一种无人机机载天线布局设计及验证方法

摘要

本发明公开了一种无人机机载天线布局设计及验证方法，包括步骤一：根据天线隔离度进行天线位置优化布局；步骤二：天线装机后方向图性能仿真分析；步骤三：天线装机后无人机气动性能分析；步骤四：天线隔离度摸底测试；步骤五：天线装机后方向图摸底测试；步骤六：天线装机无人机缩比模型吹风试验；步骤七：天线装机后天线耦合电平测试验证；步骤八：收发设备对之间相互干扰检查；在无人机的设计阶段，通过对天线隔离度优化布局、天线装机后方向图性能仿真，从理论上对天线的最佳布局位置进行了仿真分析，并在设计阶段对仿真的结果进行了初步试验验证，在全机联试阶段对天线的隔离度性能和天线端口感应电压进行测试验证。

主权项

一种无人机机载天线布局设计及验证方法，包括以下几个步骤：步骤一：根据天线隔离度进行天线位置优化布局；(1)确定发射天线初始安装位置和接收天线的安装位置表示第m个发射天线的安装位置，m∈[1,M]，M表示发射天线的个数，s表示发射天线；表示第n个接收天线天线的安装位置，n∈[1,N]，N表示接收天线的个数，r表示接收天线；(2)确定可能存在干扰的天线对；具体包括以下几个步骤：第一、建立发射天线、接收天线在发射频率上的干扰矩阵m表示第m个发射天线，n表示第n个接收天线，E_m表示第m个发射天线的发射频率，置矩阵中的每个元素的初始值为1，元素为1表示收发天线干扰，为O表示收发天线不干扰；第二、建立发射天线、接收天线在接收频率上的干扰矩阵m表示第m个发射天线，n表示第n个接收天线，R_n表示第n个接收天线的接收频率，置矩阵中的每个元素的初始值为1；第三、确定发射天线和接收不会存在干扰的天线对，并把矩阵中不存在干扰的天线对对应的位置为O；同时把矩阵中不存在干扰的天线对对应的位置设置为O；第四、将矩阵中发射频率是接收频率的5倍频率以上的天线对对应的位置设置为O，同时将矩阵中中发射频率是接收频率的5倍频率以上的天线对对应的位置设置为O；(3)计算和元素不为O的天线对之间是否会产生干扰计算和矩阵中元素不为O的天线对之间的天线隔离度和表示第m个发射天线和第n个接收天线，在接收频率点上，两个天线之间的隔离度；表示第m个发射天线和第n个接收天线，在发射频率点上，两个天线之间的隔离度；利用商业电磁场仿真软件建立无人机的外形和天线的电磁仿真软件模型，并将天线模型布局设置在初步布局的位置和上，对中不为O的干扰对，计算第m个发射天线和n个接收天线，在接收频率S₁₂参数作为在发射频率S₁₂参数作为根据$IM=P_T-L_{T_L}-L_{R_L}-L_{GLD}-{\mathrm{CF}}_{TR}-I_{AI}---\left(1\right)$天线收发对之间的干扰裕度IM>5dB时，收发天线之间不会产生干扰；如果收发天线对不存在干扰则和矩阵中相应的位置O，否则置1；式(1)中IM为干扰裕度，P_T为发射机功率，为发射机端口到天线之间的电缆的损耗，为接收天线到接收机端口之间的电缆损耗，I_AI为接收机的灵敏度，CF_TR为接收机的抗干扰因子；L_GLD为收发天线端口之间的隔离度，对第m个发射天线和n个接收天线为在发射频率上为在接收频率上为调整收发天线的位置和重复(1)至(3)使得和中所有的元素为O；步骤二：天线装机后方向图性能仿真分析；根据步骤一中获取的天线的位置和利用电磁场仿真软件建立无人机的外形和天线的电磁仿真软件模型，计算各个发射天线或者接收天线的方向图特性，确定由于无人机平台载体的影响后，仿真天线的方向图；如果方向图性能不能满足指标要求，则需要重新确定天线的安装位置和重新计算隔离度，保证收发天线对之间不存在干扰，同时天线方向图满足指标要求；步骤三：天线装机后无人机气动性能分析；根据步骤二中获取的天线的位置和利用流体力学软件，建立无人机的外形和天线的电磁仿真模型或者导入电磁计算网络模型，进行气动外形的仿真，如果气动性能降低超过3％，则重新进行步骤一到三，重新进行位置优化；步骤四：天线隔离度摸底测试；进行天线隔离度的摸底测试，得到天线之间的隔离度值L_GLD；将测试结果代入步骤一中的公式(1)中，对IM进行验证，确定所有天线的IM>5；如果有天线对的IM<5的情况，则调整收发天线的位置和使得所有的和天线对IM>5；步骤五：天线装机后方向图摸底测试；天线装载在飞机载体后，测试天线方向装机后的性能；如果方向图性能不能满足指标要求，重新调整天线的位置，同时保证对其它天线对的隔离度和方向图性能没有影响；步骤六：天线装机无人机缩比模型吹风试验；采用全机的缩比模型或者局部模型在风洞中进行吹风试验，如果气动性能不能满足指标要求，需重新进行步骤一到六；步骤七：天线装机后天线耦合电平测试验证；在正式所有的设备和天线正式装机后，确认其它设备工作时，对各接收天线是否产生干扰；针对所有的接收天线，分别断开单个接收天线并连接到频谱仪或者接收机上，其它设备正常工作，在接收频率上测量天线接收到的耦合电平I_C，如I_C＜I_AI+CF_TR，则认为接收天线正常工作；否则重新调整收发对天线之间的位置，同时保证对其它天线对的隔离度和方向图性能没有影响；步骤八：收发设备对之间相互干扰检查；对步骤1中，完成(1)、(2)后对和中元素不为O的天线对，使得发射设备在在发射频率上取发射频率的下边界、中间、上边界工作，接收设备分别在下边界、中间、上边界工作，确定各频率对之间是否可以兼容工作；如果有不兼容的设备，则检查在收发设备的发射和接收频段上，设备发射电平是否超标，有超标，发射端增加滤波器；检查接收机的灵敏度在发射和接收频段上是否满足指标；返回步骤一调整收发对天线之间的位置，同时保证对其它天线对的隔离度和方向图性能没有影响；经过步骤一到步骤八后，优化完成的和为最终的天线安装位置。