基于短波车载三环天线的通信性能分析论文.docx

基于短波车载三环天线的通信性能分析论文车载三环天线是鞭天线接一个由3个水平环组成的顶负载。天线调谐器安装于车体内，天线从车体内的天调伸出，三环到天调间的连线相当于鞭天线的垂直部分。采用这种三环结构与传统垂直鞭天线相比带来以下好处降低了天线的高度，提高车辆的通过能力;②通过加项负载，天线的电长度比鞭天线长得多，并改善了天线低频端的阻抗特性，有利于天调的调谐匹配;③天线的三环水平放置在车顶，提高了近垂直方向的辐射性能，有利于克服短波通信中的“盲区”。但众多的资料如文献没有给出三环天线的辐射方向图的情况，没有对天线的克服通信盲区进行解释的理论依据。本文利用了MMANA-GAL天线仿真软件对该天线的相关性能参数进行了仿真分析,得到了天线的方向性、增益和输入阻抗等参数值。从方向图和输入阻抗看，仿真结果与文献[1]中说到的三环天线的特性相吻合，有利于克服通信盲区和改善低频端阻抗特性。在分析三环天线特性的基础上，本研究还建立了基于ITS软件的天线模型，利用ITS软件进行通信链路性能分析，比较了与传统鞭天线的性能。1车载三环天线的结构及仿真模型建立三环天线的三环所在平面长3.2m，宽1.8m，由直径2.5cm线管构成，馈线接于离一端30cm的边管线上，馈线由车顶延伸上来，长90cm，根据实际的天线结构和尺寸建立了水平三环天线天线的MMANA-GAL模型，模型下边的栅格网等效于车体的车顶，上部的三环结构为天线的加载天线与伺服技术顶，天线的主要辐射部分为直立的90cm长的鞭状线。坐标原点在金属反射面上，设置反射面离地高度为车顶离地高度3m。结合实际,设置地面电导率为5ms/m,电介常数为13。用于天线模型的建立和仿真的'软件为MMANA-GAL。该软件与其它电磁仿真软件如(HF-SS,XFDTD)相比的主要特点是针对线性结构的天线进行建模，可以设计大尺寸(几十米长)的天线,计算方便快捷，平面结构可以用网格等效，只要网格的尺寸相对波长足够小。除了可以计算辐射方向增益数据外，还可以计算天线输入阻抗和对应馈电线阻抗的LC匹配电路参数值。2车载三环天线的仿真与分析同一天线尺寸确定后，不同的工作频率天线的特性有所不同，性能参数也随频率有所变化，由于该天线主要用于短波频段2?30MHz,考虑文章篇幅有限，只分别仿真计算了天线工作在2MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz、24MHz和28MHz等几个频率的辐射特性以及相关参数，以便于考查变化趋势。2.1辐射方向增益图2给出了几个频点的E面方面图，通过比较分析可知：随着频率增大,E面(XOZ垂直面)最大辐射方向有一定的仰角，在高仰角方向上增益随频率逐渐增大。由于鞭天线在整个频段内与2MHz的方向图类似，不具备高仰角辐射能力，所以在低频端5MHz以下，高仰角辐射性不强，与鞭天线辐射特性有些相似，随着频率增大，高仰角辐射更强,10MHz以上更加明显。H面(XOY水平面)在各个频率点基本呈现全向性，只是在28MHz这个频率上有些向X轴方向偏移，从仿真结构分析可能与反射面的位置有关。在应用中考虑辐射仰角与通信距离关系时，远距离通信要求辐射仰角低，近距离通信要求辐射仰角高。这个关系可以参考文献[5],从三环天线的在5MHz以下的方向图可知，低仰角(3060。)度辐射更强，高仰角辐射(6090°)辐射弱，因此不适合近距离通信，不利于克服短波通信中的盲区。随着频率的增大，高仰角辐射增强，大于10MHz后,高仰角辐射强于低仰角辐射,但在近距离克服通信盲区时，不能工作在太高的频率，因为太高的频率信号不利于电磁波的电离层反射，一般情况下不大于15MHz。益与输入阻抗仿真计算出了天线在每间隔2MHz的频点的增益值和输入阻抗。图3给出了增益值，从增益的数值分析可知，在低频端(10MHz以下)，天线增益不高,结合方向图可以知道，虽低频端低仰角辐射更强适合远距离通信，但增益不高也会影响通信性能。随着频率增大，增益增大,辐射性能更好，但作为近距离通信时克服通信盲区也不应选择太高频率。不同频率下的天线输入阻抗值。从输入阻抗数值可知，在低频端,电阻与电抗的变化不是那么剧烈，更有利于自动天线调谐器的匹配。这也解释了文献[1]提到的三环天线与鞭天线相比改善了低频端的阻抗特性这一结论。实际应用中，馈线与天线输入端接有自动天线调谐器以实现阻抗匹3车载三环天线用于短波通信的性能分析美国国家电信和信息局的电信科学协会(NTIA/ITS)开发的仿真器ITSHFPropagationITS软件)可进行短波通信链路性能的仿真分析[6,7]。该软件利用电离层变化特性通过选择不同天线类型，分析不同日期时间下的频率与接收端信噪比的关系来进行短波链路规划。在实际运用中证明是目前最可靠实用的短波通信链路分析软件[8—11]。软件主要由基于ICEPAC(电离层