民用飞机甚高频天线布局的方向图仿真
方案以B737与A320为例，均设计了三套VHF系统天线的安装位置，B737的甚高频天线采用“一上两下”的方式，其中一副位于机身顶部中心线中段，两副分别位于机身底部中心线后段和前段。A320采用“两上一下”的方式，其中两副位于机身顶部中心线前段和后段，另一副位于机身底部中心线后段。
机身上可用于布置甚高频天线的区域中，起落架有可能成为VHF天线的引向器与反射器，所以应避开并远离起落架；垂尾会引起遮挡，应避免太靠近。当天线安装在机身下部中区时，发动机短舱与机翼会产生反射，当飞机盘旋时，机翼还会产生屏蔽作用。因此考虑在以下5个位置布置VHF天线，如图1所示。
3 VHF天线在不同安装位置上的辐射特性仿真分析
使用商业软件FEKO建模，计算VHF天线安装在不同位置上的辐射特性。天线模型采用了一个1/4波长（128MHz）的单极子天线，飞机模型采用某民机外形尺寸，假设机身表面为全金属飞机。全机表面网格离散尺度0.5m，使用基于矩量法的多层快速多极子算法，计算VHF天线工作频段中点128MHz机身上VHF天线在不同站点的辐射特性。
VHF天线安装在5个位置上时计算的方位面（XOY面、左）、滚转面（XOZ面、中）和俯仰面（YOZ面、右）内的归一化远场方向性图见图2～6，外圈曲线表示垂直极化分量，内圈曲线表示水平极化分量。
由方位面的方向图可看出，具有良好的对称性，天线极化以垂直极化为主；在位置1、2和5上，天线辐射方向图几乎在所有方位的电平都大于-5dB；在位置3上，尾翼呈現较明显的遮挡效应，在尾部左、右大约10度范围内方向图出现了不超过-10dB的凹陷。
由滚转面的方向图可看出，也具有良好的对称性。单极子天线本身的特性决定了在飞机正上方和正下方一定范围内具有通信盲区；天线安装在机身上部时，对上半空间的覆盖最好，普遍对下半空间覆盖变差，但是位置1和3上的天线在下半空间的覆盖较好，几乎可以获得与机身下部天线类似的水平线以下约30度范围内的良好覆盖；位置5在水平线以下约50度范围内的方向图最小电平基本都大于-5dB；安装在2上的天线由于机翼的遮挡作用，对下半空间的覆盖很差。
由俯仰面的方向图可看出，由于机身和尾翼的遮挡，安装在机背上的VHF天线在后部下半空间的覆盖都很差，从位置1到3上的天线对前部下半空间的覆盖逐渐变差。
综合以上天线辐射空间覆盖的分析可知：机身上部天线对上半空间的覆盖好于下部天线，机身下部天线对下半空间的覆盖好于上半空间，机身上部较好的天线位置依次是1和3，较差的是2；机身下部的两个天线位置中的5较好，4稍差。
3 结论
本文介绍了甚高频天线布局时需要考虑的问题，通过对某民机甚高频通信天线在机身上几个不同安装位置的辐射特性进行仿真分析，建议甚高频通信天线在该民机机身上较好的布局点在1、3和5，4稍差，VHF天线在布局时应尽量远离垂直尾翼、起落架、机翼等部位。VHF天线安装在机身上中部，由于机翼的屏蔽作用，使得天线方向图变坏，影响与地面指挥台双向通信作用距离，应尽量避免安装在该位置。
参考文献
[1]梁福生，王广学.飞机天线工程手册[M].北京：中国民航出版社，1997.
[2]蒋枫.飞机设计手册[M].北京：航空工业出版社，2001.
作者简介
宁敏（1985-），女，广西壮族自治区柳州人。现为上海飞机设计研究院工程师。研究方向为天线布局，闪电HIRF防护。
作者单位
上海飞机设计研究院 上海市 200212