化主要是依靠設計人員的經(jīng)驗，或者在試樣研制階段采用縮尺比模型測試的方法。隨著(zhù)天線(xiàn)數量的增加，單單依靠研究人員的經(jīng)驗已不能滿(mǎn)足復雜電磁環(huán)境的要求，而縮尺比模型成本很高，對于車(chē)輛系統的設計生產(chǎn)并不適用，因此車(chē)頂天線(xiàn)布局優(yōu)化必須采用高效的優(yōu)化算法形成相應的布局優(yōu)化軟件，才能提高設計通信車(chē)輛的效率，使天線(xiàn)布局達到最佳。

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