题目：机载VHF/UHF结构一体化天线设计方法及关键技术研究

由于凸出机体表面的外露式天线破坏飞机的气动外形，降低飞行速度，不便于飞机的起降、运送、维修和保养，影响飞机的电磁隐身性和电磁兼容性，因此，设计和应用“结构一体化”天线以取代原有的外露式天线是解决上述问题的有效途径，成为机载天线发展的趋势。本论文以国防项目为研究背景，重点研究全向、宽带、小型化的机载VHF/UHF结构一体化天线综合设计的方法和关键技术，包括机载VHF/UHF结构一体化天线设计方法、机载共形天线的配置区域与结构形式优选、表面共形天线的机载平台效应分析、多谐振复合结构宽带天线设计方法、结构共形条件下的天线小型化技术、宽带天线匹配网络设计方法等。并在此基础上，完成机载VHF/UHF结构一体化天线的系统设计和试验验证，同时为该类天线推广应用于不同的载体平台奠定基础。论文的主要研究内容包括：1. 在充分分析和借鉴常规天线设计方法的基础上，提出了结构一体化天线的设计方法。该方法考虑到天线与载体平台的相容性，将载体平台作为天线辐射体的一部分进行一体化设计。运用该方法，对30-88MHz和225-400MHz两副机载通信天线进行配置区域优选，并分别确定了表面共形和结构共形的基本天线构型与安装设计。2. 针对超短波表面共形天线，研究了天线与机载平台的一体化设计方法。提出了一种新型的并联底端加载折合宽带平面振子天线。该天线为金属薄片结构，可按需求实现与多种形状载体平台无缝隙共形。在综合分析机载平台复合材料蒙皮种类、覆盖范围、天线近场机体结构影响等机载平台效应的情况下，通过优化设计，使天线可共形安装于飞机垂尾前缘，同时满足任务系统提出的全向、宽带性能要求，且其增益较原有非结构一体化天线有显著提高。作为验证，测试了天线的原型结构、天线与长方体表面共形、天线与倾斜结构共形、天线与垂尾近似结构共形等多种情况时的性能，测试结果与仿真结果吻合良好，验证了设计方法的可行性和正确性。3. 针对超短波结构共形天线，提出了“多谐振复合结构展宽天线带宽”的方法，并应用该方法设计了一种新型的全向多谐振复合结构宽带天线。作为验证，测试了天线的1：2缩比模型和全尺寸模型。测试结果表明，天线在2.2倍频程内 ，具有良好的全向、宽带特性，并且天线整体高度小于 ，有效减小了天线的嵌入深度，从而验证了本文设计方法的有效性。该天线可嵌入安装于飞机机身底部中心区域，实现与机载平台的结构一体化。4. 研究了结构共形条件下的天线小型化设计方法。提出了通过优化天线内部自谐振结构来增大电流路径，实现天线尺寸减缩。运用该设计方法，对全向“多谐振复合结构宽带天线”进行小型化设计。天线在具有良好宽带、全向特性的同时，其整体几何尺寸相比于初始设计有效减缩了15%。5. 研究了机载天线宽带匹配网络的优化设计方法。提出了“改进型模拟退火-遗传算法混合方法（改进型SA-GA混合方法）”，从提高计算效率、多目标优化等多个方面，对遗传算法进行了改进。并应用该混合方法，为全向“多谐振复合结构宽带天线”设计了匹配网络，可良好兼顾天线辐射效率和阻抗带宽的要求。通过添加宽带匹配网络，机载结构共形天线的整体几何尺寸相比于初始设计有效减缩了29%，达到了天线进一步小型化的设计目的。本论文的研究为机载结构一体化天线的设计提供了一种新的思路和方法。其研究成果可应用于广泛采用复合材料机身结构的飞机平台，也可拓展应用于其它类型的载体平台。