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Ku波段新型双辐射体天线的电气特性分析

王世宇 李丽华 王龙飞 付天晖 冯士民 王永斌

王世宇,李丽华,王龙飞,等. Ku波段新型双辐射体天线的电气特性分析[J]. 电波科学学报,2022,37(2):334-341. DOI: 10.12265/j.cjors.2021041
引用本文: 王世宇,李丽华,王龙飞,等. Ku波段新型双辐射体天线的电气特性分析[J]. 电波科学学报,2022,37(2):334-341. DOI: 10.12265/j.cjors.2021041
WANG S Y, LI L H, WANG L F, et al. Electrical characteristics of the new dual radiator antenna in Ku band[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):334-341. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021041
Citation: WANG S Y, LI L H, WANG L F, et al. Electrical characteristics of the new dual radiator antenna in Ku band[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):334-341. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021041

Ku波段新型双辐射体天线的电气特性分析

doi: 10.12265/j.cjors.2021041
基金项目: 国家自然科学基金(41774021,41874091,42074074);海军工程大学研究生创新基金(HGCXJJ2019015)
详细信息
    作者简介:

    王世宇:(1996—),男,山东人,海军工程大学电子工程学院硕士研究生,研究方向为舰艇通信技术

    李丽华:(1977—),女,湖北人,海军工程大学电子工程学院副教授,博士,研究方向为无线通信

    王龙飞:(1998—),男,山东人,海军工程大学电子工程学院硕士研究生,研究方向为无线通信

    付天晖:(1981—),男,黑龙江人,海军工程大学电子工程学院副教授,博士,研究方向为通信网络

    冯士民:(1986—),男,河北人,海军工程大学电子工程学院讲师,博士,研究方向为无线通信

    王永斌:(1961—),男,山西人,海军工程大学电子工程学院教授,研究方向为无线通信、水下通信

    通讯作者:

    王世宇 E-mail:wangshiyuuestc@sina.com

  • 中图分类号: TN929.3

Electrical characteristics of the new dual radiator antenna in Ku band

  • 摘要: 为满足水下航行器在复杂海况中接收来自海面高速数据对天线的需求,文中提出了一种Ku波段双辐射体天线的设计方案. 首先在半波振子天线的正交方向添加寄生辐射体,在限定天线线径比的情况下利用寄生辐射体改善天线在复杂海况中的全向性,通过计算天线的寄生辐射体之间的间距衔接天线不同辐射体之间的电流分布;然后对天线振子上的电流分布进行近似推导,得到新型双辐射体天线的具体结构参数;最后通过电磁仿真计算,得出天线的电气特性,并进行实物测量和对比. 仿真和测量结果表明,新型双辐射体天线在复杂海况造成的全部运动姿态中,水下反射系数小于0.45,水下增益高于−40 dBi,在所处水平面之上呈现全向性,实测结果与仿真结果具有较好的一致性. 该天线具有线径比大、全向、水下增益较高的特点,性能受不同运动姿态的影响较小,为水下航行器的高频拖曳天线提供了一种新颖的天线结构.
  • 图  1  水下航行器的Ku频段拖曳天线系统示意图

    Fig.  1  Schematic diagram of the Ku band trailing antenna system of the underwater vehicle

    图  2  新型双辐射体天线结构图[4]

    Fig.  2  Structure of the new dual radiator antenna[4]

    图  3  新型双辐射体天线求解示意图

    Fig.  3  Schematic diagram of solving the new dual-radiator antenna

    图  4  分层电磁模型中的新型双辐射体天线

    Fig.  4  The dual-radiator antenna in a layered electromagnetic model

    图  5  拖曳线缆在复杂海况中的倾斜、旋转范围

    Fig.  5  Range of tilt and rotation of the towed cable in complex sea conditions

    图  6  电磁波在跨空气-海水平面的传播方向

    Fig.  6  The direction of electromagnetic wave propagation across the air-sea plane

    图  7  新型双辐射体天线不同姿态时的立体方向图与增益

    Fig.  7  Stereo directivity diagram and gain of a new dual radiator antenna with different postures

    图  8  新型双辐射体天线在水下处于不同姿态时的增益展开表面图

    Fig.  8  The surface view of the expanded gain of the new dual radiator antenna underwater

    图  9  不同倾斜角度下的新型双辐射体天线和半波振子天线方向图对比

    Fig.  9  Directivity diagram comparison of the new dual radiator antenna and the half wave dipole antenna at different tilt angles

    图  10  不同旋转角度下的新型双辐射体天线方向图

    Fig.  10  Directivity diagram of new dual radiator antenna with different rotation angles

    图  11  新型双辐射体天线和半波振子天线在水下的反射系数对比

    Fig.  11  Comparison of reflection coefficients between the new dual radiator antenna and the half-wave dipole antenna under water

    图  12  天线全向性缩比模型测试平台的结构

    Fig.  12  The structure of the omnidirectional shrinkage model test platform

    图  13  Ku波段新型双辐射体天线的模型(k=0.1)

    Fig.  13  The model of the new dual-radiator antenna at Ku band(k =0.1)

    表  1  部分盐水浓度与对应电导率的关系

    Tab.  1  The relationship between the concentration of partial brine and the corresponding conductivity

    盐水浓度/%电导率/(S·m−1)
    0.210.4
    0.430.8
    1.152.0
    2.384.0
    下载: 导出CSV

    表  2  原型天线和缩比模型间对应关键参数的缩比关系

    Tab.  2  Scaling relationships of the key parameters between prototype antenna, environment and scale model

    物理量原型天线缩比模型
    长度ll'=l/k
    相对介电常数εε'=ε
    电导率σσ'=
    频率ff'=kf
    波长λλ'=λ/k
    增益GG'=G
    下载: 导出CSV

    表  3  缩比模型测试平台中天线全向性测试结果

    Tab.  3  Antenna omnidirectional test results in the scale model test platform dBmv

    水平AB竖直AB
    15.84.711.20.6
    25.95.121.30.7
    36.05.431.70.7
    45.85.041.40.5
    55.55.150.90.4
    66.05.261.40.9
    76.05.371.90.5
    85.85.381.50.3
    96.35.892.10.8
    107.26.1103.6−2.6
    116.15.9112.80.3
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-02-23
  • 网络出版日期:  2021-09-15

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