基于飞机的天线串扰模拟系统的设计

航空通信系统变得日益复杂，我们通常需要在同一架飞机上安装多条天线，这样可能会在天线间造成串扰，或称同址干扰，影响飞机运行。在本教程模型中，我们利用COMSOL Multiphysics 5.1 版本模拟了飞机机身上两个完全相同的天线之间的干扰，其中一个负责发射，另一个负责接收，以此来分析串扰的影响。

流线型的航空器

在航空业，天线发挥着非常重要的作用。飞行员需要借助天线来保证飞机始终保持着安全的校准及飞行位置，这一点在能见度较低的情况下尤其重要，比如晚上，或者恶劣天气条件。因此，为了保证飞行安全，这些天线必须非常可靠。

机身上安装有天线的飞机近景图。

在单个飞机机身上安装多个天线会带来一些问题，比如天线串扰或称同址干扰。顾名思义，当一条天线的电磁信号与另一条天线的信号交叉时，就会造成干扰并产生串扰。当发射天线向地面天线发射信号，而接收设备也正在从地面天线处接收信号时，就会产生干扰，影响整个飞机的运行。

通过模拟飞机机身上的天线串扰，能更好地确定发射及接收天线的安装位置，从而保证安全及高效的通讯。为此，我们将在本篇博客中介绍随COMSOL Multiphysics 5.1 版本一起发布的一个全新教学模型。

模拟飞机机身上的串扰

飞机模型由金属机身和两个天线构成，其中一个位于机身顶部，另一个位于底部。金属表面作为完美电导体(PEC) 模拟。飞机被一个球形的空气域包围，空气域又被一个完美匹配层(PML) 包围，用于模拟无限的自由空间。PML 层确保空气域的边界不发生反射。

 

飞机示意图，放大了接收及发射天线的比例，以便突出显示。

天线由介电块中的金属条构成。它们实际上采用了微型化的弯折线设计，将输入阻抗降到低于参考阻抗50Ohm。采用大型地平面中的折叠单极天线设计来匹配最初的低阻抗。

模拟天线时，我们还在弯折线和机身间的狭隙设置了一个集总端口来计算S 参数。以便表示在不同安装配置下天线间的匹配阻抗及干扰水平。

仿真显示出了机身的阴影区及照亮区。阴影区指飞机上会影响发射天线发射能量的结构，比如机翼、翼翅和起落架舱门。另一方面，照亮区则不会受到任何装置的阻挡。这意味着，接收天线更适合安装在阴影区，因为发射天线对这些区域的干扰较少，照亮区则没这么理想。下图显示了三个不同配置下发射天线的电场强度，及其对接收天线的影响。

 

 

 

在飞机底部的三个不同测试地点中，发射天线都会干扰接收天线。

照亮区和阴影区的范围帮助确定了飞机机身天线的最佳安装位置。

飞机机身上的照亮区和阴影区，可以帮助确定两个天线间的串扰水平。

从机身尾部到头部，在三个不同的位置对接收天线进行了测试，下方的另一组绘图绘制了电场模的dB 值。从这些图中不难推断，天线安装在机尾时的阴影区最大。对比这三个配置下计算得到的S 参数，同样也证实了这一点。

 

 

 

在机身底部的三个位置测试接收天线时分别产生的阴影区。

通过借助COMSOL Multiphysics 5.1 版本及RF模块来模拟天线串扰，您可以优化天线在飞机机身上的安装位置，并能改进整体设计来更好地保证旅程安全。