一種車頂天線布局的電磁兼容的實現

1.引言

隨著電子信息對抗系統、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境有重大影響的載體上的天線，其類型與數量存在著增加的趨勢。平臺上的天線少則幾部，多則十幾部幾十部，有的甚至達到天線林立的程度。這些狀況造成載體內部及其周圍空間的電磁環境越來越復雜，從而導致電磁兼容的問題日益突出。作為直接影響和制約系統電磁兼容性的天線，其電磁兼容問題，包括理論分析預測、設計技術和試驗調試等自然成為關注的問題。

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

2.影響天線性能的主要因素

天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線就沒有無線通信，通信車輛上裝的天線設備要完成的主要功能是完成對信息的收發。影響天線

性能的主要因素有天線間的耦合度、天線的輻射方向圖、天線的近場輻射危害等。研究影響天線電磁兼容性能的主要因素，有助于我們在優化天線布置的時候確定目標函數。

下面分析這三個因素對天線性能的影響：

（1）耦合度：兩部同發天線間耦合度過大時，引起功率倒灌，造成發射天線阻抗匹配困難，甚至產生互調干擾；

（2）方向圖：天線輻射方向圖畸變嚴重時，將是天線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）近場輻射：大功率天線配置不當時會造成設備、人員等輻射損傷，嚴重會引起事故。

綜上可知，在進行天線布局時耦合度越小越好，方向圖畸變越小越好，近場輻射越小越好。由于通信車輛中裝載的天線功率不會很高，由此引發的近場危害相對較少，并且可以通過加強車體屏蔽或濾波等方式減少，所以在這里不進行重點討論。天線的方向圖又分為全向和非全向兩種，對于非全向天線，在進行天線布置時應盡量避開不同天線的最大輻射方向，使其不發生重疊便可降低方向圖的畸變，而對于全向天線只能通過優化布局算法來實現。耦合度作為天線電磁兼

容性能的重要因素，因其與天線位置的關系最為密切，是研究的重點，又因為耦合度較小時會使得方向圖畸變相應的減小，因此本文選用的優化目標是天線間的耦合度。

3.優化目標函數的確定

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

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