1 导言
现在，作为机载信标接收机广泛选用的天线是电小天线，即天线的尺度与作业波长比较很小。此刻，能够把天线看成是一个带有少数辐射的电感器、电容器或两者的某种组合，通过加载的方法到达使天线小型化的规划要求。信标天线选用杰出的、其辐射振子端部由加载容性负载而使其缩短了长度的水平振子构成。置在机身的下部，并具有最大辐射方向笔直向下的方向图。依照世界协议规则，信标接收机的作业中心频率为75MHz，通过HFSS软件仿真对天线的馈电点、电容、电感进行了优化规划，使其在中心频率在75MHz上完成杰出的阻抗匹配，要求其天线的电压驻波比（VSWR）小于2，水平极化方向图为心脏形方向图。
2 规划原理
机载信标天线作业原理示意图如下图1所示 ，天线振子的一端b用螺钉衔接在槽的窄壁上,在窄壁上开一个孔槽，用导线加载一个电感，衔接到底板上的同轴馈电点上，通过调整电感值来到达阻抗耦合匹配的意图。而振子的另一端d衔接在绝缘体上，在辐射器的该端的d点处焊接有负载电容器c1和微调电容器c3，别离衔接e、f点接地。其间电容器c2和微调电容器a串联，然后和bd并联，通过滚动微调电容器来改动其电容值。
从图1能够看出，振子是由分流电路馈电的，同轴电缆内导体在点衔接振子，振子的全长应小于四分之一波长。天线的输入阻抗取决于振子上c点的方位，即取决于bc、cd两段振子的长度，调整、优化c点的方位,能够找到使天线输入阻抗挨近馈线波阻抗的点，即到达天线的阻抗匹配。通过对天线的加载来操控天线上的电流散布，然后改动天线的输入阻抗、方向图特性和天线的功率，以此来进步天线的带宽。
信标天线辐射会集在狭隘的与地上笔直的圆锥范围内，即要求具有最大辐射方向笔直向下的心脏形方向图。因而，本信标天线的规划选用一种非对称的振子天线，将其臂弯成直角，即构成了倒F形天线，然后使信标天线得到了具有笔直向下的心脏形方向图，其心脏形方向图的构成主要由非对称振子天线上电流散布所发生的场强的幅值和相位的不同来完成的。
图1 信标天线示意图
3 HFSS的天线建模
结合上面的原理剖析，规划一个作业频率为75MHZ的信标天线，选用HFSS仿真软件进行参数化建模，馈线的特性阻抗为50Ω，选用集总馈电。对信标天线进行HFSS软件建模，其间X轴负方向为飞机航向、Y轴为飞机高度方向、Z轴为翼展方向，模型图如图2所示。HFSS软件是根据有限元法对研讨目标进行网格剖分，为了削减网格剖分的数目，其手动剖分网格模型如下图3所示。
加载电容在图3标志区域上画出一个矩形片，扩大后如图4所示。通过在鸿沟条件Lumped RLC Boundary中设置电容值，对可变电容器进行参数化设置；同理，对电感加载进行参数化设置。然后，设置鼓励和求解方法，设置辐射鸿沟时要求空气盒子尺度适宜。一般要求其鸿沟到实践几许模型任何部分的间隔大于四分之一波长，鸿沟并非越大越好，鸿沟太大会明显影响核算时刻和精度。
图2 天线HFSS模型
图3 天线HFSS模型网格剖分
图4 电容加载方位
4 仿真成果剖析
4.1 驻波比
仿真中心频率设置为75MHZ，通过对可变电容C3、电感L、C点距底板的长度L1的值在74.7MHZ~75.3MZH进行优化，取C3 = 8.5 pF，L = 0.18μH，对L1从29mm~32mm进行优化，得到其电压驻波比（VSWR）如下图5所示。由图5可知，当L1取29mm时，其回波损耗远大于-10db，没有实践工程含义。当L1从30mm~32mm优化时，跟着L1的添加，其间心频率逐步挨近75MHZ，但驻波比变大了。
通过在74.8MHZ~75.2MHZ频率范围内，持续调理、优化可变电容C3来削减频偏，但一起要确保不使驻波比增大。为此，取L1 = 30.5mm，L = 0.18μH，C3从8.2 pF~8.6 pF进行优化，其优化后的电压驻波比（VSWR）如下图6所示。
图5 VSWR与频率联系曲线
图6 VSWR与频率联系曲线
由图6可知，优化可变%&&&&&%C3值时，在中心频率75MHZ上下发生了不同程度的频移。当取C3 = 8.374 pF时，在频率74.991MHZ处，驻波比为1.60。在74.9MHZ~75.1MHZ频率范围内，通过优化电感L值，来到达削减驻波比的意图，由前面的优化确认了L1=30.5mm，C3 = 8.374pF，对L从0.175μH~0.185μH进行优化，得到其优化后的电压驻波比（VSWR）如下图7所示。
图7 VSWR与频率联系曲线
由前面的仿真优化，终究确认了当L1=30.5mm，C3 = 8.374pF，L = 0.1845μH时，仿真后的电压驻波比（VSWR）如下图8所示，得到在中心频率75MHz处驻波比为1.55，其阻抗带宽（回波损耗小于10dB）为100KHZ，满足频偏±15kHz的要求，满足了工程规划要求。
图8 VSWR与频率联系曲线
4.2 天线外表电流散布
天线外表的电流散布的HFSS仿真成果如下图9所示，从中能够看出电流矢量方向随相位的改变而改变，在0°相位和90°相位时，天线横臂端处构成最大的辐射面电流，即有最大的远场辐射方向，在180°相位时，辐射电流最小。
(a) 0°相位 (b) 90°相位
(c) 180°相位
图9 天线外表的电流散布
4.3 远场辐射方向图
在HFSS中，设置仿真频率74.9MHZ~75.1MHZ，对信标天线进行仿真，得到其三维远场方向图如下图10所示。二维H、E面方向图如下图11、12所示从仿真成果上能够看到，H面方向图的最大辐射面在当Phi= -90°时，即天线的最大辐射方向沿Y轴负方向笔直向下，其方向图为心脏形；E面方向图为水平全向，软件仿真的增益 -1.5dB，到达了咱们对规划天线的要求。
图10 三维辐射方向图
图11 H面方向图
图12 E面方向图
5 定论
本文规划、仿真了一种机载信标接收机天线，根据对机载天线的空间布局和对飞机的全体气动性考虑，从天线加载的视点来减小天线的体积，通过使用集总元件来缩小天线的尺度。通过对天线参数的仿真和优化，得到了满足的电功能参数，然后验证了信标天线规划理论的正确性和HFSS软件精确、牢靠的仿真功能，本规划方案具有必定的可行性。
